PENGAPLIKASIAN ALAT SWIRL DEVICE PADA MOTOR BENSIN

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PENGAPLIKASIAN ALAT “SWIRL DEVICE” PADA MOTOR BENSIN Diajukan untuk memenuhu salah satu persyaratan dalam menempuh gelar Sarjana Strata satu (S-1)

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Pembimbing Tugas Akhir,

(DR. Mardani Ali Sera M. Eng)

i

LEMBAR PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

PENGAPLIKASIAN ALAT “SWIRL DEVICE” PADA MOTOR BENSIN Diajukan untuk memenuhu salah satu persyaratan dalam menempuh gelar Sarjana Strata satu (S-1)

Tugas ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Koordinator Tugas Akhir,

(Ir. Ariosuko)

ii

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini :

NAMA

: DONAL HUTAPEA

NIM

: 01301-028

JURUSAN

: TEKNIK MESIN

FAKULTAS

: TEKNOLOGI INDUSTRI

PERGURUAN TINGGI

: UNIVERSITAS MERCU BUANA

Menyatakan dengan sesungguh – sungguhnya dan sebenar – benarnya bahwa Tugas Akhir yang saya buat dan susun ini adalah hasil pemikiran serta karya saya sendiri. Tugas Akhir ini tidak dibuat oleh pihak lain, duplikat baik sebagian atau keseluruhan. Kutipan – kutipan diambil hanya dari referensi yang telah disebutkan sumbernya.

Jakarta, Maret 2007 Yang membuat pernyataan

(Donal Hutapea)

iii

ABSTRAK

Sesuai dengan perkembangan dunia otomotif yang begitu pesat permintaan akan mesin- mesin otomotif dengan kemampuan yang lebih baik juga menjadi salah satu pemacu untuk mendapatkan mesin otomotif yang dapat digunakan seefisien mungkin. Tetapi memiliki kemampuan untuk menghasilkan tenaga yang besar dan konsumsi bahan bakar yang lebih ekonomis. Pada dasarnya analisa thermodinamika motor bakar torak sangat rumit, karena itu digunakan keadaan ideal yang membuat analisa menjadi lebih mudah. Penyerdehanaan dengan asumsi diusahakan sedapat mungkin dan tidak menyimpang jauh dari keadaan sebenarnya. Kebutuhan bahan bakar spesifik pada kondisi yang menggunakan swirl akan lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal, kebutuhan bahan bakar spesifik normal 0,3166 lt/kW-jam sedangkan yang menggunakan swirl 0,2389 lt/kW-jam. Secara otomatis effisiensi volume menggunakan swirl sedikit lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal, ini dikarenakan aliran volumetrik sedikit lebih rendah, efisiensi volumetric keadaan normal 53.379 % sedangkan yang menggunakan swirl 51.036 %.

iv

NOMENKLATUR

Simbol

Satuan

Torque

T

Nm

Balance

F

N

Torque arm length

L

mm

Time

t

s

Revolutions

n

rpm

Power out/put

BHP

kW

Dynamometer constant

K1

Fuel gauge calibred volume

Vg

L

Fuel consumtion

BFC

l/H

Spesifik consumtion

BSFC

L/kw-h

Cylinder diameter

d

mm

Piston stroke

s

mm

Swept volume

VS

l

Clearence volume

VC

Compression ratio

r

Brake mean of preasure

p

Thermal efficiency

ηth

Diameter of measuring

D

kN/m2

mm

v

Orifice coefficient

K3

Temperature

Ta

K

Barometric preassure

Pa

kN/m2

Volumetric effof engine

ηvol

Exhaust temperatur

Te

°C

Cooling oil inlet temp

T1

°C

Cooling oil outlet temp

T2

°C

vi

KATA PENGANTAR

Puji syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena, dengan karunia Nyalah Tugas Akhir (TA) ini dapat saya selesaikan,walaupun saya tahu bahwa ini masih jauh dari kesempurnaan. TA ini saya kerjakan karena tercantum dalam kurikulum semester VIII yang wajib dipenuhi untuk memenuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Strata Satu (S1) Pembuatan TA ini dimulai dengan melakukan kerja praktek dan pencarian datadata teknik mengenai mesin, data-data yang diambil untuk penulisan ini diperoleh dari pembuatan alat dan pengujian yang dilakukan di Laboratorium Universitas Mercu Buana kemudian data ini dikonsultasikan kepada dosen pembimbing untuk disetujui pemilihan judulnya. Dalam pembuatan TA ini penulis dibimbing dan dibantu oleh Bapak DR. Mardani Ali Sera M.Eng yang telah mengarahkan dalam penyelesaian tugas akhir ini. Arahan yang telah diberikan berupa pengarahan pada cara penulisan dan penyusun. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih dan penghargaan khusus kepada:

1. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma, Msc selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri. 2. Bapak Ir. Rulli Nutranta M. Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin.

vii

3. Bapak Ir. Ariosuko, selaku koordinator Tugas Akhir. 4. Bapak DR. Mardani Ali Sera M.Eng Selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan, pengarahan, kritik dan saran sehingga Tugas Akhir ini dapat diselesaikan. 5. Bapak Nanang Ruhyat, ST selaku senior dan dosen pengajar. 6. Seluruh Dosen pengajar dijurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya selama masa perkuliahan. 7. Bapak Firman dan Bapak Sumantri selaku Dosen Lab yang selalu membantu dan memberikan masukan serta arahan kepada kami dalam pembuatan alat di Laboratorium Universitas Mercu Buana 8. Kedua orang tua, beserta adik yang telah memberikan dukungan moral maupun material. 9. Sarah Lia Kartika S.Amd terima kasih untuk kesabarannya menanti. 10. Yanuar Fahmiansyah atas kerjasamanya dalam melaksanakan Tugas Akhir. 11. Arief ’98 “Pak Guru” atas bantuannya dari awal pembuatan alat sampai pengujian. 12. Intel, Sefno, Yoga, Nando, selaku Assisten Lab yang selalu membantu serta memberikan masukan dalam pembuatan alat. 13. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2000, Lucky, Hega, N’cek, Topik. 14. Mahasiswa Teknik Mesin khususnya angkatan 2001 Samtari, Pecak, Gaper, Dhawe, Agi, Pacet, Hendi, Kumis, Syarif, Andreas, Furqon, Takur, Reza, Angga, Jarot, Gepenk, M.E, Agi, Kura, Robby, Timbul, Boges,

viii

Degonk, Yudo, Pengkol, B-genk, Boele yang telah memberikan dorongan dan semangat dalam mengerjakan Tugas Akhir ini (Thanks guys you’re the best!). 15. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2002, Anong, Balon, N’cex, Ucog. 16. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2003, RM, Jali, Botit, Kopral, Okem, Konde. 17. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2004, Kebo, Ipong, Wiwid, Arman, Nego, Black. 18. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2005 19. Mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2006 20. Mahasiswa Teknik Elektro ’01 abruce 11, ocha 38, omponk, iyos, jawe, jablay. 21. Mahasiswa FTSP gendut, jawe, daming, arie, pakong, beler, ijul, iit. 22. Keluaga Besar Front Indonesia Semesta yang secara langsung maupun tidak langsung memberikan bantuan dan suportnya. 23. Uut (Informatika ’03), “sikecil” Widya V (Fikom ’02), Hanny atas komputernya dan masukannya dalam pengeditan TA ini. 24. Bayurini (Fikom ’01), Ochi (Ekonomi ’02), Zarah (Fikom ’00) Resti (Esa Unggul), Madam Salmon (Ekonomi ’01), Kutil (Ekonomi ’04), Acil “cina” (Info ’01). 25. Iyan, Keplek, dan Syarif. 26. Dohar, Bigman, Giok, Sabot, BT, Kuyan, Binsar, Riven, Evlyn, Alex, NHKBP.

ix

27. Kawan- kawan di Panji Motor. 28. Brother’s GHESBO. Serta semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan Tugas Akhir ini hingga selesai yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Semoga segala amal ibadah serta segala bantuan yang diberikan tersebut mendapatkan pahala yang setimpal dari Tuhan Yang Maha Esa. Penulis berharap semoga TUGAS AKHIR ini dapat bermanfaat khususnya bagi penulis dan umumnya bagi rekan-rekan Mahasiswa Teknik Mesin. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dalam penyusunan Tugas Akhir ini, oleh karena itu diharapkan kritik dan saran anda yang dapat menyempurnakan penulisan ini.

