RELATIONSHIP ANALYSIS OF TORQUE, POWER BRAKE FRICTION HEAT AND FUEL CONSUMPTION OF MOTOR FUEL GASOLINE ON RPM Febriansyah / 20406285 Industrial Technology Faculty, Mechanical Engineering Major
ABSTRACT Motor fuel is a machine that uses thermal energy to perform mechanical work. Motor fuel is divided into two two-stroke motorcycles and four-stroke motors, two-stroke motorcycle is a motor that works in two steps to produce one work cycle, while the four-stroke motorcycle is a motor that works with the four steps to produce a work cycle. The ability of a machine to know because we can see how a machine of his ability. And the ability of machines we can know the size of the Torque, Power, Fuel Consumption, and Heat Scratch Brakes, therefore conducted an analysis of the combustion engine 1800 cc. The results of the analysis in the form of torque at 1500 rpm experiment I the value 1155.6 Nm to 2500 Nm 2022.3 rpm value, in experiment II at 1500 rpm up to 2500 Nm worth 1155.6 2253.4 Nm rpm value, and in experiment III worth 1329 Nm 1500 rpm to 2500 rpm worth 2311.2 Nm. Then the power in experiments I to be worth 181.5 kW 1500 rpm to 2500 rpm worth 524.9 kW, in experiment II worth 181.5 kW 1500 rpm to 2500 rpm worth 589.9 kW, and in experiment III at 1500 rpm worth 208.7 kW to 605.1 kW 2500 rpm value. Then the value of Fuel Consumption in experiment I at 1500 rpm for 1.92 L / h up to 2500 rpm at 2.52 L / h, in experiment II at 1500 rpm of 1.86 L / h up to 2500 rpm of 2.64 L / h, and at 1500 rpm III trial of 1.86 L / h up to 2500 rpm at 2.6 L / hr. The temperature of the brake at the last trial I at 1500 rpm worth 31.8 ° C to 35.4 ° C 2500 rpm value, in experiment II at 1500 rpm worth 31.8 ° C to 36.3 ° C 2500 rpm value, and III trials in 1500 rpm worth 32.5 ° C to 36.5 ° C 2500 rpm value.
1
ANALISIS HUBUNGAN TORSI, DAYA, PANAS GESEK REM DAN KONSUMSI BAHAN BAKAR TERHADAP RPM PADA MOTOR BAKAR BENSIN Febriansyah / 20406285 Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Mesin
ABSTRAKSI Motor bakar adalah mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik. Motor bakar terbagi menjadi dua yaitu motor dua tak dan motor empat tak, motor dua tak adalah motor yang bekerja dengan dua langkah untuk menghasilkan satu siklus kerja, sedangkan motor empat tak adalah motor yang bekerja dengan empat langkah untuk menghasilkan satu siklus kerja. Kemampuan suatu mesin perlu diketahui karena kita dapat mengetahui kinerja suatu mesin dari kemampuannya. Dan kemampuan mesin dapat kita ketahui dari besarnya Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar, dan Panas Gesek Rem, maka dari itu dilakukan analisis terhadap motor bakar 1800 cc. Hasil analisisnya berupa besar Torsi di percobaan I pada 1500 rpm bernilai 1155,6 Nm hingga 2500 rpm bernilai 2022,3 Nm, di percobaan II pada 1500 rpm bernilai 1155,6 Nm hingga 2500 rpm bernilai 2253,4 Nm, dan di percobaan III pada 1500 rpm bernilai 1329 Nm hingga 2500 rpm bernilai 2311,2 Nm. Lalu besar Daya di percobaan I pada 1500 rpm bernilai 181,5 kW hingga 2500 rpm bernilai 524,9 kW, di percobaan II pada 1500 rpm bernilai 181,5 kW hingga 2500 rpm bernilai 589,9 kW, dan di percobaan III pada 1500 rpm bernilai 208,7 kW hingga 2500 rpm bernilai 605,1 kW. Kemudian nilai Konsumsi Bahan Bakar di percobaan I pada 1500 rpm sebesar 1,92 L/jam hingga 2500 rpm sebesar 2,52 L/jam , di percobaan II pada 1500 rpm sebesar 1,86 L/jam hingga 2500 rpm sebesar 2,64 L/jam , dan di percobaan III pada 1500 rpm sebesar 1,86 L/jam hingga 2500 rpm sebesar 2,6 L/jam. Terakhir besar Temperatur rem di percobaan I pada 1500 rpm bernilai 31,8 oC hingga 2500 rpm bernilai 35,4 oC, di percobaan II pada 1500 rpm bernilai 31,8 oC hingga 2500 rpm bernilai 36,3 oC, dan di percobaan III pada 1500 rpm bernilai 32,5 oC hingga 2500 rpm bernilai 36,5 oC.
dalam hitungan detik, dan yang pada akhirnya manusia itu sendiri sudah sangat bergantung kepada mesin. Semakin lama manusia hidup dan kehidupan manusia yang semakin modern, manusia telah menciptakan dan mengembangkan mesin dengan satu kebutuhan manusia itu sendiri.
PENDAHULUAN Mesin adalah semua benda atau segala sesuatu yang membantu pekerjaan manusia menjadi lebih mudah dan lebih cepat, mulai dari pesawat terbang yang membantu manusia untuk mencapai tempat tujuan tertentu yang dapat ditempuh dalam waktu singkat hingga sebuah kalkulator yang dapat membantu manusia menghitung dengan cepat
Motor bensin Toyota Kijang adalah mesin mobil yang selalu
2
dikembangkan oleh perusahaan Toyota agar lebih baik dari mesin sebelumnya. Di Indonesia sendiri Toyota Kijang telah ada sejak tahun 1977 hingga sekarang ini. Mobil Toyota Kijang di Indonesia mulanya dibuat untuk mengangkut barang, dan kemudian atas permintaan konsumen di Indonesia maka mobil Toyota Kijang dibuat untuk mengangkut penumpang. Dalam perkembangan tersebut perusahaan Toyota Kijang melakukan analisis yang diperlukan untuk merancang mobil yang baru, mulai dari analisis kemampuan mesinnya diantaranya Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar, dan lain-lain hingga body mobilnya.
