LAPORAN PENELITIAN
PENGARUH SAAT PENGAPIAN TERHADAP DAYA DAN EMISI GAS BUANG PADA MOTOR TOYOTA 4K 4 SILNDER 1300 CC
OLEH: AGUNG NUGROHO, S.T., M.T.
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GAJAYANA MALANG 2012
LEMBAR IDENTITAS DAN PENGESAHAN LAPORAN PENELITIAN
1. Judul Penelitian
2. Bidang Ilmu 3. Peneliti a. Nama b. Jenis Kelamin c. Golongan/Pangkat d. Jabatan Fungsional e. Fakultas/Program Studi 4. Jumlah Tim Peneliti 5. Lokasi/Daerah Penelitian 6. Jangka Waktu Penelitian 7. Biaya Penelitian
: Pengaruh Saat Pengapian Terhadap Daya dan Emisi Gas Buang Pada Motor Toyota 4K 4 Silinder 1300 CC. : Bahan Bakar dan Pembakaran : : Agung Nugroho, S.T., M.T. : Laki-laki : : : Teknik/Teknik Mesin : : : :
1 (satu) Malang 3 (tiga) Bulan Rp. 3.000.000,- (tiga juta rupiah)
Malang,
Mei 2012
Ketua Peneliti,
Agung Nugroho, S.T., M.T.
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulilah penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian ini. Penulis merasakan banyak bantuan dari berbagai pihak dalam menyusun laporan
ini
sehingga penulis perlu menyampaikan
rasa
terimakasih kepada: 1. Bapak Dekan Fakultas Teknik Universitas Gajayana Malang. 2. Bapak Agus Sudibyo, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Gajayana Malang. 3. Semua rekan-rekan
yang telah b e r p a r t i s i p a s i dalam penulisan
yang tidak apat kami sebutkan satu persatu. Semoga bantuan yang diberikan d e n g a n
ikhlas mendapatkan
pahala dari Tuhan Yang Maha Esa. Akhirnya
semoga
laporan penelitian ini
membawa
barokah
kepada penulis dan bermanfaat bagi pembaca pada umumnya. Amin.
Malang,
Penulis
Mei 2012
ABSTRAK Agung Nugroho. 2012. Pengaruh Saat Pengapian Terhadap Daya Dan Emisi Gas Buang Pada Motor Toyota 4K 4 Silinder 1300 CC, Jurusan Mesin Universitas Gajayana Malang. Kata – kata Kunci : Saat Pengapian, Daya dan Emisi Gas Buang Pada motor bakar untuk menghasilkan suatu pembakaran yang efektif dan tenaga yang optimal perlu ditunjang oleh beberapa hal salah satu faktor adalah adanya suatu sistem pengapian.yang baik. Sistem pengapian merupakan tindakan untuk memberikan loncatan bunga api listrik ke dalam ruang bakar dengan tujuan untuk melaksanakan proses pembakaran campuran bahan bakar dan udara hasil kompresi yang ada di dalam silinder atau ruang bakar. Dengan pembakaran yang sempurna maka dihasilkan daya efektif yang optimal, sehingga motor akan semakin cepat dan kuat. Disamping itu pembakaran yang berjalan lebih sempurna akan meminimalkan emisi / kadar gas buang beracun seperti HC dan CO di mana standart untuk HC adalah 400 ppm.dan CO adalah 4% Jika hal itu tidak terwujud maka akan terjadi pencemaran lingkungan. Maka salah satu cara adalah dengan pengaturan saat pengapian yang tepat (8 – 10
0
sebelum TMA) pada proses pembakaran bahan bakar. Dengan
pengaturan saat pengapian yang tepat (8 – 10
0
sebelum TMA) ini akan
menghasilkan pembakaran yang lebih sempurna dalam ruang bakar. Sehingga akan menaikkan daya keluaran motor. Selain itu
terdapat keuntungan –
keuntungan lainnya, antara lain mengefisienkan pemakaian bahan bakar, meningkatkan prestasi motor, dapat menurunkan kadar gas buang dan juga membuat mesin menjadi tahan lama. Dengan demikian akan dapat meningkatkan kesiapan kemampuan kendaraan kita dalam tugas operasional sehari hari.