Penulis

x

DAFTAR ISI

Lembar Pengesahan ........................................................................................... i Lembar Pernyataan........................................................................................... iii Abstrak ............................................................................................................. iv Nomenklatur...................................................................................................... v Kata Pengantar ............................................................................................... vii Daftar Isi ......................................................................................................... xi Daftar Gambar ................................................................................................ xv Daftar Tabel .................................................................................................. xvi Daftar grafik .................................................................................................. xvii

BAB I

PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1 1.2. Tujuan Penulisan ..................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah .................................................................... 3 1.4 Metode Penulisan ..................................................................... 3 1.5. Sistematika Penulisan .............................................................. 3

BAB II

LANDASAN TEORI 2.1. Motor Bakar ............................................................................ 6 2.2. Motor Bensin ........................................................................... 7 2.2.1. Bagian-bagian Mesin .................................................... 7 2.2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin ........................................ 10

xi

2.2.3. Proses pembakaran pada motor bensin ........................ 14 2.2.4. Angka Oktan Bensin .................................................. 17 2.3. Siklus Otto ............................................................................ 18 2.4. Parameter Pengujian Unjuk Kerja mesin ............................... 22 2.4.1. Daya Poros yang Keluar/ daya yang bermanfaat, BHP ( Brake Horse Power ) ............................................... 23 2.4.2. Pemakaian Bahan Bakar, BFC ( Brake Fuel Consumtion ) ................................................................ 23 2.4.3. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik ,BSFC ( Brake Specific Fuel Consumtion ) .......................................... 23 2.4.4. Tekanan Efektif Rata-rata, BMEP ( Brake Mean Effective Preassure ) ................................................... 24 2.4.5. Brake Thermal Efficiency, ηth ..................................... 24 2.4.6. Kecepatan Aliran Volumetric, Va ( Volumetric rate of flow ) ...................................................................... 24 2.4.7. Massa Aliran Udara, ma ( mass rate of flow ) ............. 25 2.4.8. Effisiensi Volumetris, ηvol .......................................... 25 2.5. Cyclone secara Umum .......................................................... 25 2.5.1. Turbulence .................................................................. 27 2.5.2. Swirl Device ................................................................ 28 2.5.2.1. Prinsip Kerja Swirl Device ............................ 28

xii

BAB III

METODE PENGUJIAN 3.1. Spesifikasi ALat Percobaan dan Pengukuran ....................... 29 3.1.1. Spesifikasi Mesin ....................................................... 29 3.1.2. Fuel Gauge ( Gelas Ukur ) ......................................... 30 3.1.3. Oil Flowmeter ( Alat Ukur Temperatur Oli ) ............. 30 3.1.4. Air Preassure Pipe ( Selang Ukur Temperatur Udara ) 30 3.1.5. Additional Instruments ( Alat Tambahan ) ............... 31 3.2. Tujuan Pengujian ................................................................. 32 3.3. Fasilitas Pengujian dan Analisa ........................................... 32 3.3.1. Pengukuran Output dan Daya ..................................... 33 3.3.2. Pengukuran Kecepatan ................................................ 33 3.3.3. Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar ........................... 34 3.3.4. Pengukuran Konsumsi Udara ...................................... 35 3.3.5. Pengukuran Temperatur .............................................. 36 3.4. Instalasi ................................................................................. 37 3.4.1. Skema Instalasi ........................................................... 37 3.4.2. Prosedur Menjalankan Motor Bensin .......................... 38 3.4.3. Prosedur Pengukuran .................................................. 38 3.4.4. Prosedur Menghentikan Motor Bensin ....................... 40

BAB IV

DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA 4.1. Perhitungan .......................................................................... 41

xiii

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan .......................................................................... 52 5.2. Saran-saran ........................................................................... 53

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................... 54 LAMPIRAN-LAMPIRAN ............................................................................. 55 Lampiran 1 ......................................................................... 55 Lampiran 2 ......................................................................... 56 Lampiran 3 ......................................................................... 57

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Siklus Motor Bensin 4 Langkah ............................................... 13 Gambar 2.2. Siklus Otto Udara Standar ......................................................... 19 Gambar 2.3. Effisiensi Siklus Otto dan Hubungannya dengan Perbandingan Panas Jenis ................................................................................. 22 Gambar 2.4. Swirl device ................................................................................ 28 Gambar 3.1. Oil Cooler ................................................................................... 31 Gambar 3.2. Timbangan ( Strain Gauge ) ....................................................... 33 Gambar 3.3. Tachometer ................................................................................. 33 Gambar 3.4. Gelas Ukur Bahan Bakar ............................................................ 34 Gambar 3.5. Tangki Bahan Bakar ................................................................... 34 Gambar 3.6. Alat Ukur Konsumsi Udara ........................................................ 35 Gambar 3.7. Pengukur Temperatur Oli ........................................................... 36

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Pengamatan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Menggunakan Swirl ........................................................ .45 Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Menggunakan Swirl ......................................................... 45 Tabel 4.3. Hasil Pengamatan Motor Bakar pada Putaran Berubah Dengan Kondisi Normal ............................................................... 46 Tabel 4.4. Hasil Perhitungan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Kondisi Normal ............................................................... 46

xvi

DAFTAR GRAFIK

Tabel 4.1. BHP VS RPM ................................................................................ 47 Tabel 4.2. BFC VS Putaran ............................................................................. 48 Tabel 4.3. BSFC VS RPM .............................................................................. 49 Tabel 4.4. EFF Volumetris VS Putaran .......................................................... 50 Tabel 4.5. EFF Thermal VS Putaran ............................................................... 51

xvii

BAB I PENDAHULUAN

I.

Latar Belakang Sesuai dengan perkembangan dunia otomotif yang begitu pesat permintaan

akan mesin- mesin otomotif dengan kemampuan yang lebih baik juga menjadi salah satu pemacu untuk mendapatkan mesin otomotif yang dapat digunakan seefisien mungkin. Tetapi memiliki kemampuan untuk menghasilkan tenaga yang besar dan konsumsi bahan bakar yang lebih ekonomis. Permintaan akan kondisi mesin yang diinginkan tersebut ternyata agak rumit dan tidak bisa dihindarkan. Terdapat pilihan dan rancangan mesin dengan jumlah silinder dan volume silinder yang lebih besar serta konsumsi bahan bakar yang lebih boros serta tidak ekonomis. Pilihan kedua adalah dengan tetap menggunakan jumlah silinder yang ada dengan volume silinder yang sedikit, bahan bakar yang lebih ekonomis akan tetapi memiliki kemampuan yang sama dengan mesin yang memiliki jumlah silinder dan volume silinder yang banyak.

2

BAB I Pendahuluan

Dari beberapa percobaan terungkap bahwa dengan penambahan alat yang dinamakan swirl device merupakan suatu jalan keluar. Penggunaan swirl device untuk menghasilkan turbulen sehingga begitu melewati Swirl Device terjadi aliran turbulen bahan bakar dari karburator menuju klep masuk ke ruang bakar lebih tinggi, sehingga kemampuan kerja mesin lebih ekonomis jika dibandingkan merancang motor- motor bakar yang besar. Selain itu juga instalasi pemasangan tidak terlalu rumit dan hanya menggunakan sebuah alat berbentuk spiral satu putaran ( revolusi ) yang diletakkan di Intake manifold.

II.

Tujuan Penulisan Dalam penulisan skripsi ini memiliki beberapa tujuan dalam penelitian,

antara lain: a. Agar dapat memperdalam pengetahuan dalam bidang motor bensin dan yang berhubungan baik maupun tidak langsung. b. Agar

dapat

mengetahui

faktor-

faktor

apa

saja

yang

akan

mempengaruhi performance mesin bensin, baik dengan menggunakan Swirl Device ataupun tanpa menggunakannya. c. Agar dapat mengetahui kendala- kendala yang terdapat pada penggunaan Swirl Device ini.

Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri

Universitas Mercu Buana

3

BAB I Pendahuluan

III.

Batasan Masalah 1. Diuji pada motor bensin berkapasitas 110 cc. 2. Diuji dengan menggunakan test Rig Peony Brake. 3. Diuji pada kecepatan 800 rpm – 1800 rpm. 4. Diuji pada keadaan stasioner.

IV.

Metode Penulisan Metode penulisan yang digunakan oleh penulis dalam menyusun tugas

akhir ini dilakukan melalui metode : a. Studi pustaka b. Penelitian lapangan c. Persiapan pemasangan alat d. Pengumpulan data e. Kesimpulan f. Penyusunan dan revisi laporan

V.

SISTEMATIKA PENULISAN

BAB I

PENDAHULUAN Berisikan latar belakang, tujuan penulisan, pembatasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan.