1. Motor Pembakaran Luar Motor Pembakaran Luar (external combustion engine) yaitu proses pembakaran yang terjadi di luar mesin, energi thermal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah, sebagai contohnya : mesin uap, turbin uap, dan lain-lain. 2. Motor Pembakaran Dalam Motor Pembakaran Dalam (internal combustion engine) yaitu proses pembakaran yang terjadi dalam mesin itu sendiri, yang pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Karena proses berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja, sebagai contohnya motor diesel, motor bensin, dan lain-lain.
Kita perlu menganalisis mesin dengan membandingkan dua mesin agar kita dapat mengetahui apa saja yang menjadi kekurangan dan kelebihan yang terdapat pada mesin yang lama dengan mesin yang akan dibuat. Agar kita mendapatkan hasil analisis yang bagus yaitu mesin yang baru harus lebih cepat dalam pemakaiannya dan harus lebih mudah dalam pengerjaannya, maka kita harus mengadakan pengambilan data yang kita butuhkan dan memulai analisis
Jenis Motor Bakar 1. Motor Bakar Torak Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak translasi atau bolak-balik. Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak dengan batang penghubung (batang penggerak) yang dihubungkan dengan proses engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak. 2. Motor Otto Motor otto merupakan salah satu penggerak mula yang mengkonversikan energi thermal menjadi energi mekanik. Energi thermal tersebut diperoleh dari pembakaran bahan bakar dengan udara. Motor bensin itu sendiri mesin
KAJIAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI Motor Bakar Salah satu penggerak mula yang sering dipakai adalah mesin kalor, yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini mesin kalor terbagi menjadi dua golongan, yaitu :
3
pembakaran dalam yang mana proses pembakarannya terjadi pada ruang bakar. Lain halnya mesin pembakaran luar yang mana proses pembakarannya terjadi di luar mesin yang kemudian energi panas tersebut dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah.
melakukan kerja tetap. Kerja secara tetap (periodik) di dalam silinder dimulai dari pemasukan campuran udara dan bensin ke dalam silinder sampai pada kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas yang telah terbakar dari silinder disebut ”siklus mesin”. Pada motor bensin terdapat salah satu macam yang mana 4 gerakan torak untuk memperoleh satu siklus memerlukan dua kali putaran poros engkol dan macam yang lainnya yaitu 2 gerakan torak memerlukan hanya satu putaran poros engkol, jenis yang pertama disebut motor 4 langkah dan kedua disebut motor 2 langkah. 3. Motor Diesel Motor diesel adalah motor pembakaran dalam (internal combustion engine) yang beroperasi dengan menggunakan minyak gas atau minyak berat sebagai bahan bakar dengan suatu prinsip bahan bakar tersebut disemprotkan (diinjeksikan) ke dalam silinder yang di dalamnya sudah terdapat udara dengan tekanan dan suhu yang cukup tinggi sehingga bahan bakar tersebut secara spontan terbakar. Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada tujuan perancangan, dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Tekanan gas hasil pembakaran akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol. Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolakbalik torak pada langkah kompresi.
Gambar 1 Siklus Otto Campuran udara dan bensin yang dihisap ke dalam silinder dimampatkan dengan torak dibakar untuk memperoleh tenaga panas, yang mana dengan terbakarnya gasgas akan mempertinggi suhu dan tekanan, bila torak yang bergerak turun naik di dalam silinder menerima tekanan yang tinggi, suatu tenaga kerja pada torak memungkinkan torak terdorong ke bawah, bila batang torak dan poros engkol dilengkapi untuk mengubah gerakan turun naik torak menjadi gerak berputar, torak akan menggerakkan batang torak dan yang mana ini akan memutarkan poros engkol. Dan juga diperlukan untuk membuang gas-gas bekas terbakar dan penyediaan campuran udara bensin pada saat-saat yang tetap untuk menjaga agar torak dapat bergerak secara periodik dan
4
menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai : 1. Urutan proses. 2. Perbandingan kompresi. 3. Temperatur dan tekanan. 4. Penambahan kalor. Pada keadaan yang sebenarnya banyak terjadi penyimpangan alur siklus ideal tersebut. Hal tersebut antara lain : 1. Katup tidak terbuka dan tertutup tepat pada titik mati atas dan titik mati bawah torak. 2. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal. 3. Pada motor bakar torak tidak dapat memasukkan kalor seperti yang terdapat pada siklus udara akan tetapi perubahan temperatur yang terjadi merupakan akibat dari pembakaran bahan bakar dengan udara. 4. Terjadi kerugian-kerugian gesek, thermal, dan kerugian energi lainnya. 5. Tidak ada pembakaran yang sempurna.
Gambar 2 Siklus Diesel Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya loncatan api listrik yang ditimbulkan oleh dua elektroda busi, sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor bensin disebut spark ignition engine.
Motor Bensin Empat Langkah Gambar 3 diagram skema sederhana yang menjelaskan kerjanya motor bensin 4 langkah.