DAFTAR ISI
Hal LEMBAR JUDUL .................................................................................................. i LEMBAR PERSETUJUAN ................................................................................. ii LEMBAR ASISTENSI ........................................................................................ iv KATA PENGANTAR .......................................................................................... vi DAFTAR ISI ....................................................................................................... viii DAFTAR TABEL ................................................................................................ xi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xii DAFTAR GRAFIK ............................................................................................ xiii BAB I : PENDAHULUAN ....................................................................................1 1.1 Latar Belakang .....................................................................................1 1.2 Perumusan masalah .............................................................................2 1.3 Batasan Masalah ..................................................................................2 1.4 Hipotesis Penelitian ..............................................................................2 1.5 Metode Penelitian .................................................................................4 1.6 Tujuan dan Manfaat ............................................................................5 1.6.1 Tujuan .........................................................................................5 1.6.2 Manfaat .......................................................................................5 BAB II : LANDASAN TEORI ..............................................................................6 2.1 Tinjauan Umum Motor Bakar ............................................................6 2.2 Motor Bensin ........................................................................................7 2.3 Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ...................................8 2.4 Siklus Thermodinamika Motor Bensin ............................................13
2.5 Karburasi dan Penyemprotan Bahan Bakar ...................................14 2.6 Sistem Pengapian................................................................................17 2.6.1 Saat Pengapian .........................................................................20 2.7 Pembakaran Bahan Bakar ................................................................22 2.8 Sistem Bahan Bakar Motor Bensin ..................................................24 2.8.1 Sifat – sifat bensin ....................................................................24 2.8.2 Polusi dan Pembersihan Gas Buang ......................................26 2.8.3 Pengaruh Terhadap Manusia .................................................26 2.9 Pengukuran dan Perhitungan ...........................................................27 BAB III : MATERI DAN RANCANGAN PENELITIAN ...............................33 3.1 Definisi Operasional ...........................................................................33 3.2 Alat / Instrumen Penelitian ...............................................................34 3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ..........................................................40 3.4 Variabel Pengujian .............................................................................40 3.5 Data – data Teknis..............................................................................41 3.6 Langkah Pengujian ............................................................................42 3.7 Proses Pengujian ................................................................................42 3.8 Data hasil Penelitian...........................................................................43 BAB IV : ANALISIS PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ......................44 4.1 Analisis Data .......................................................................................44 4.1.1 Perhitungan Prestasi Motor Toyota 4 K Saat Pengapian 0 0 Sebelum Titik Mati Atas .........................................................44 4.1.2 Prosentase Kenaikan Daya .....................................................50
4.1.3 Prosentase Penurunan Pemakaian Bahan Bakar Spesifik Efektif .................................................51 4.2 Rekapitulasi Hasil Perhitungan ........................................................52 4.3 Grafik Hasil Perhitungan ..................................................................58 4.4 Pembahasan ........................................................................................66 BAB V PENUTUP ................................................................................................68 5.1 Kesimpulan .........................................................................................68 5.2 Saran ....................................................................................................68 DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL Hal 2.1. Data Bensin ....................................................................................................25 3.8. Data Hasil Penelitian ....................................................................................43 4.1. Putaran vs Torsi Efektif ...............................................................................52 4.2. Putaran vs Daya Efektif ...............................................................................52 4.3. Putaran vs Tekanan Efektif .........................................................................52 4.4. Putaran vs Tekanan Indikasi .......................................................................53 4.5. Putaran vs Daya Indikasi .............................................................................53 4.6. Putaran vs Daya Mekanis.............................................................................53 4.7. Putaran vs Pemakaian Bahan Bakar ..........................................................54 4.8. Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Efektif .................................54 4.9. Putaran vs Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Indikasi ...............................54 4.10. Putaran vs Neraca Kalor ............................................................................55 4.11. Putaran vs Efisiensi Thermal Efektif ........................................................55 4.12. Putaran vs Efisiensi Thermal Indikasi ......................................................55 4.13. Putaran vs AFR ...........................................................................................56 4.14. Putaran vs Kandungan HC ........................................................................56 4.15. Putaran vs Kandungan CO ........................................................................56 4.16. Putaran vs Kandungan CO2.......................................................................57 4.17. Putaran vs Kandungan O2 .........................................................................57
DAFTAR GAMBAR Hal
2.1
Detail Motor Bensin ......................................................................................8
2.2
Langkah Hisap ..............................................................................................9
2.3
Langkah Kompresi .....................................................................................10
2.4
Langkah Usaha ............................................................................................11
2.5
Langkah Buang ...........................................................................................11
2.6
Siklus Diagram P-V, Motor Bensin Empat Langkah ..............................13
2.7
Sebuah Karburator Sederhana..................................................................16
2.8
Rangkaian Sistem Pengapian Konvensional ............................................17
2.9
Proses Pengapian/Pembakaran .................................................................20
2.10 Saat Pengapian dan Daya Motor ...............................................................21 3.1
Engine Dynamo Meter,Tacho meter dan Motor Uji................................34
3.2
Exhaust Gas Analyser .................................................................................36
3.3. Timing Light dan Dwell Tester ...................................................................37 3.4 Alat Pengukur Pemakaian Bahan Bakar...................................................37 3.5 Tes Tekanan Kompresi .................................................................................38 3.5 Tes Tekanan Kompresi
39
BAB I PENDAHULUAN
1.2
Latar belakang Sarana transportasi pada saat ini sudah merupakan salah satu kebutuhan
masyarakat yang cukup vital, baik itu dengan menggunakan tenaga manusia, hewan maupun tenaga motor, sehingga dengan adanya sarana transportasi masyarakat dapat berhubungan dengan cepat dari satu tempat ke tempat lain, baik itu dalam jarak dekat maupun jarak jauh. Dari banyaknya sarana transportasi yang ada, sarana transportasi dengan menggunakan motor bakar sudah sangat dominan pada kota-kota besar yang ada di Indonesia. Baik itu sarana transportasi dengan menggunakan bahan bakar bensin maupun bahan bakar solar. Sarana transportasi yang ada pada saat ini mengalami perkembangan yang cukup pesat, baik itu motor bensin maupun motor diesel, dengan tujuan untuk kenyamanan, keamanan dalam berkendara, juga dalam penghematan bahan bakar dan pengurangan emisi gas buang. Sejalan dengan itu kini banyak sarana transportasi khususnya sarana transportasi antar kota yang menggunakan motor diesel yang berbahan bakar solar dengan alasan daya motor lebih besar, harga bahan bakar tidak terlalu mahal serta polusi gas buang yang ditimbulkan juga rendah sehingga dapat membantu program pemerintah baik itu dalam penghematan bahan bakar maupun usaha pendukung program Langit Biru dalam bidang lingkungan hidup.
1
Dalam rangka mendukung program pemerintah tersebut diatas, kini setiap perusahaan
membuat
kendaraan
terpacu
membuat
penelitian
dibidang