Teknik Mesin



4

BAB I Pendahuluan

BAB II

LANDASAN TEORI Berisikan teori dasar motor bensin, spesifikasi motor bensin, semua pembahasan tentang motor bensin, swirl device secara umum, prinsip kerja swirl device, pengaruh penggunaan daripada swirl device serta parameter pengujian unjuk kerja mesin.

BAB III

METODE PENELITIAN Membahas tentang persiapan, pengumpulan dan pengolahan data yang didapatkan dari motor bensin tersebut. Dalam bab ini juga akan dibahas alat yang digunakan dalam pengujian, prosedur pengujian dan pengambilan data pada masingmasing pengujian.

BAB IV

PERHITUNGAN Berisikan tentang perhitungan dan analisa datadata hasil dari analisa yang didapat dari motor bensin tersebut. Selain itu juga akan diketahui faktor- faktor apa saja yang mempengaruhi performance dari motor bensin tersebut dengan menggunakan atau tanpa menggunakan Swirl Device.

Teknik Mesin



5

BAB I Pendahuluan

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Berisikan tentang kesimpulan dan saran. Kesimpulankesimpulan

tersebut

diambil

berdasarkan

hasil

dari

penelitian maupun dari hasil pengujian.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

Teknik Mesin



6

BAB II Landasan Teori

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Motor Bakar Salah satu penggerak mula yang banyak digunakan adalah mesin kalor.

Mesin kalor adalah mesin yang mempergunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik, atau yang merubah energi thermal menjadi energi mekanik. Dimana energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran, proses fisi (pemisahan) bahan bakar nuklir dan dari proses lainnya. Jika dilihat dari cara memperoleh energi thermal, mesin kalor dibagi menjadi dua golongan, yaitu mesin pembakaran luar (external combustion engines) dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engines). Mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakarannya terjadi diluar mesin (mesin uap, turbin uap, mesin udara panas dan turbin gas siklus tertutup). Sedangkan mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses

Teknik Mesin



7


pembakarannya terjadi didalam mesin. Mesin pembakaran dalam sering disebut dengan nama motor bakar. Jenis dari motor bakar ini antara lain adalah, Motor bakar torak, sistem turbin gas, dan propulsi pancar gas.

2.2 Motor Bensin Motor bensin yang menggerakan mobil penumpang, truk, sepeda motor, skuter dan jenis kendaraan lain dewasa ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan api listrik yang menyalakan campuran bahan bakar dan udara segar, karena itu motor bensin cenderung dinamakan Spark Ignation Engine Karburator ialah tempat percampuran bahan bakar dengan udara. Percampuraan tersebut terjadi karena bahan bakar terisap masuk atau disemprotkan kedalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator. Campuran udara bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar. Campuran tersebut kemudian masuk kedalam silinder yang dinyatakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi, menjelang langkah kompresi. Pembakaran bahan bakar dan udara ini menyebabkan mesin menghasilkan daya. Didalam siklus otto (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan. 2.2.1 Bagian –Bagian Mesin Bagian- bagian motor bensin bervariasi dari bagian luar, ukuran, jumlah dan pengaturan silinder, serta detail kontruksi. Tetapi setiap mesin mempunyai bagian utama yang sama, meskipun kelihatannya berbeda tetapi fungsinya sama.

Teknik Mesin



8


Bagian utama dari suatu mesin adalah: 1. Silinder dan Torak Jantung dari suatu mesin adalah torak dan silindernya, yaitu tempat proses pembakaran terjadi serta dimana daya dihasilkan. Bagian dalam silinder dibentuk dengan lapisan (liner), atau selongsong (sleeve). Diameter dalam silinder disebut lubang (bore). Ujung lain dari ruang kerja dalam silinder dengan torak yang meneruskan daya yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar kepada poros. Cincin torak (piston ring) yang dilumasi dengan minyak menghasilkan film minyak atau lapisan minyak antara torak dengan silinder. Jarak pergerakan torak dari bagian atas silinder kebagian bawah silinder (stroke).

2. Kepala Silinder (Cylinder Head) Menutup satu ujung silinder dan merupakan tempat dimana katup pengatur masuknya udara dan bahan bakar diisikan dan keluarnya gas buang.

3. Batang Engkol (Conecting Rod) Ujung yang satu, yang lebih kecil pada batang engkol, dipasangkan pada pena pergelangan (wrist pin) atau pena torak (piston pin) yang terletak didalam torak. Ujung lain atau ujung yang besar mempunyai bantalan tempat pena engkol. Batang engkol mengubah dan meneruskan gerak bolak- balik (recipricating) dari torak menjadi putaran kontiniu pena engkol selama langkah kerja dan sebaliknya selama langkah yang lain

Teknik Mesin



9


4. Poros Engkol (Crankshaft) Poros engkol diputar dibawah aksi torak melalui batang engkol dan pena torak yang terletak diantara pipi engkol (Crank Web), dan meneruskan daya dari torak kepada poros yang digerakan. Bagian poros engkol yang didukung oleh bantalan utama dan diputar didalamnya disebut (journal)

5. Roda Gila (Fly Wheel) Berupa roda gigi besar yang dihubungkan diujung poros engkol dan menyimpan energi kinetik selama langkah daya serta membuat putaran poros engkol seragam.

6. Poros Nok (Camshaft) Yang digerakan dari poros engkol oleh penggerak rantai atau roda gigi pengatur pengoperasian katup pemasukan dan katup buang, penikut nok, batang dorong

dan

lengan

ayun.

Pegas

ayun

berfungsi

menutup

katup.

Teknik Mesin



10


7. Karter (Crakcase) Berfungsi menyatukan silinder dan poros engkol, melindungi semua bagian yang bergerak dan bantalannya, dan merupakan reservoir bagi minyak pelumas. Disebut blok silinder kalau lapisan silinder disisipkan didalamnya. Bagian bawah dari karter disebut plat landasan (bledplate)

8. Pompa Oli (Oil Pump) Berfungsi untuk memompa oli atau menyalurkan minyak pelumas kebagian- bagian mesin.

2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin Berdasarkan langkah kerja dalam proses pembakaran, sepeda motor dibedakan menjadi dua tipe, yaitu sepeda motor 4-tak (empat langkah) dan sepeda motor 2-tak (dua langkah). Perbedaan kedua tipe ini dapat dilihat dari kontruksi mesinnya, sepeda motor 4-tak mempunyai katup- katup yang berfungsi mengatur masuknya bahan bakar kedalam mesin dan mengatur pembuangan gas sisa pembakaran. Pada motor sepeda 2-tak terdapat saluran pemasukan, pembuangan, dan pembilasan bahan bakar yang diatur oleh piston dalam blok silinder. A. Sepeda Motor 4-Tak Motor bakar empat langkah ini merupakan pesawat yang melakukan perubahan bentuk energi kimia menjadi tenaga gerak mekanik, dan proses pembakarannya terjadi secara periodik. Mekanisme pembakaran didalam mesin penyalaan busi, dimana campuran bahan bakar-udara dengan perbandingan yang sesuai

Teknik Mesin



11


dinyalakan didalam silinder. Torak bergerak turun naik didalam silinder, titik tertinggi yang dicapai oleh torak disebut “ titik mati atas” (TMA) dan titik terendah “ titik mati bawah” (TMB) disebut langkah torak. Pada motor 4 takt mempunyai 4 langkah dalam satu gerakan, yaitu gerakan penghisapan, gerak kompresi, gerak kerja dan gerakan pembuangan. Berikut akan dijelaskan langkah kerja pada motor bakar torak 4-takyaitu: 1. Langkah hisap (Suction stroke) Pada langkah hisap, campuran udara bensin dihisap kedalam silinder, hal ini terjadi disebabkan tekanan didalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama terjadi pada mesin, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan kehampaan (vacum) didalam silinder dengan demikian campuran udara bensin dihisap kedalam, selama langkah torak ini katup hisap akan membuka dan katup buang menutup.

2. Langkah kompresi (Compression stroke) Dalam langkah ini campuran udara bensin yang didalam silinder dimanfaatkan oleh torak yang bergerak keatas dari TMB ke TMA, kedua katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik, bila tekanan campuran udara bensin ini ditambah lagi, tekanan serta ledakan yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak kebawah, sekarang torak sudah melakukan dua langkah atau satu putaran dan poros engkol berputar satu putaran.

Teknik Mesin




12

3. Langkah kerja (Expansion stroke) Dalam langkah kerja ini campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan menyebabkan terbakar dan menghasilkan tenaga yang mendorong torak kebawah meneruskan tenaga penggerak yang nyata, selama gerakan ini katup hisap dan katup buang masih tertutup, torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran.