Skema Motor Bakar Proses thermodinamika dan kimia yang terjadi pada motor bakar sangatlah kompleks untuk dianalisa menurut teori. Oleh karena itu maka diperlukan adanya asumsi keadaan yang ideal. Semakin ideal suatu keadaan maka semakin mudah untuk dianalisis, akan tetapi keadaan tersebut dapat menyimpang jauh dari keadaan yang sebenarnya. Umumnya untuk menganalisis motor bakar diperlukan siklus udara ideal. Siklus udara tersebut
Gambar 3 Langkah Kerja Mesin Empat Langkah
5
1. Langkah pemasukan Katub masuk terbuka dan torak bergerak dari batas atas (TMA) menuju ke batas bawah (TMB) maka campuran udara dan bahan bakar mengalir masuk ke dalam silinder. 2. Langkah kompresi Katub masuk tertutup dan torak bergerak menekan campuran udara dan bahan bakar yang menimbulkan tekanan. Sewaktu torak mendekat pada TMA, ditimbulkan percikan api listrik yang dihasilkan oleh busi dengan dua ujung elektrodanya. Percikan api listrik ini membakar campuran udara dan bahan bakar sehingga mulai terjadi pembakaran. 3. Langkah ekspansi Campuran udara dan bahan bakar yang terbakar berturutan menimbulkan tekanan yang lama kelamaan menjadi maksimum. Tekanan maksimum ini menekan torak ke bawah dan baik tekanan maupun suhu dari gas pembakaran mulai mengurang. Gaya gerak yang ditimbulkan oleh gerakan torak ini diteruskan kepada poros engkol melalui tangkai torak dan engkol dan dengan demikian poros engkol dipaksa untuk berputar mengatasi tahanan geseran. 4. Langkah pembuangan Katup buang terbuka dan gas sisa pembakaran ditekan keluar oleh torak yang bergerak ke atas dan dengan demikian selanjutnya dimulai lagi langkah pemasukan untuk siklus berikutnya. Bagian motor pembakaran yang terdiri dari torak, tangkai torak, engkol, dan poros engkol dinamakan mekanisme engkol. Besarnya sudut poros engkol menentukan kedudukan torak dan besarnya isi silinder. Mekanisme penggerak katup masuk dan katup buang juga dilakukan oleh
poros engkol melalui susunan roda gigi. Dengan demikian semua gerakan yang dilakukan oleh bagian-bagian dari motor pembakaran ditentukan oleh besar kecilnya sudut poros engkol. Isi silinder yang dipengaruhi oleh gerakan torak waktu torak bergerak dari TMA ke TMB juga disebut isi langkah. Daya yang dihasilkan oleh motor pembakaran ini secara langsung tergantung dari isi silinder ini. Hal ini disebabkan jumlah panas yang dihasilkan dari pembakaran campuran gas tergantung dari jumlah campuran udara dan bahan bakaryang dapat dialrkan ke dalam silinder tiap siklusnya. Isi silinder ini merupakan nilai yang sangat penting pada spesifikasi motor pembakaran dan sangat menentukan. Misalnya motor pembakaran 250 cc atau 1.5 liter dan lain sebagainya. Keuntungan dan Kerugian Mesin Empat Langkah 1. Keuntungan Karena proses pemasukan, kompresi, kerja, dan buang prosesnya berdiri sendiri-sendiri sehingga lebih presisi, efisien dan stabil, jarak putaran dari rendah ke tinggi lebih lebar (500 - 10000 rpm); kerugian langkah karena tekanan balik lebih kecil dibanding mesin dua langkah sehingga pemakaian bahan bakar lebih hemat; putaran rendah lebih baik dan panas mesin lebih dapat didinginkan oleh sirkulasi oli; langkah pemasukan dan buang lebih panjang sehingga efisiensi pemasukan dan tekanan efektif ratarata lebih baik.
6
2. Kerugian Komponen dan mekanisme gerak klep lebih banyak, sehingga perawatan lebih sulit; suara mekanis lebih gaduh; langkah kerja terjadi dengan 2 putaran poros engkol, sehingga keseimbangan putar tidak stabil.
tenaga putar dan tenaga putar ini disebut torsi. Dalam lain hal juga dapat dijumpai tenaga puntir ini misalnya apabila sebuah baut akan dikeraskan atau dibuka. Tenaga pengerasan atau pembukaan ini juga berupa torsi. Jadi torsi dapat disimpulkan sebagai berikut :
Hal yang Mempengaruhi Kemampuan Mesin Yang dimaksud dengan kemampuan mesin adalah prestasi dari suatu mesin di mana prestasi tersebut erat hubungannya dengan daya mesin yang dihasilkan serta daya guna dari mesin tersebut. Ada beberapa hal yang mempengaruhi kemampuan mesin yang dapat diperinci sebagai berikut : 1. Torsi (T) Gaya adalah percepatan yang dialami oleh suatu benda yang memiliki massa yang dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Berikut ini adalah rumusan gaya
Dengan T = Torsi (Nm) F = Gaya Puntir (Newton) L = Panjang (meter) Jika langkah piston cukup panjang dan tekanan pembakaran cukup tinggi, maka akan menghasilkan torsi yang cukup besar juga. Kecepatan translasi dari piston terbatas pada suatu harga kecepatan tertentu sehingga untuk mesin dengan langkah panjang akan menyebabkan putaran mesinya lebih rendah dibanding dengan mesin yang mempunyai langkah pendek. Demikian juga dengan torsi yang dihasilkan di mana untuk mesin dengan langkah panjang torsi maksimum dihasilkan pada putaran rendah dan untuk mesin dengan langkah pendek torsi maksimum dihasilkan pada putaran tinggi. 2. BHP (Break Horse Power) Pada motor bakar torak, daya yang berguna adalah daya poros, karena poroslah yang akan menggerakkan beban. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya indikatif yang merupakan daya gas pembakaran. Rumus untuk daya pada mesin tersebut adalah
Dengan F = Gaya Puntir (N) P = Tekanan Puntir (kg/cm2) A = Luas Alas (m2) g = Percepatan Gravitasi (m/s2) Proses pembakaran di dalam silinder selanjutnya akan menimbulkan tekanan pembakaran yang diteruskan untuk menekan piston. Akibat adanya tekanan ini piston akan merubah tekanan tersebut menjadi gaya. Gaya ini selanjutnya diteruskan ke batang piston yang nantinya akan menyebabkan berputarnya poros engkol. Berputarnya poros engkol ini akan menyebabkan timbulnya