pengembangan suatu kendaraan bermotor yang hemat bahan bakar dan juga ramah lingkungan, tetapi jika program tersebut tidak didukung dengan perawatan dalam pengoperasian kendaraan sehari-hari, dalam jangka yang relatif tidak terlalu lama kendaraan akan mengalami penurunan prestasi baik itu dari segi daya maupun gas buang. Mengingat akan pentingnya pemakaian bahan bakar dalam menunjang prestasi kerja motor yang berdampak langsung terhadap prestasi kerja motor dan emisi gas buang, maka penelitian yang berkaitan dengan sistem bahan bakar motor diesel khususnya berkaitan dengan injektor/nosel, memegang peranan penting bagi sempurnanya pembakaran bahan bakar dan udara dalam silinder motor, melalui beberapa variasi ketebalan shim penyetel pada injektor/nosel, akan diperoleh ketebalan yang cocok bagi suatu nosel sehingga memberikan tekanan penyemprotan yang tepat serta bentuk pengabutan bahan bakar yang sempurna, karena dengan adanya tekanan pembukaan dan pengabutan yang tepat / sempurna akan dapat menghasilkan pembakaran yang optimal didalam silinder motor, yang secara otomatis dengan adanya pembakaran yang sempurna akan dapat meningkatkan prestasi kerja motor dan menurunkan kadar emisi gas buang pada motor diesel
2
1.2
Permasalahan Dalam sistem distribusi bahan bakar pada motor diesel pada tiap silinder
terdapat suatu unit injektor/nosel yang harus mengabutkan bahan bakar dengan sempurna pada saat proses pembakaran. Maka tekanan pembukaan injektor/nosel yang tepat akan dapat memberikan tekanan pengabutan yang sempurna pula. Sejalan
dengan
pengoperasian
motor
sehari-hari
dimana
dalam
operasinya/kerjanya injektor/nosel harus bekerja dan membuka dan menutup untuk mengabutkan bahan bakar solar dengan tekanan yang cukup tinggi (berkisar 90 – 125 bar) maka secara alamiah akan terjadi keausan antara jarum injektor/nosel dengan rumahnya. Dengan adanya keausan tersebut akan menyebabkan penurunan permukaan gesek antara jarum injekto/nosel. maka efek dari penurunan permukaan gesek tersebut akan menyebabkan terjadinya perpanjangan pegas penekan jarum injektor/nosel sehingga akan mempengaruhi kemampuan tekan pegas terhadap jarum injektor yang berpengaruh langsung terhadap kualitas penyemprotan / pengabutan (pengabutan menjadi jelek artinya bahan bakar solar tidak dapat terkabut secara halus sehingga pembakaran motor menjadi tidak sempurna yang dapat mengakibatkan daya motor menurun dan gas buang berasap hitam pekat) Maka dalam kondisi ini diperlukan pengecekan injektor/nosel yang dapat berupa pengecekan tekanan pembukaan nosel, bentuk dan arah pengabutan serta kebocoran nosel.
3
1.3
Batasan Masalah Adapun ruang lingkup permasalahan adalah sebagai berikut :
1. Objek yang diteliti adalah hasil penyemprotan / pengabutan dari injetor/nosel untuk motor diesel jenis injeksi tidak langsung / indirect injection. 2. Obyek yang diteliti berupa hasil penyemprotan / pengabutan berdasarkan penambahan atau pengurangan shim penyetel tekanan pegas injetor/nosel yang membawa dampak terhadap kesempurnaan pembakaran pada motor diesel. 1.4
Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini yang bertujuan
untuk memperoleh data yang objektif yang dapat dipertanggung jawabkan kebenarannya untuk itu dalam penyusunan tugas akhir ini ada dua metode yang digunakan yaitu: a. Data primer Yaitu metode pengambilan data yang dilakukan melalui pengujian dan pengamatan langsung terhadap objek yang diteliti, dalam hal ini injetor/nosel untuk motor diesel jenis injeksi tidak langsung /Indirect Injection b. Data Sekunder Yaitu metode pangambilan data yang diperoleh dengan cara mempelajari halhal yang berkaitan dengan mesin diesel dan sistem bahan bakarnya melalui metode SWO (Studi literator, Wawancara, dan Observasi)
4
1.5
Tujuan Adapun tujuan penelitian yang ingin dicapai dalam analisa ini adalah : 1. Untuk mengetahui ketebalan shim penyetel injektor / nosel yang cocok yang dapat dipasang pada suatu jeni injektor/nosel berdasarkan standart tekanan pembukaan yang ada 2. Untuk mengetahui hubungan antara ketebalan shim penyetel dengan tekanan penyemrotan / pengabutan injektor / nosel serta tekana pembukaannya
5
6
BAB II LANDASAN TEORI 2.1
Tinjauan Umum Motor Bakar Motor Bakar adalah pesawat konversi energi yang banyak digunakan
untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah energi thermal menjadi energi mekanik, di mana motor bakar biasanya terdiri dari silinder, torak dan engkol untuk mengubah gerakan torak yang bolak balik menjadi gerakan putaran yang amat praktis. Motor bakar memanfaatkan dua hal yaitu: a. Energi panas yang dibebaskan dari bahan bakar yang mengandungnya, dengan cara membakarnya. b. Sifat semua zat yang mengembang jika dipanaskan. Zat yang paling bagus adalah gas, karena penambahan volumenya besar terhadap penambahan temperaturnya. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu: mesin dengan pembakaran luar (external combustion) dan mesin pembakaran dalam (interrnal combustion engine). Pada mesin pembakaran luar proses pembakaran terjadi di luar mesin, yaitu energi thermal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemindah. Contohnya pada mesin uap. Semua energi yang diperlukan oleh mesin itu mula – mula meninggalkan gas hasil pembakaran yang temperaturnya tinggi. Melalui dinding pemindah kalor atau ketel uap, energi itu kemudian masuk ke dalam fluida kerja yang terdiri dari air atau uap.