4. Langkah buang (Exhaust stroke) Dalam langkah buang, torak terdorong kebawah ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong keluar gas- gas yang telah terbakar dari silinder, selama langkah ini kerja katup buang saja yang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan pekerjaan seperti diatas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai langkah hisap, sekarang motor telah melakukan 4 langkah penuh yaitu: hisap - kompresi - kerja – buang. Poros engkol berputar 2 putaran penuh dan telah menghasilkan satu tenaga. Pada motor; membuka dan menutuipnya katup tidak terjadi tepat pada TMA atau TMB tetapi akan berlaku lebih cepat atau lambat ini dimaksudkan untuk lebih efektif lagi untuk aliran gas.

Teknik Mesin



13


Gambar 2.1 Siklus Motor Bensin 4 langkah

B. Sepeda Motor 2-Tak Sepeda motor 2-tak adalah sepeda motor yang bermesin du langkah, artinya dalam satu siklus kerja dibutuhkan dua langkah, yaitu langkah isap dan langkah buang. Dengan kata lain, mesin 2-tak merupakan mesin yang memiliki siklus kerja dua gerakan piston dalam satu kali putaran poros engkol. Titik tertinggi yang dicapai piston disebut titik mati atas (TMA) dan titik terendah yang dicapai piston disebut titik mati bawah (TMB). Gerakan seher dari TMB ke TMA disebut satu langkah piston (stroke) atau sama dengan setengah putaran poros engkol. Berikut akan dijelaskan langkah kerja pada motor bakar torak 2-tak yaitu: 1.

Langkah Isap (Up Ward Stroke) Pada langkah isap piston bergerak naik dari TMB menuju ke TMA. Pada saat

piston disisi TMB, bahan bakar yang berada dibawah piston didorong dan keluar dari saluran pembilasan. Proses selanjutnya, bahan bakar yang keluar dari saluran pembilasan didorong piston sampai posisi TMA. Pada saat hampir mencapai posisi

Teknik Mesin



14


TMA, piston menutup saluran pembuangan dan menutup saluran pembilasan. Akibatnya, saluran pemasukan bahan bakar terbuka yang menyebabkan bahan bakar secara otomatis masuk melalui saluran pemasukan dibawah piston. Bahan bakar yang telah ada disilinder ditekan naik oleh piston sampai mencapai posisi TMA. Tekanan disilinder meningkat, kemudian bunga api dari busi membakar bahan bakar dan udara menjadi letusan.

2.

Langkah Buang (Down Ward Stroke) Letusan tersebut menghasilkan tenaga yang digunakan untuk mendorong

piston piston bergerak turun dari TMA ke TMB. Piston bergerak turun akan mendorong bahan bakar yang telah berada dibawah piston menuju saluran pembilasan. Saat piston bergerak turun saluran buang dan saluran pembilasan dalam keadaan terbuka. Gas sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui saluran pembuangan menuju knalpot akibat desakan bahan bakar dan udara yang masuk dalam silinder melalui saluran pembilasan. Dengan terbuangnya gas sisa pembakaran, kerja mesin 2-tak selesai untuk satu proses kerja (siklus). Proses up ward stroke dan down ward stroke akan terus bekerja silih berganti.

2.2.3 Proses pembakaran pada motor bensin Pada umumnya pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar dengan oksigen dengan diikuti oleh sinar dan panas. Mekanisme pembakaran sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom-atom dari komponen yang dapat bereaksi dengan

Teknik Mesin



15


oksigen dan membentuk produk yang berupa gas. Sebagaimana telah kita ketahui sebagai bahan bakar dari motor bensin terutama mengandung unsur-unsur karbon dan hydrogen. Ini dikenal dengan 3 teori mengenai terbakarnya hidrokarbon tersebut. a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen. b. Carbon terbakar lebih dahulu daripada hydrogen. c. Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senyawa (senyawa hidroxilasi) yang kemudian dipecah secara terbakar. Dalam pembakaran hidrokarbon yang biasa (normal) tidak akan terjadi jelaga apabila kondisinya memungkinkan untuk proses hidroxilasi. Hal ini hanya akan terjadi bila percampuran pendahuluan (premixture) antara bahan bakar dan udara mempunyai waktu yang cukup, sehingga memungkinkan masuknya oksigen kedalam molekul hidrokarbon. Bila oksigen dan hidrokarbon ini tidak bercampur dengan baik, maka akan terjadi proses cracking dimana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin ini yaitu: a.

Pembakaran normal (sempurna), dimana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki.

Teknik Mesin



16


b.

Pembakaran tidak normal (tidak sempurna), dimana sebagian bahan bakar tidak ikut terbakar, atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan keadaan yang dikehendaki.

Pembakaran yang tidak sempurna seperti misalnya knocking dan pre ignition memungkinkan timbulnya gangguan dan kesukaran-kesukaran dalam motor bensin. Seperti telah diterangkan sebelumnya pada peristiwa pembakaran normal api menyebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan fungsi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencampuri keadaan hampir terbakar, jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat, ini terjadi pada akhir langkah pembakaran. Sebagai aikibatnya tenaga mesin akan berkurang, dan jika sering terjadi akan memperpendek umur mesin. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya knocking adalah : a. Perbandingan

kompresi

yang

tinggi,

tekanan

kompresi,

suhu

pemasangan campuran dan suhu silinder yang tinggi. b. Masa pengapian terlalu cepat. c. Putaran mesin rendah. d. Penempatan busi dan kontuksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh.

Teknik Mesin



17


Pembakaran yang normal pada motor bensin adalah, dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi dan membakar semua hydrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran bahan bakar. Tetapi dalam pembakaran yang tidak lengkap yaitu pembakaran yang ada kelebihan atau kekurangan oksigen atau hydrogen. Contoh reaksi kelebihan oksigen : CH4 + 3O2 CO2 + O2 dalam persamaan reaksi diatas jelas ada kelebihan O2 (oksigen).

2.2.4. Angka Oktan Bensin Angka oktan pada bensin adalah suatu bilangan yang menunjukan kemampuan bertahan terhadap knocking. Makin besar angka oktannya makin besar pula kemampuan bertahan bensin terhadap knocking. Dengan kata lain, makin tinggi angka oktannya makin kurang kemungkinan untuk terjadi detonasi (knocking). Dengan berkurangnya intensitas untuk berdetonasi ini, maka campuran udara dan bahan bakar yang dikompresikan oleh torak menjadi lebih hemat. Angka oktan bergantung pada struktur senyawa hidrokarbon yang terdapat pada bensin tersebut. Sedang anti knocking dari suatu bahan bakar (bensin) diukur dengan CFR (Cooperative Fuel Engine) dimana harga perbandingan kompresi mesin ini dapat diubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. Penyelidikan angka oktan suatu bahan bakar dengan cara membandingkan sifat anti knocking bahan bakar tersebut dengan bahan bakar standar. Dari hasil perbandingan ini akan diketahui berapa nilai angka oktan dari bahan bakar yang diselidiki.

Teknik Mesin



18


Besarnya angka oktan bahan bakar ini tergantung pula daripada presentase ISO oktan dan normal heptan yang dikandungnya. Kalau didalam suatu bahan bakar terkandung 80% ISO oktan dan 20% normal heptan maka dapat dikatakan bahwa angka oktan bahan bakar tersebut adalah 80. ISO oktan (C8H18) mempunyai sifat tehadap knocking dan nilai tingkat oktannya adalah 100 sedangkan normal heptan (C7H16) cenderung terhadap knocking dan tingkat oktannya adalah nol. Penambahan iso oktan didalam bensin akan menambah dan menghemat pemakaian bahan bakar, sebab dengan bertambahnya ISO oktan akan bertambah pula angka oktan. Angka oktan ini dapat pula diperbesar dengan menambahkan anti knock agent yang berupa (C2H5) Pb atau bisa disebut juga Tetra Ethyl Lead. Untuk motor bensin dengan perbandingkan kompresi yang tinggi diperlukan bahan bakar dengan oktan yang tinggi pula. Jadi bensin dengan oktan yang tinggi tidak menguntungkan jika dipakai pada motor bensin yang berkompresi rendah.