Dengan BHP = Break Horse Power (Watt)
7
n = putaran roda per waktu (rpm) T = Torsi (Nm) 3. BFC (Break Fuel Consumption) Untuk mendapatkan energi panas diperlukan campuran gas yang terdiri dari udara dan bahan bakar. Banyaknya bahan bakar yang dipergunakan untuk menghasilkan energi panas tergantung kepada besar volume langkah piston dan efisiensi volumetrik atau pengisian. Istilah pemakaian bahan bakar biasanya dikenal yang menyatakan jarak tempuh kendaraan tiap satu liter bahan bakar. Pemakaian bahan bakar ini dipengaruhi oleh besar kecilnya volume langkah piston, di mana bila suatu kendaraan mempunyai mesin dengan volume langkah piston yang besar akan menempuh jarak yang relatif lebih pendek bila dibandingkan dengan kendaraan yang mempunyai mesin dengan volume langkah piston yang lebih kecil. Rumus untuk BFC adalah
Rem jenis ini biasanya digunakan pada kendaraan bermotor. Rem cakram adalah perangkat pengereman yang digunakan pada kendaraan modern. Rem ini bekerja dengan menjepit cakram yang biasanya dipasang pada roda kendaraan, untuk menjepit cakram digunakan caliper yang digerakkan oleh piston untuk mendorong sepatu rem ke cakram/piringan. Rem jenis ini juga digunakan pada kereta api, sepeda motor, sepeda. Pada setiap kendaraan bermotor kemampuan sistem pengereman menjadi suatu yang sangat penting karena dapat mempengaruhi keselamatan kendaraan tersebut. Semakin tinggi kemampuan kendaraan tersebut untuk melaju maka semakin tinggi pula tuntutan kemampuan sistem rem yang lebih handal dan optimal untuk menghentikan atau memperlambat laju kendaraan tersebut. Sistem rem yang baik adalah sistem rem yang jika dilakukan pengereman baik dalam kondisi apapun pengemudi tetap dapat mengendalikan arah laju kendaraannya. Pada umumnya sistem pengereman pada mobil baik dalam kondisi kering maupun basah tetap dapat bekerja dengan baik. Tetapi jika kondisi itu berubah yaitu jika salah satu sisi roda menapak pada jalan yang kering maka sistem pengereman itu tidak mampu untuk membaca situasi tersebut sehingga akan terjadi kegagalan pengereman dengan menarikya kendaraan pada satu sisi akibat tidak proporsinya pengereman antara roda kanan dan roda kiri.
Dengan BFC = Break Fuel L Consumption ( /jam) Vq = Volume (Liter) t = Waktu (jam) 4. REM Rem merupakan perangkat yang digunakan pada kendaraan bermotor. Sebenarnya rem ada beberapa macam, tetapi pada kendaraan modern ada dua macam rem yaitu: rem tromol dan rem cakram. Rem tromol adalah perangkat pengereman yang digunakan pada kendaraan modern. Rem ini bekerja dengan cara menggesek drum tromol yang digerakkan oleh piston untuk mendorong sepatu rem/kanvas rem.
8
DATA DAN ANALISIS Spesifikasi motor bakar Toyota Kijang ’97 Dalam penelitian ini menggunakan motor bakar Kijang tahun 1997 dengan kondisi yang layak untuk digunakan sebagai data penelitian. Motor bakar Toyota Kijang sendiri merupakan motor bakar yang sangat banyak digunakan secara umum di Indonesia karena lebih irit bahan bakar dan berkualitas baik.
Gambar 4 Rem Mobil Untuk dapat mengukur suhu rem yang sudah dilakukan pengereman digunakan rumus sebagai berikut
Tabel 1 Spesifikasi motor bakar Toyota Kijang ’97 Volume silinder : 1800 cc
Dengan Fk = Gaya gesek (N) µ = Koefisien gesek (0,3) Fn = Gaya normal (N)
Dengan Q = Kalor (Watt) dx = Jarak mobil dari saat mobil direm hingga berhenti (asumsi bernilai 0,2 m) t = Waktu pengereman (asumsi 0,5 s)
Jumlah silinder
: 8 silinder
Tahun pembuatan
: 1997
Tipe mesin
: 4 Langkah
Starter
: Elektrik
Alat yang digunakan Alat yang digunakan untuk penelitian ini adalah Tachometer dan Termometer infra merah. 1. Tachometer Tachometer adalah sebuah instrumen atau alat yang mampu untuk mengukur kecepatan putarandari poros engkol atau piringan, seperti yang terdapat pada sebuah motor atau mesin yang lainnya. Alat ini biasanya menampilkan rotasi per menit (RPM) pada sebuah pengukur skala analog. Kata tachometer berasal dari Yunani, tachos yang berarti kecepatan dan metron yang berarti untuk mengukur. Perangkat ini pada masa sebelumnya dibuat dengan dial, jarum yang menunjukkan pembacaan saat ini dan tanda-tanda yang
Dengan Tmax = Temperatur maksimum akibat gesekan (K) q = Heat flux (W/m2) t = Waktu pengereman (s) ρ = Densitas (kg/m3) c = Spesifik panas (J/kgK) k = Konduktivitas termal (W/mK) Tawb = Temperatur lingkungan (K)
9
menunjukkan tingkat yang aman dan berbahaya. Pada masa kini telah diproduksi tachometer digital yang memberikan pembacaan numerik tepat dan akurat dibandingkan menggunakan dial dan jarum. Dalam bentuk yang paling banyak digunakan, tachometer mengukur kecepatan di mana perangkat mekanik berputar, yang biasanya ditunjukkan dalam RPM. Tachometer digunakan untuk memantau RPM dalam mobil karena menjalankan mesin dengan harga RPM terlalu tinggi dapat secara drastis mengurangi umur mesin menjadi lebih pendek. Pesawat terbang biasanya memiliki satu tachometer untuk setiap mesin. Dalam pesawat yang menggunakan baling-baling, tachometer juga dibutuhkan untuk setiap balingbaling. Sebuah mesin pesawat biasanya beroperasi pada RPM lebih tinggi dari baling-balingnya. Dengan menggunakan tachometer terpisah untuk bagian-bagian yang berbeda, pilot pesawat atau awak dapat mengetahui apakah ada masalah dengan bagian tertentu.