2.3

Siklus Otto Siklus otto udara standar adalah siklus yang direalisasikan, yang ditiru

secara mendekati oleh mesin penyalaan bunga api. Mesin dalam gambar 2.2 bekerja menurut urutan berikut, dimulai dengan kedudukan torak penghisap pada titik mati atas. a. Campuran udara dan bahan bakar yang diuapkan kedalam silinder pada langkah isap dari torak pengisap, 0-1 b. Campuran ditekan pada langkah keatas (kembali) dari torak 1-2

Teknik Mesin



19


c. Campuran dinyalakan dengan bunga api, dan pembakaran dilakukan pada volume konstan, 2-3 d. Gas panas berekspansi, yang menimbulkan langkah tenaga, 3-4 e. Katup buang dibuka, dan hasil- hasil pembakaran mengalir keluar, pada volume konstan 1-4 f. Gas-gas pembakaran didalam silinder, sewaktu dicapai kesetimbangan tekanan dengan udara luar, didorong keluar lebih lanjut akibat langkah buang yang mengembalikan torak pengisap kedudukan titik mati atas, akan tetapi sejumlah produk pembakaran masih tertinggal didalam ruang bebas (clearance spare).

Gambar 2.2 Siklus Otto Udara Standar

Pada dasarnya analisa thermodinamika motor bakar torak sangat rumit, karena itu digunakan keadaan ideal yang membuat analisa menjadi lebih mudah. Penyerdehanaan dengan asumsi diusahakan sedapat mungkin dan tidak menyimpang jauh dari keadaan sebenarnya.

Teknik Mesin



20


Pada umumnya, untuk menganalisa motor bakar digunakan siklus udara sebagai siklus idealnya. Motor bensin bekerja berdasarkan siklus otto, siklus ini secara ideal dianggap merupakan siklus udara. Perlu diperhatikan bahwa urutan proses lengkap diatas memerlukan empat langkah dari torak atau dua putaran poros engkol. Suatu mesin bekerja secara itu disebut mesin empat langkah (yang sehari-hari dikenal sebagai mesin 4-takt). Bila siklus ini dilangsungkan dalam dua langkah torak, mesin tersebut disebut mesin dua langkah (2-takt). Dalam mesin dua langkah (langkah) isap dan buang ditiadakan, dan digunakan cara lain untuk memasukan bahan bakar dan udara, serta untuk membersihkan silinder dari produk pembakaran. Effisiensi thermal suatu mesin penyalaan bunga api dinyatakan oleh:

η=

Qditambahkan − Qdibuang

= 1−

Qditambahkan Qdibuang Qditambahkan

= 1−

m(u 4 − u1 ) m(u 3 − u 2 )

atau dengan menganggap bahwa panas jenis udara konstan:

η = 1−

m.Cv(T4 − T1 ) ..............................................................(2.1) m.Cv(T3 − T2 )

Bila baik proses kompresi maupun ekspansi berlangsung secara isentropic dan perbandingan volumenya sama, maka:

T1 ⎡V2 ⎤ =⎢ ⎥ T2 ⎣ V1 ⎦

y −1

⎡V ⎤ = ⎢ 3⎥ ⎣V4 ⎦

y −1

=

T4 .................................................(2.2) T3

Teknik Mesin



21


atau :

T4 T3 = .........................................................................(2.3) T1 T2

dari sini diperoleh:

T −T T −T T4 T -1= 3 -1= 4 1 = 3 2 .......................................(2.4) T1 T2 T1 T2 atau:

T4 − T1 T1 = .................................................................( 2.5) T3 − T2 T2

Persamaan 2.5 memungkinkan penyederhanaan 2.1 menjadi:

η =1−

T1 T = 1 − 4 .................................................................(2.6) T2 T5

atau: η = 1 − (rv )

1− y

untuk rv =

v1 v4 = v 2 v3

= 1−

1

(rv ) y −1

............................................( 2.7)

adalah perbandingan (angka) kompresi,

Perhatikan bahwa efisiensi Siklus Otto udara standar hanya merupakan fungsi angka kompresi. Itulah sebabnya mengapa ada kecenderungan untuk mempertinggi angka kompresi. Efisiensi termik suatu siklus Otto yang menggunakan gas ideal dengan panas jenis konstan ditunjukan pada gambar 2.3 untuk berbagai jenis harga kompresi rv dan perbandingan panas jenis.

Teknik Mesin



22


Gambar. 2.3 Efisiensi Siklus otto dan hubungannya dengan perbandingan panas jenis

2.4.

Parameter Pengujian Unjuk Kerja mesin

hasil uji untuk kerja motor bensin astrea legenda tanpa Swirl dan dengan Swirl ini merupakan hasil pengujian yang dilakukan diLaboratorium Proses Produksi Universitas Mercu Buana. Parameter Unjuk kerja yang diamati terdiri dari: •

Daya poros

yang keluar/ daya yang bermanfaat, BHP (Brake Horse

Power) •

Pemakaian bahan bakar, BFC (Brake Fuel Consumtion)

•

Pemakaian bahan bakar spesifik, BSFC (Brake Specific Fuel Consumption)

•

Tekanan efektif rata-rata,BMEP (Brake Mean Effective Preassure)

•

Brake Thermal Efficiency, ηth

•

Kecepatan aliran volumetric, Va (volumetric rate of flow)

•

Massa aliran udara, ma (mass rate of flow)

•

Efficiency Volumetris, ηvol

Teknik Mesin



23


2.4.1

Daya poros yang keluar/ daya yang bermanfaat, BHP (Brake Horse Power)

Daya poros didapat dari pengukuran beban dinamometer dan putaran permenit dari poros engkol Td = F × r

r = lengan / jari-jari tromol / puli disk brake = 0,3 m Td = 3,6kg × 9,8

m × 0,3m s2

= 10,58 Nm 1 2πTd BHP = • (kW ) 1000 60

2.4.2


Pemakaian bahan bakar didefinisikan sebagai jumlah penggunaan bahan bakar persatuan waktu dalam Lt/jam. Dalam pengujian ini digunakan gelas ukur dengan volume 100 cc dan pencatat waktu untuk mengukur pemakaian bahan bakar. BFC =

2.4.3

3600Vg ( Lt / jam) t

Pemakaian bahan bakar spesifik, BSFC (Brake Specific Fuel Consumption)

Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter yang terpenting untuk sebuah mesin yang berhubungan erat dengan effisiensi thermal mesin. Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan

Teknik Mesin



24


sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai perjam untuk menghasilkan kW daya mesin BSFC =

2.4.4

BFC ( Lt / kW − jam) BHP

Tekanan efektif rata-rata,BMEP (Brake Mean Effective Preassure)

Tekanan efektif dapat dihitung dengan rumus: 6.10 4 K 2 BHP BMEP = kpa 1,3778.n

2.4.5

Brake Thermal Efficiency, ηth

Efisiensi thermal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.

η th =

2.4.6

0,1136 x100%(%) BSFC

Kecepatan aliran volumetric, Va (volumetric rate of flow) Va = 0,003536 D 2

ho.Ta ( Lt / s ) Pa

Teknik Mesin



25


2.4.7

Massa aliran udara, ma (mass rate of flow)

Daya yang dapt dihasilkan mesin dibatasi oleh jumlah udara yang dihisap kedalam silinder. Pemakaian udara diukur dengan manometer, dimana yang diukur adalah beda pada orifis dalam mm H2O. Laju aliran udara karena perbedaan tekanan pada orifis, diperoleh persamaan: 2

ma= 0,00001232.D

2.4.8

Effisiensi Volumetris, ηvol

ηvol =

2.5.

ho.Pa (kg / s ) Ta

60.K 2 .Va x100% 1,3778.n

Cyclone secara umum

Disain Cyclone yang berlaku tidak banyak berubah lebih dari satu abad. Sejarah perkembangan Cyclone dapat ditemukan di Crowford (1976), Storch (1979) dan Ogawa (1984). Dimana banyak jenis Cyclone tua dan menarik yang dibahas.. Ada beberapa jenis cyclone tetapi yang lebih dikenal adalah model Stairmand (1951) dan lapple (1951) model cyclone ini telah dikembangkan melalui percobaan sampai dengan hasil yang optimal. Bagaimanapun menurut Dirgo dan Leith (1985) tidak ada teoritis dasar untuk menyakinkan spesifik suatu model yang mempunyai hasil yang optimal. Teknik Mesin



26


Aplikasi penting dari cyclone ditemukan kembali dalam Fluid Catalystic Cracking Unit (FCCU). Gas cyclone dalam FCCU biasanya digunakan pada multi pengaturan sel. Untuk menhalangi bertemunya kebutuhan yang secara khas lebih dari 99%. Pada suatu langkah lebih lanjut, efisiensi tinggi sistem cyclone mungkin digunakan untuk membuang sisa partikel-partikel. Gas cyclone yang digunakan pada tahap ini dioperasikan pada muatan zat rendah. Melalaui partikel-partikel yang mempunyai diameter antara 0,1 – 80 adalah contoh permintaan kumpulan efisiensi tinggi (±99,9%), untuk memenuhi aturan-aturan kesehatan lingkungan pada asap emisi dan mencegah kelebihan pemakaian kipas turbin dalam energi atau sistem penemuan kembali (Hoekstra, 1999). Apabila saluran masuk diabaikan , rumus cyclone hampir simetris dan sejumlah kemunduran perhitungan jenis cairan dinamik “ Computational Fluid Dynamics (CFD) telah menggunakan model sederhana ini sebagai kasus dua dimensi (Duggings and Frith, 1987) ketika secara besar mengurangi perhitungan waktu, sejak lokasi saluran masuk diabaikan akan memutuskan pola arus simetris. Lebih lanjut penyederhanaan rumus tersebut tidak dapat digunakan untuk menilai perubahan-perubahan pada desain saluran masuk atau pengukuran jarak pusaran pengganti, peningkatan baru dalam perhitungan kekuatan dan putaran kapasitas pembangkit memungkinkan model-model CFD baru memasukan rumus tiga dimensi lengkap dan dapat digunakan untuk mengevaluasi desain baru.

Teknik Mesin




27

2.5.1 Turbulence

Turbulence atau gerakan putaran yang berubah-ubah terdiri dari fluktuasi dalam arus bidang ruang dan waktu. Ini merupakan proses komplek, terutama karena itu ada tiga dimensi dan terdiri dari banyak skala atau ukuran. Hal tersebut dapat mempunyai pengaruh penting pada jenis aliran. Turbulence terjadi ketika dorongan kelembaman dalam aliran menjadi penting dibandingkan dorongan merekat dan ini dinamakan Hight Reynolds Numbers. Pada prinsipnya, persamaanpersamaan Navier Strokes menggambarkan kedua aliran laminar dan turbulence tanpa membutuhkaninformasi tambahan. Bagaimana pun aliraqn turbulence pada angka-angka realistis Reynolds menjangkau besaran dari panjang dan skala waktu turbulence dan biasanya melibatkan ukuran panjang yang lebih kecil dan pada bilangan volume lubang terkecil yang dapat secara praktis digunakan dalam analisa. Untuk memungkinkan pengaruh turbulence dapat diprediksi sejumlah besar penelitian CFD telah difokuskan pada metode-metode yang difungsikan pada model turbulence. Model turbulence telah secara detail dikembangkan untuk menghitung pengaruh-pengaruh turbulence tanpa memilih kembali.penghambat lubang tajam dan simulasi angka langsung.

Teknik Mesin



28


2.5.2 Swirl Device

Swirl Device merupakan sebuah alat berbentuk spiral satu putaran (revolusi) yang diletakkan di intake manifold system. Dibuat dari allumunium. Dengan Pengaplikasian Swirl Device didalam intake manifold system bahan bakar yang dikomperikan oleh torak menjadi lebih hemat.

Gambar 2.5.1 Swirl Device 2.5.2.1 Prinsip kerja Swirl Device

“Prinsip kerjanya, aliran mixture (campuran bahan bakar udara) mengalami turbulance sehingga menghasilkan cyclone. Akibat percampuran udara tadi, combustion duration (pembakaran) juga lebih pendek. Sehingga begitu melewati SD, kecepatan campuran bahan bakar dari karburator menuju klep masuk ke ruang bakar lebih pendek efeknya, dan efisiensi mesin lebih tinggi”

Teknik Mesin



29

Bab III Metode Pengujian

BAB III METODE PENGUJIAN

3.1

Spesifikasi Alat Percobaan Dan Pengukuran

Equipment

: Timbangan (Strain Gauge)

Max Wheight

: 25 Kg

3.1.1 Spefikasi Mesin : Motor otto Astrea Legenda 110 cc, 4 Langkah,1 silinder dan berbahan bakar bensin. Type

: 4 Langkah, 1 silinder, OHC, pendingin udara

Engine No

: NGEE-1254404

Bore

: 50,0 mm

Stroke

: 49,5 mm

Swept Volume

: 97,1 cc

Compression Ratio

: 8,8 : 1

Teknik Mesin



30


Maxsimum Speed

: 2000 rpm

Indicator Tapping

: 1 cylinder

Diameter of exhaust pipe

: 22,3 mm (0,87 inc)

Length of exhaust pipe

: 1m

Colant oulted Temperatur

: 50o C

Oil inlet temperatur

: 50o C

Top clearance

: 0,1 to 0,2 mm

Fuel

: Bensin

Oil

: SAE 15 W / 40

3.1.2

Fuel Gauge (Gelas Ukur)

Number

: 1 buah

Capacity

: 100, 250, 300, 500 cc

3.1.3

Oil Flowmeter (Alat Ukur Temperatur Oli)

Suhu

: 300° C

Serial No

: BL Type Bimetal Thermometer 3” x 100°C x 1/2” NPT x 100 mml

3.1.4

Air Pressure Pipe (Selang untuk mengukur tekanan udara)

Mistar

: 5 mm dia x 300 mm long

Pipe

:1 meter

Teknik Mesin



31


3.1.5

Additional instruments (Alat Tambahan)

Oil Cooller Tachometer

: Line Seiki Type -4010

Pengujian dilakukan di Laboratorium Proses Produksi Universitas Mercu Buana Jurusan Teknik Mesin dengan menggunakan suatu sistem pengujian yang terintegrasi terdiri dari system engine brake hidrolik, pengkondisian udara, sistem pendingin mesin dan control panel. Mesin diinstal diatas suatu konstruksi dengan dudukan yang dibuat sedimikian rupa untuk menopang mesin dan dengan didukung dengan engine mounting sehingga akan mengurangi getaran yang akan ditimbulkan oleh mesin. Dikarenakan uji mesin ini bukan merupakan uji ketahanan mesin otto bensin maka output dari engine dihubungkan ke sistem engine brake. Pada sistem pendinginan yang menggunakan oil cooler.

Gambar 3.1 Oil Cooller

Teknik Mesin



32


3.2

Tujuan Pengujian Tujuan pengujian ini adalah untuk mengetahui performance (prestasi) dari

pada motor bensin yang diuji. Pengujian dilakukan pada berbagai kecepatan putaran yaitu dari putaran rendah 800 rpm sampai dengan putaran tinggi yaitu putaran 1800 rpm kemudian hasil pengujian digambarkan dalam bentuk grafik karakteristik yang dapat digunakan untuk menilai panas oli mesin dan pemakaian bahan bakar dan kareteristik panas pada sistem pendingin mesin pada input dan output oil cooller.

3.3

Fasilitas Pengujian Dan Analisa Fasilitas pengujian merupakan faktor utama yang mempengaruhi

relevannya data hasil pengujian dan analisa-analisa terhadap karakteristik pengujian yang didapat. Fasilitas-fasilitas pengujian yang terpenting dalam pengujian mesin otto Astrea Legenda adalah sebagai berikut : a. Measurement of out torque and power (Pengukuran Output dan Daya) b. Measurement of speed (Pengukuran Kecepatan) c. Measurement of fuel consumption (Pengukuran Konsumsi Bahan Bakar) d. Measurement of air consumption (Pengukuran Konsumsi Udara) e. Measurement of heat oil (Pengukuran temperatur oli) f. Measurement of emission exhaust (Pengukuran Gas Buang)

Teknik Mesin



33


3.3.1

Pengukuran Output dan Daya Pengukuran output torsi disini mengunakan besarnya daya konstan sebesar

25 kg. Untuk mengukur output torsi dan daya dari suatu motor bensin digunakan alat-alat ukur sebagai berikut :

Gambar 3.2. Timbangan ( Strain Gauge )

3.3.2

Pengukuran Kecepatan Pengukuran terhadap speed dengan menggunakan alat yang disebut

Tachometer.