2. Termometer Inframerah Termometer non-kontak atau termometer inframerah dapat mengukur suhu tanpa kontak fisik antara termometer dan obyek di mana suhu diukur. Termometer ditujukan pada permukaan obyek dan secara langsung memberikan pembacaan suhu. Alat ini sangat berguna untuk pengukuran di tungku atau suhu permukaan dan lain sebagainya. Prinsip dasar termometer infra merah adalah bahwa semua obyek memancarkan energi infra merah. Semakin panas suatu benda, maka molekulnya semakin aktif dan semakin banyak energi infra merah yang dipancarkan.Termometer infra merah terdiri dari sebuah lensa yang focus mengumpulkan energi infra merah dari obyek ke alat pendeteks/detektor. Detektor akan mengkonversi energi menjadi sebuah sinyal listrik, yang menguatkan dan melemahkan dan ditampilkan dalam unit suhu setelah dikoreksi terhadap variasi suhu ambien. Termometer tembak dengan laser pointer, sangat mudah pemakaiannya hanya dengan mengarahkan laser pointer ke obyek yang akan diukur, hasil seketika ditampilkan di LCD. Aman karena tidak harus dekat obyek.
Gambar 5 Alat ukur Tachometer
Gambar 6 Termometer Inframerah
10
tahun 1977. Dimana saat itu terdapat keraguan dari para perancangnya, tentang apakah Kijang dapat diterima oleh pasar Indonesia. Keraguan tersebut disebabkan karena Mitsubishi Colt merupakan jenis kendaraan yang mendominasi pasar mobil mini bus pada saat itu. Generasi pertama Toyota Kijang menerapkan konsep pickup dengan bentuk kotak mendasar. Model ini sering dijuluki "Kijang Buaya" karena tutup kap mesinnya yang dapat dibuka sampai ke samping. Kijang generasi perdana ini diproduksi hingga pada tahun 1980. Pada tahun pertama peluncurannya, total produksi Kijang generasi pertama hanya berjumlah 1.168 unit. Dimana tahun berikutnya, 1978, jumlahnya meningkat menjadi 4.624 unit. Jumlah produksi Kijang terus meningkat dari tahun ke tahun. Kehadiran Kijang sebagai kendaraan multifungsi atau serbaguna yang mudah perawatannya membuat permintaan terus meningkat. Toyota Kijang lahir sebagai kendaraan dengan konsep Basic Utility Vehicle. Cocok sebagai kendaraan dengan konsep serba guna dan mudah untuk dirawat. Sejalan dengan peraturan pemerintah Indonesia untuk menerapkan konsep pembangunan ekonomi melalui pengembangan motorisasi dan otomotif di Indonesia, khususnya melalui konsep Kendaraan Bermotor Niaga Serbaguna (KBNS). 2. Toyota Kijang Generasi II (23 Agustus 1981 – 31 Desember 1985) Generasi II mulai dijual pada September 1981. Bentuk model ini tidak terlalu berbeda dibandingkan dengan generasi sebelumnya, namun memiliki beberapa perubahan yang
Diagram Alir Penelitian Mulai
Menyalakan Mesin
Masukkan gigi perseneling
Mengukur rpm as roda
Lakukan pengereman dan ambil data
Selesai Sekilas Mengenai Toyota Kijang Toyota Kijang adalah model kendaraan niaga dan keluarga buatan Toyota yang merupakan kendaraan paling populer untuk kelas minibus di Indonesia. Toyota Kijang hadir di Indonesia sejak tahun 1977 dan saat ini merupakan salah satu model yang diusung Toyota dan paling laku di negara tersebut. Kini mobil ini dapat ditemukan dengan mudah di seluruh pelosok Indonesia. 1. Toyota Kijang Generasi I (1 Januari 1977 – 23 Agustus 1981) Peluncuran perdana dari Toyota Kijang generasi pertama adalah pada 11
diantaranya adalah peningkatan kapasitas silinder mesin menjadi 1.300 cc (naik 100 cc). Kapasitas ini kemudian dinaikkan lagi hingga 1.500 cc. Mobil ini, walaupun disebut sebut memiliki banyak perubahan, bentuknya masih ada kesamaan dengan kijang buaya. Lampu mobil masih bulat di samping depan kanan-kiri dan gril masih sederhana dengan tulisan TOYOTA pada bagian depan. Garis pada bonnet juga masih simpel dan curam. Meski bukaan pada tutup kap mesin tidak lagi bukaan penuh hingga bagian tepi hidung mobil (bonnet) seperti halnya kijang sebelumnya. Mobil dengan kode rangka KF20 ini akrab sebagai Doyok (sebutan yang diambil dari sebuah serial kartun bertokoh Doyok pada harian Pos Kota) sehingga dikenal juga sebagai Kijang Doyok. Pintu lebih manis dengan dilengkapi kaca dengan engsel tidak lagi mirip engsel pintu rumah dan dilengkapi kunci pada tahun 1982. Dengan mesin 4K berkapasitas 1300 cc, transmisi masih 4 percepatan. Suspensi masih double wishbone dengan per daun pada bagian depan dan per daun under axle (dibawah gardan) pada bagian belakang mobil. 3. Toyota Kijang Generasi III (31 Desember 1985 – 1 April 1997) Pada tahun 1986 model generasi ketiga dilempar ke pasaran. Kijang generasi ini bentuknya lebih melengkung pada lekukannya sehingga tampak lebih modern. Model ini hingga saat ini masih banyak digunakan di jalanan di Indonesia meski tidak lagi diproduksi. Pada generasi ini, konsep kijang sebagai kendaraan angkut mulai bergeser sebagai kendaraan
penumpang sekalipun banyak Kijang generasi sebelumnya juga dimodifikasi sebagai kendaraan penumpang. Pada generasi ini juga masih terdapat varian pick up, meski tidak lagi menjadi konsep utama Toyota Kijang seperti generasi sebelumnya. Dimasa ini, bisa dikatakan sebagai generasi kejayaan Kijang sebagai mobil penumpang, terutama sebelum banyak mobil penumpang Built Up impor meramaikan pasar kendaraan di Indonesia serta puncak dominasi Toyota atas model-model kuat seperti Mitsubishi Colt L300 dan minibus tanpa bonnet lainnya seperti Suzuki Carry dan Daihatsu Zebra dimana Kijang menjadi pilihan kuat konsumen saat itu. Toyota mengeluarkan dua tipe Kijang pada generasi ini yakni tipe Kijang Super (1986-1992) dan Kijang Grand (1992-1996) dengan memiliki life cycle cukup panjang (hampir satu dekade) dibandingkan generasi lalu. Desain mobil ini memiliki bentuk lebih manis dan halus dibandingkan generasi lalu yang kaku mirip kotak sabun. Teknologi full pressed body diperkenalkan untuk menekan penggunaan dempul dalam proses pembuatannya hingga 2-5 kg dempul per mobil. Mesin pada awal generasi ini masih memakai tipe 5K namun memiliki daya kuda (horse power) yang lebih tinggi yakni 63 hp dari sebelumnya 61 hp. Transmisi menggunakan 5 percepatan, yang sebelumnya memakai 4 percepatan. Sejak tahun 1992 terdapat penambahan variasi mesin yaitu tipe 7K berkapasitas 1800 cc. Setelah Agustus 1992, Toyota memasuki generasi perbaikan bodi mobil yang disebut sebagai Toyota Original Body. Sebuah proses 12
pembuatan bodi mobil dengan mesin press dan metode las titik. Sampai saat ini, bisa dikatakan satu-satunya Kijang yang bebas dempul. Sementara untuk versi Grand terdapat berbagai perubahan khususnya pada lampu depan, gril dan penambahan double blower juga ditambahkan power steering pada kemudi yang meringankan pengemudi. Dan sampai saat ini, Kijang jenis ini (Super maupun Grand) masih banyak di pasaran konsumen dan masih dihargai mahal. 4. Toyota Kijang Generasi IV (1 April 1997 – 16 Februari 2005) Setelah sepuluh tahun bertahan dengan rancangan generasi ketiga, Kijang meluncurkan model berikutnya dengan perubahan pada eksterior dan interiornya yang lebih aerodinamis. Model ini akrab dipanggil "Kijang Kapsul". Mulai generasi keempat kijang ini, dominasi Jepang semakin besar. Kalau sebelumnya Toyota Astra Motor memanfaatkan perakitan bodi mobil banyak menggunakan karoseri. Pada generasi ini sudah dikatakan menyiratkan mobil yang sesungguhnya. Desainnya membulat seperti kapsul dan lebih aerodinamis dan menjadi loncatan desain pada masanya. Pada kijang yang dikenal sebagai kijang baru ini, Toyota mengeluarkan dua tipe mesin yakni Mesin bensin 1800cc (tipe 7K) seperti generasi-generasi sebelumnya dan Mesin diesel 2500cc (tipe 2L) yang membuat persaingan dan kolaborasi dengan Isuzu Panther untuk mobil keluarga bermesin diesel yang saat itu mendominasi pasaran. Pada Kijang versi tahun 19972000, mesin bensin menggunakan karburator, baru pada akhir tahun 2000 tersedia mesin bensin dengan
sistem injeksi elektronik, Electronic Fuel Injection(EFI). Ada dua pilihan untuk mesin bensin EFI, yaitu 7K-E dengan kapasitas 1800cc bertenaga 80 hp dan 1RZ-E dengan kapasitas 2000 cc Yang Diambil Dari Toyota Hilux. Meskipun mesin 1RZ-E secara teknologi lebih canggih jika dibandingkan dengan mesin 7K-E, namun mesin bensin 2000cc ini kurang laku di pasaran indonesia karena (konsumsi) bahan bakarnya dinilai lebih boros dibandingkan dengan tipe 7K-E. Dan terakhir pada generasi ini muncul New Kijang dengan mengubah desain lampu dan seatbelt (sabuk pengaman) pada jok penumpang bagian tengah. Selebihnya hampir sama dengan sebelumnya. Pada Versi Kijang Kapsul selain terdapat Varian SX, SSX, SGX (sasis pendek) LX, LSX, LGX (sasis panjang)dan pick up, ada juga Tambahan Varian Krista Dan Rangga. Dengan tambahan over vender, warna body two tone dan interior lebih mewah dari LGX/SGX. Krista Menggunakan Sasis Panjang Sedangkan Rangga Sasis Pendek. Pada generasi ini tipe karoseri Rover dan Jantan Raider juga masih diproduksi beberapa unit. 5. Toyota Kijang Generasi V (16 Februari 2005 – saat ini) Kijang kembali diperbaharui pada tahun 2005 dan dipasarkan dengan nama "Kijang Innova". Selain di Indonesia, model ini juga dipasarkan ke pasar luar negeri dengan nama "Innova" (tanpa "Kijang"). Model ini telah mengalami perubahan yang cukup drastis dibandingkan dengan model dari generasi sebelumnya. Jika pada awal konsep Kijang generasi pertama adalah Basic Utility Vehicles 13
atau kendaraan kelas bawah, maka Kijang generasi V lebih dikategorikan sebagai kendaraan kelas menengah. Bentuk model fisiknya jauh lebih modern dan futuristik, terutama di bagian depan kendaraan, dimana tidak lagi menonjolkan bentuk lekukan tajam seperti pada model-model sebelumnya. Model ini dikeluarkan oleh Toyota Astra Motor pada akhir tahun 2004, yang dipasarkan dengan konsep mobil keluarga jenis MPV (Multi Purposes Vehicle) masa kini, dengan bentuk bodi yang lebih aerodinamis beserta kenyamanan setaraf dengan sedan mewah. Posisi pengendaraan lebih akurat, letak shift knob terjangkau dan panel instrumen yang lebih user friendly. Generasi ini menerapkan Mesin VVT-i 2000 cc dengan jenis 1TR-FE berkatup 16 DOHC dengan tenaga yang jauh lebih besar daripada Kijang generasi sebelumnya, yaitu sebesar 136 hp, menggantikan jenis K/RZ Dan L pada generasi sebelumnya. Kijang generasi ini dirancang dengan sistem Direct Ignition System (DIS) dan merupakan penerapan dari teknologi pedal gas tanpa kabel atau Throttle Control System-Inteligent dan dilengkapi oleh mesin membujur dengan penggerak roda belakang (Rear Wheel System).