Gambar 3.3. Tachometer Teknik Mesin



34


3.3.3 Pengukuran Konsumsi dan Bahan Bakar Pengukuran atas kebutuhan bahan bakar yang dipergunakan dapat dilaksanakan dengan plint fuel gauge. Pada prinsipnya alat tersebut terdiri dari tabung yang didalamnya dibatasi dengan sekat (spacer) dan antara setiap spacer yang berurutan mempunyai volume 100, 250, 300, 500 cc. Dengan mempergunakan stopwatch dapat diketahui waktu yang diperlukan untuk pemakaian sejumlah tertentu dari bahan bakar bensin

Gambar 3.4. Gelas Ukur Bahan Bakar

Gambar 3.5. Tangki Bahan Bakar Teknik Mesin



35


3.3.4

Pengukuran Konsumsi Udara Efisiensi volumetris sangat mempengaruhi performance dari suatu motor

bakar karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara yang dapat dihisap oleh piston oleh silinder. Pengukuran jumlah udara yang dihisap dilaksanakan dengan air consumpsion motor, dengan prinsip mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui suatu orifice yang telah diketahui diameter dari koefisien of dichargenya dan kemudian menghitung kecepatan aliran udara yang melewati orifice tesebut. Pengukuran pressure drop dilaksanakan dengan manometer.

Gambar 3.6 Alat ukur Konsumsi Udara.

Teknik Mesin



36


3.3.5

Pengukuran Temperatur Pada mesin Otto ini mengunakan alat pendingin disebut oil cooller. Pada

pengukuran oil cooller terbagi menjadi dua : •

Temperatur oli masuk ke mesin (input oil temperatur)

•

Tempteratur oli keluar dari mesin (output oil temperatur)

•

Temperatur oil pada bak carter oli sehingga didapat suhu oli pada oli carter.

Gambar 3.7. Pengukur Temperatur Oli

Teknik Mesin



37


3.4

Instalasi

3.4.1

Skema Instalasi

FUEL CONSUMPTION TANK

FUEL GAUGE

INTAKE (Swirl Device)

KARBURATOR

RPM METER

MOTOR Otto EXHAUST (KNALPOT)

COOLING OIL THERMOMETER IN

TORSI : 25 kg

ENGINE COOLING OIL SYSTEM

COOLING OIL THERMOMETER OUT

(OIL COOLLER)

Sebelum pengujian dimulai, hal-hal yang perlu diperhatikan sebagai berikut a. Catatlah kondisi udara didalam ruangan laboratorium. b. Aturlah dynamometer pada kedudukan “nol”. c. Temperature oli pada kedudukan “300cc” d. Aturlah manometer pada air flow meter pada kedudukan “nol”. Teknik Mesin



38


3.4.2

Prosedur Menjalankan Motor Bensin

1. Buka saluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai ke mesin. 2. Check level bahan bakar dalam gelas ukur. 3. Check level pelumas dalam karter. 4. Periksa kabel accu dan komponen lainnya. 5. Motor distart sampai jalan dan kemudian biarkan motor berjalan beberapa waktu (min 15 menit) pada idling speed untuk pemanasan. 6. Periksa tekanan minyak pelumas (min 300 kN/m²) dan dengarkan apakah motor berjalan dengan baik.

3.4.3

Prosedur Pengukuran Sebelum mengadakan pengamatan dan pengukuran mintalah kepada

asisten “individual test-sheet” dan “main test sheet”. Pengkajian motor otto hendaknya dilaksanakan oleh minimum 2 orang praktikan dengan pembagian tugas sebagai berikut : Praktikan I •

:

Memimpin dan memberi komando saat mulai sampai selesainya pengamatan.

•

Mengamati putaran motor pada revolution counter atau tachometer serta melaksanakan pengukuran fuel consumtion dengan stopwatch.

Teknik Mesin



39


Praktikan II •

:

Mengamati manometer pada air flow meter, inlet oil temperature dan exhaust oil temperature.

•

Menjalankan motor sesuai dengan percobaan dan mencatat nilai torque rata-rata.

•

Mendokumentasikan data yang telah diuji pada lembaran pengujian.

NOTE : ¾

Pengamatan dilakukan sedapat mungkin secara serentak pada waktu motor sudah cukup “steadly”

¾

Pada setiap “set” pengamatan, variasi kecepatan putaran hendaknya dijaga tidak lebih dari 0,5 % atau 10 rpm.

¾

Perubahan Kecepatan hendaknya dilakukan secara perlahan-lahan dengan Cara mengurangi hentakan gas ( Throttle ).

¾

Untuk setiap kecepatan putaran, catatlah secara serentak : 1. Kecepatan putaran (rpm). 2. Waktu setiap pemakaian bahan bakar misalnya : 0-25-50-75-100 cc (sec). 3. Temperatur oli yang masuk dan keluar dari motor(°C). 4. Pembuatan P-V Diagram dengan “Indicator diagram”.

¾

Sedang untuk mengetahui karakteristik motor bensin pada kecepatan konstan pilihlah salah satu dari putaran-putaran : 800-2000 rpm.

Teknik Mesin



40


¾

Dan catatlah secara serentak : seperti dalam variabel catatan.

¾

Selama pengujian haruslah dijaga hal-hal pada variabel diatas : 1. Temperatur gas asap tidak lebih dari 100°C. 2. Perbedaan temperatur oli masuk dan keluar dari mesin tidak lebih dari 50°F. 3. Pengujian pada beban penuh 100% dilakukan tidak lebih dari 15 menit.

3.4.4

Prosedur Menghentikan Motor bensin 1. Kurangi beban secara perlahan-lahan sampai pada beban yang minimum sambil mengurangi kecepatan putaran motor. 2. Biarkan motor berjalan pada putaran dan beban minimum sampai temperatur gas asap menjadi kira-kira 50°C. 3. Matikan motor dengan memutus hubungan listriknya. 4. Biarkan oli bersirkulasi 15 menit lagi untuk mendinginkan motor secara perlahan. 5. Tutup semua katup-katup bahan bakar, dan lepaskan kabel start dari accu serta buka “Drainage Valve” pada dynamometer.

Teknik Mesin



41

BAB IV Data Analisa dan Pengujian

BAB IV DATA PERHITUNGAN DAN ANALISA

Pada bab ini akan membahas hasil pengamatan pengujian, contoh perhitungan dan analisa antara perbandingan antara pemakaian motor bakar dengan menggunakan swirl dengan motor bakar pada kondisi normal.

1.

Perhitungan

Berikut ini merupakan perhitungan yang diambil dari data hasil pengujian pada keadaan motor bakar menggunakan swirl pada putaran 1800 rpm Data- data sebagai berikut: Putaran

: 1800 rpm

Beban disk brake

: 3,4 kg

Volume bahan bakar

: 1 cc

Waktu pemakaian

: 8 detik

Teknik Mesin



42


Tekanan udara

: 1 atm

Beda tekanan pada orifece

: 6 mmH2O

Temperatur oli masuk

: 68°C

Temperatur oli keluar

: 76°C

Temperatur ruangan

: 34°C

Dari datadata diatas maka dapat dihitung sebagai berikut ini: •

Daya poros yang keluar/ daya yang bermanfaat, BHP (Brake Horse Power) dengan : Td = F × r

r = lengan / jari-jari tromol / puli disk brake = 0,3 m

Td = 3,4kg × 9,8

m × 0,3m s2

= 9,996 Nm 1 2πTd BHP = • (kW ) 1000 60 1 2.π .1800.9.996 BHP = • 1000 60 = 1.8832kW

•


3600Vg ( Lt / jam) t 3600.0,001 BFC = 8 = 0,45Lt / jam BFC =

Teknik Mesin



43


•

Pemakaian bahan bakar spesifik, BCFC (Brake Specific Fuel Consumption) BFC ( Lt / kW − jam) BHP 0,45 BSFC = 1.8832 = 0,2389 Lt / kW − jam BSFC =

•

Tekanan efektif rata-rata,BMEP (Brake Mean Effective Preassure) BMEP =

6.104 K 2 BHP kpa 0,97.n

6.104.2.1,8832 0,97.1800 = 129,43kpa BMEP =

•

Brake Thermal Efficiency,

ηth

0,1136 x100%(%) BSFC 0,1136 ηth = x100% 0,2389 = 47.542%

ηth =

•

Kecepatan aliran volumetric, Va (volumetric rate of flow) Va = 0,003536 D 2

ho.Ta ( Lt / s ) Pa

Teknik Mesin



44


dengan : D = diameter orifiece = 50 mm 1 cmH2O = 98,1 Pa ho = 0,4 cmH2O x 98,1 Pa = 39,24 Pa Ta = 34 + 273 = 307 K Pa = 1 atm = 760 mmHg = 101,325 kpa = 101325 Pa

58,86.307 101325

2

Va = 0,003536.22,3

= 0,7426 LT/s

•

Massa aliran udara, ma (massa rate of flow) ho.Pa (kg / s ) Ta

ma = 0,00001232.D2

2

ma = 0,00001232.22,3

58,86.101325 307

= 0,8541 Kg/s

•

Effisiensi Volumetris, ηvol

ηvol =

60.K 2 .Va x100% 1,3778.n

60.2.2.0,7426 x100% 0,97.1800 = 51.036%

ηvol =

Teknik Mesin



45


Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengamatan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Menggunakan Swirl