Tabel 2 Data hasil percobaan I pada motor bakar toyota kijang
L = panjang AS = 0,31 m g = percepatan gravitasi = 9,81 m/s2 Tabel 3 Data hasil percobaan II pada motor bakar toyota kijang
Tabel 4 Data hasil percobaan III pada motor bakar toyota kijang
Data Hasil Pengamatan Berikut ini adalah data hasil pengamatan dan percobaan pada motor bakar toyota kijang dengan beberapa rpm yang berbeda mulai dari 1500 rpm hingga 2500 rpm dengan kenaikan 100 rpm di tiap datanya yang akan digunakan untuk menghitung kemampuan mesin.
14
Dari grafik hubungan antara RPM terhadap Torsi di percobaan I dapat dijelaskan pada RPM 1500 dihasilkan Torsi sebesar 1155,6 Nm dan sampai dengan RPM 2500 nilai Torsi 2022,3 Nm. Demikian pula pada percobaan II dan III ditunjukkan bahwa kenaikan nilai RPM diikuti pula dengan kenaikan nilai Torsi. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar nilai RPM maka akan semakin besar nilai Torsi pada motor bensin.
Perhitungan untuk Torsi Dari data di atas dapat kita hitung besarnya torsi (T) pada beberapa rpm yang berbeda berdasarkan persamaan (2.1) dan (2.2) Torsi pada 1500 rpm : F = PxAxg = 20 kg/cm2 x 1,9.10-3 m2 x 9,81m/s2 = 20 x m 2 x 9,81 /s
x 1,9.10-3 m2
= 20 x x 1,9.10-3 m2 x 9,81m/s2 = 3.727,8. N T = FxL = 3.727,8 N x 0,31 m = 1.155,6. Nm Tabel 5 Data Penghitungan Torsi pada Percobaan I, II, dan III
Gambar 8 Grafik Hubungan antara Torsi rata-rata terhadap RPM Dari grafik hubungan RPM terhadap Torsi rata-rata dapat dijelaskan bahwa besar kenaikan nilai RPM diikuti pula dengan besar nilai kenaikan Torsi rata-rata. Jadi semakin besar nilai RPM maka semakin besar pula nilai Torsi ratarata. Perhitungan untuk Daya Dari perhitungan torsi, selanjutnya dapat kita tentukan berapa besar daya yang terjadi pada setiap rpm dari persamaan (2.3) Daya pada 1500 rpm : BHP = = = 181,5 kW
Gambar 7 Grafik Hubungan antara Torsi terhadap RPM pada Percobaan I, II, dan III
15
Tabel 6 Data Penghitungan Daya pada Percobaan I, II, dan III
Gambar 10 Grafik Hubungan antara Daya rata-rata terhadap RPM Dari grafik hubungan RPM terhadap Daya rata-rata dapat dijelaskan bahwa besar kenaikan nilai RPM diikuti juga dengan besar nilai kenaikan Daya rata-rata. Jadi semakin besar nilai RPM maka semakin besar juga nilai Daya ratarata. Perhitungan untuk Konsumsi Bahan Bakar Dari data di atas dapat kita tentukan Konsumsi bahan bakar untuk beberapa rpm yang berbeda yang dihitung dari persamaan (2.4) Konsumsi Bahan Bakar pada 1500 rpm : BFC =
Gambar 9 Grafik Hubungan antara Daya terhadap RPM pada Percobaan I, II, dan III Dari Gambar 9 di percobaan I dapat dijelaskan pada RPM 1500 dihasilkan Daya sebesar 181,5 kW dan sampai dengan RPM 2500 nilai Daya 524,9 kW. Demikian juga pada percobaan II dan III ditunjukkan bahwa kenaikan nilai RPM diikuti juga dengan kenaikan nilai Daya. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar nilai RPM maka akan semakin besar nilai Daya pada motor bensin. Hal ini juga menunjukkan bahwa kenaikan nilai Daya diimbangi pula dengan kenaikan nilai Torsi.
=
x
= 1,92 L/jam
16
Tabel 7 Data Penghitungan Konsumsi Bahan Bakar (BFC) pada Percobaan I, II, dan III
Gambar 12 Grafik Hubungan antara BFC rata-rata terhadap RPM Dari grafik hubungan RPM terhadap BFC rata-rata dapat dijelaskan bahwa besar kenaikan nilai RPM diikuti pula dengan besar nilai kenaikan BFC rata-rata. Jadi semakin besar nilai RPM maka semakin besar pula nilai BFC ratarata. Menghitung Temperatur Rem Pada tabel hasil percobaan motor bakar ke-1, ke-2, dan ke-3 terdapat temperatur rem yang telah diukur dengan menggunakan termometer inframerah pada beberapa rpm. Hasil percobaan tersebut dapat dibandingkan dengan menggunakan persamaan (2.5), (2.6), (2.7), dan (2.8) Temperatur pada 1500 rpm : Fk = Fn = 0,3 x 3727,8 N = 1118,34 N Q =
Gambar 11 Grafik Hubungan antara Konsumsi Bahan Bakar terhadap RPM pada Percobaan I, II, dan III Dari grafik hubungan antara RPM terhadap Konsumsi Bahan Bakar (BFC) di percobaan I dapat dijelaskan pada RPM 1500 dihasilkan BFC sebesar 1,92 L/jam dan sampai dengan RPM 2500 nilai BFC 2,52 L/jam. Demikian pula pada percobaan II dan III ditunjukkan bahwa kenaikan nilai RPM diikuti pula dengan kenaikan nilai BFC. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar nilai RPM maka akan semakin besar nilai BFC pada motor bensin.
= q
= 447,336 W = = = 235,44.103
17
Tmax =
+ Tawb
=
+ 300K = 4,8 K + 300K = 304,8 K = 31,8 oC
Gambar 14 Grafik perbandingan Temperatur rem secara Faktual dan Teori pada Percobaan II
Tabel 8 Data Penghitungan Temperatur rem pada Percobaan I, II, dan III
Gambar 15 Grafik perbandingan Temperatur rem secara Faktual dan Teori pada Percobaan III Dari Gambar di atas menunjukkan RPM terhadap Temperatur rem yang menjelaskan perbandingan antara besar nilai temperatur secara teori dengan temperatur secara faktual. Di percobaan I RPM 1500 dihasilkan temperatur rem 31,8 oC dan saat RPM 2500 nilai temperatur pada rem mengalami kenaikan hingga mencapai 35,4 oC. Sedangkan pada percobaan II pada saat 1500 RPM dihasilkan temperatur rem sebesar 31,8 oC dan pada RPM 2500 nilai temperatur rem menjadi sebesar 36,3 o C. Terakhir pada percobaan III temperatur yang dihasilkan saat 1500 RPM besarnya adalah 32,5 oC dan temperatur naik hingga 36,5 oC pada saat 2500 RPM. Hal ini menunjukkan bahwa semakin ringgi RPM maka temperatur pada rem juga mengalami kenaikan.
Gambar 13 Grafik perbandingan Temperatur rem secara Faktual dan Teori pada Percobaan I
18
[2]
Soenarta, Nakoela. dan Shoichi Furuhama., Motor Serba Guna, PT Pradnya Paramit, Jakarta, 1985. [3] Daryanto., Dasar-Dasar Teknik Mobil, Bumi Aksara, Jakarta, 2003. [4] William, C. Reynolds dan Henry C. Perkins., Termodinamika Teknik, Terjemahan Filino Harahap, Erlangga, Bandung, 1983. [5] Michel, A. Saad., Termodinamika Prinsip dan Aplikasi, Terjemahan Ir. Zulkifli Harahap, PT Prenhallindo, Jakarta, 2000. [6] Bernard, D. Wood., Penerapan Termodinamika, Terjemahan Ir. Zulkifli Harahap, Erlangga, Jakarta, 1987. [7] W. Culp, Archie., Prinsip Prinsip Konversi Energi, Terjemahan Ir. Darwin Sitompul M.Eng, Erlangga, Jakarta, 1996. [8] Arends, BPM dan H. Berenschot., Motor Bensin, Terjemahan Umar Sukrisno, Erlangga, Jakarta, 1980. [9] Google, http://www.belitoyota.com/200 9/01/sejarah-toyotakijang.html, 3Maret2012. [10] Google, http://id.wikipedia.org/wiki/Me sin_dua_tak, 1Maret2012.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis perhitungan Torsi, Daya, dan Konsumsi Bahan Bakar pada motor bensin maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : 1. Pada RPM 1500 dihasilkan Torsi rata-rata sebesar 1213,4 Nm dan sampai dengan RPM 2500 nilai Torsi rata-ratanya adalah 2195,6 Nm. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan nilai rata-rata Torsi berbanding lurus dengan kenaikan nilai RPM. 2. Pada RPM 1500 dihasilkan Daya rata-rata sebesar 190,6 kW dan sampai dengan RPM 2500 nilai Daya rata-ratanya adalah 573,3 kW. Hal ini menunjukkan bahwa kenaikan nilai rata-rata Daya berbanding lurus dengan kenaikan nilai RPM. 3. Pada RPM 1500 dihasilkan BFC rata-rata sebesar 1,88 L/jam dan sampai dengan RPM 2500 nilai BFC rata-ratanya adalah 2,6 L/jam. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan antara RPM terhadap BFC rata-rata adalah apabila kita memperbesar RPM mesin, maka konsumsi bahan bakar pun akan ikut naik. 4. Pada percobaan I di 1500 RPM besar temperatur adalah 31,8 °C. Perbandingan Temperatur rem secara Faktual dan Teori dapat diambil kesimpulan bahwa kenaikan temperatur rem berbanding lurus dengan kenaikan nilai RPM. DAFTAR PUSTAKA [1] Pudjanarsa, Astu. dan Djati Nursuhud., Mesin Konversi Energi, ANDI Yogyakarta, Yogyakarta, 2006.
19