Putaran waktu volume t in (rpm) (detik) (cc)

o

t out o

C

Te

C

ho

Pa

(mmh2O) atm

ta o

F

T

C

kg

Nm

800

28

1

59

70

70

3.3

1

33

1

2.94

1200

20

1

63

72

82

3.5

1

33

1.5

4.41

1300

17.5

1

67

71

95

4.5

1

33

2

5.88

1600

14

1

61

73

100

5.5

1

33

2.6 7.644

1800

8

1

68

76

110

6

1

34

3.4 9.996

Tabel 4.2 Tabel Hasil Pengamatan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Menggunakan Swirl Putaran BHP (rpm) 800

(kW)

BFC

BSFC

lt/jam lt/kW-jam)

0.2462 0.1286

BMEP

Va

ma

vol

th

kPa

(lt/s)

(kg/s)

(%)

(%)

0.5223

38.068 0.5498 0.6345 85.023 21.751

1200 0.5539 0.18

0.325

57.103 0.5662 0.6534 58.374 34.957

1300 0.8001 0.2057

0.2571

76.137 0.642 0.7409 61.099 44.182

1600 1.2801 0.2571

0.2009

98.978 0.7098 0.8191 54.882 56.553

1800 1.8832 0.45

0.2389

129.43 0.7426 0.8541 51.036 47.542

Teknik Mesin



46


Tabel 4.3 Tabel Hasil Pengamatan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Kondisi Normal Putaran waktu volume t in (rpm) (detik) (cc)

o

C

t out o

Te

C

ho

Pa

(mmh2O) atm

ta o

F

T

C

kg

Nm

800

25

1

59

70

73

3.5

1

33

1

2.94

1200

18

1

63

72

85

4.5

1

34

1.5

4.41

1300

15

1

67

71

97

5.5

1

35

2

5.88

1600

9

1

61

73

106

5.5

1

36

2.8 8.232

1800

6

1

68

76

115

6.5

1

37

3.4 9.996

Tabel 4.4 Tabel Hasil Perhitungan Motor Bakar Pada Putaran Berubah Dengan Kondisi Normal Putaran BHP (rpm) 800

(kW)

BFC

BSFC

BMEP

lt/jam lt/kW-jam) kPa

0.2462 0.144

Va

ma

vol

th

(lt/s)

(kg/s)

(%)

(%)

0.5849

38.068 0.5662 0.6534 87.561 19.421

1200 0.5539

0.2

0.3611

57.103 0.6431 0.7397 66.298 31.461

1300 0.8001

0.24

0.3

76.137 0.7121 0.8164 67.767 37.87

1600 1.3786

0.4

0.2902

106.59 0.7133 0.8151 55.15 39.152

1800 1.8832

0.6

0.3186

129.43 0.7767 0.8847 53.379 35.656

Teknik Mesin



47


Grafik 4.1 BHP Vs rpm

BHP (kW)

2

BHP Nor BHP SW

0 500

1000

1500

2000

Putaran (rpm)

Pada grafik 4.1 Perbedaan antara BHP swirl dengan BHP normal hanya sedikit. Adanya perbedaan pada saat putaran 1600 rpm.

Teknik Mesin



48


Grafik 4.2 BFC vs Putaran 0.7 0.6 BFC Nor BFC SW

BFC (lt/jam)

0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 500

1000

1500

2000

Putaran (rpm)

Pada grafik 4.2 ada perbedaan dimana konsumsi bahan bakar dimana pada kondisi yang menggunakan swirl mengalami penurunan konsumsi bahan bakar pada putaran motor yang tinggi, ini terbalik pada kondisi normal dimana semakin tinggi putaran semakin tinggi konsumsi bahan bakar.

Teknik Mesin



49


Grafik 4.3 BSFC vs RPM 0.7

BSFC (lt/kW-jam)

0.6 0.5 0.4

BSFC Nor BSFC SW

0.3 0.2 0.1 0 500

1000

1500

2000

Putaran (rpm)

Pada grafik 4.3 kebutuhan bahan bakar spesifik pada kondisi yang menggunakan swirl akan lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal dimana BSFC didapatkan dari perbandingan antara BFC dengan BHP, dimana pada motor bakar menggunakan swirl lebih rendah dan BHP yang meningkat.

Teknik Mesin



50


Grafik 4.4 EFF Volumetris Vs Putaran 100 90 80 Effesiensi (%)

70 60 50 40 30 20 10 0 500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

Putaran (Rpm)

Eff. Vol Nor

Eff. Vol sw

Pada grafik 4.4 Secara otomatis effisiensi volume menggunakan swirl sedikit lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal, ini dikarenakan aliran volumetrik sedikit lebih rendah.

Teknik Mesin



51


Grafik 4.5 EFF Thermal Vs Putaran 60

Effesiensi (%)

50

40

30

20

10

0 500

700

900

1100

1300

1500

1700

1900

Putaran (Rpm)

Eff. Th nor

Eff.th Sw

Pada grafik 4.5 effisiensi thermal pada motor bakar menggunakan swirl lebih tinggi jika dibandingkan motor bakar pada kondisi normal, hal ini dikarenakan BSFC sebagai faktor pembagi didapat semakin menurun.

Teknik Mesin



52

BAB V Kesimpulan dan Saran

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Dari pengujian dan analisa yang telah dilakukan penulis mencoba memberikan kesimpulan dan saran. 5.1 Kesimpulan Dari hasil unjuk kerja dan uji prestasi terhadap motor bensin Astrea Legenda 110 cc dapat diperoleh kesimpulan, yaitu: 1.

Perbedaan antara BHP swirl dengan BHP normal hanya sedikit. Adanya perbedaan pada saat putaran 1600 rpm dimana BHP normal lebih tinggi dibandingkan BHP swirl, BHP normal 1.3766 kW sedangkan BHP swirl 1.2801 kW.

2.

Ada perbedaan dimana konsumsi bahan bakar dimana pada kondisi yang menggunakan swirl mengalami penurunan konsumsi bahan bakar pada putaran motor yang tinggi, ini terbalik pada kondisi normal

Teknik Mesin



53

BAB V Kesimpulan dan Saran

dimana semakin tinggi putaran semakin tinggi konsumsi bahan bakar. Pada putaran 1800 rpm konsumsi bahan bakar normal 0,6 lt/jam sedangkan konsumsi bahan bakar menggunakan swirl 0,45 lt/jam. 3.

Kebutuhan bahan bakar spesifik pada kondisi yang menggunakan swirll akan lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal, kebutuhan bahan bakar spesifik normal 0,3166 lt/kW-jam sedangkan yang menggunakan swirl 0,2389 lt/kW-jam.

4.

Effisiensi thermal pada motor bakar menggunakan swirl lebih tinggi jika dibandingkan motor bakar pada kondisi normal, hal ini dikarenakan BSFC sebagai faktor pembagi didapat semakin menurun.

5.

Secara otomatis effisiensi volume menggunakan swirl sedikit lebih rendah jika dibandingkan pada kondisi normal, ini dikarenakan aliran volumetrik sedikit lebih rendah, efisiensi volumetric keadaan normal 53.379 % sedangkan yang menggunakan swirl 51.036 %.

6.

Dan pada akhirnya dari hasil pengujian ini dapat diketahui kinerja motor bensin yang terjadi dimana dengan diaplikasikannya swirl pada intake runner mesin masih bisa bekerja dengan baik.

5.2 Saran- saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dalam memilih kecocokan bahan bakar dan pelumas. 2. Untuk mencegah terjadinya panas yang berlebihan maka mesin harus memiliki pendingin (radiator).

Teknik Mesin



DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, Koichi Tsuda, “ Motor Diesel Putaran Tinggi”, PT Pradnya Paramita, Jakarta, 1986. Laboratorium Fenomena Universitas Mercu Buana. Modul Pengujian Prestasi Mesin. Jakarta. Tanpa Tahun PT. Kawan Pustaka. “ Mencari dan Memperbaiki Kerusakan Sepeda Motor ”. Jakarta, 2005. Willard W. Pulkrabek, “ Engineering Fundmental of The Internal Combustion Engine”, Prentice Hall. International, inc, New York, 1997.

Teknik Mesin

Fakultas Teknologi Industri Buana

54 Universitas Mercu

PENGAPLIKASIAN ALAT SWIRL DEVICE PADA MOTOR BENSIN

Recommend Documents