6
7
Sedangkan pada mesin dengan pembakaran dalam yang pada umumnya dikenal dengan motor bakar proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Motor bakar dengan menggunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). Di dalam silinder itulah terdapat pembakaran bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang oleh batang penghubung (batang penggerak) dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi torak tersebut menyebabkan gerak rotasi poros engkol dan sebaliknya gerakan rotasi poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak. 2.2
Motor Bensin Motor bensin merupakan salah satu jenis mesin konversi energi sebagai
penggerak mula yang menggunakan energi kimia (bensin) sebagai bahan bakar. Kemudian dari pembakaran diperoleh energi thermal untuk melakukan kerja mekanis pada poros engkol. Tenaga yang dihasilkan diperoleh dari pembakaran campuran bahan bakar (bensin) dan oksigen (udara) di dalam ruang bakar, sehingga menghasilkan panas, akibatnya fluida di dalam silinder akan memuai. Namun karena fluida tersebut dibatasi oleh dinding silinder maka tekanan dan temperatur naik yang akan mendorong torak bergerak translasi (mundur), di mana torak tersebut dihubungkan ke poros engkol dengan perantara batang penggerak yang direncanakan sedemikian rupa sehingga dari gerakan translasi (bolak-balik) dapat
8
diubah menjadi gerakan rotasi (putar). Kemudian dari gerakan rotasi inilah motor bensin dapat digunakan sebagai penggerak kendaraan bermotor atau penggerak generator listrik dan lain sebagainya setelah mengalami beberapa jenis transmisi, sesuai dengan kebutuhannya. Secara sederhana komponen-komponen utama motor bakar merupakan seperangkat susunan ruang bakar dan silindernya yang ditunjukkan pada gambar 2.1 detail motor bensin di bawah ini.
Gambar 2.1 Detail Motor Bensin Sumber: Modul Dasar Motor VEDC Malang, 60.16.05.05.hal.8.
2.3
Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah Di dalam menghasilkan satu siklus kerjanya maka torak harus melakukan
empat kali langkah, berarti poros engkol harus berputar dua kali untuk mendapatkan terjadinya satu kali usaha, di mana empat langkah torak tersebut secara rinci dapat dijelaskan sebagai berikut:
9
a. Langkah Hisap Torak bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju ke TMB (titik mati bawah) sehingga akan terjadi penurunan tekanan di dalam silinder bagian atas akibatnya ruangan di atas torak menjadi lebih luas. Bersamaan dengan bergeraknya torak ini, nok poros cam menaikkan tuas katup hisap sehingga katup hisap terbuka maka mengalirlah campuran bahan bakar (bensin) dan oksigen (udara) dari karburator melalui saluran masuk (manifol) ke dalam silinder. Proses ini berlangsung sampai torak mencapai TMB dan katup hisap akan tertutup sehingga campuran bahan bakar dan udara tertahan di dalam silinder.
Gambar 2.2 Langkah Hisap Sumber : Modul Dasar Motor VEDC Malang, 60.16.05.15.hal 4
b. Langkah Kompresi Pada langkah ini kedua katup tertutup rapat dan torak bergerak dari TMB menuju TMA. Campuran bahan bakar dan udara yang dihisap pada langkah hisap tadi, dikompresi maka terjadi penyempitan ruangan diatas
torak.
10
Dengan demikian tekanan dan temperatur naik, karena campuran bahan bakar dan udara didalam ruang bakar termampatkan. Pada saat ini poros engkol dari motor akan mulai berputar 3600.Kemudian disusul langkah berikutnya secara berantai, namun sebenarnya sebelum langkah kompresi ini selesai, telah disusul langkah berikutnya yaitu proses pembakaran di dalam silinder yang ditandai dengan memerciknya bunga api listrik dari busi, sehingga baru menginjak langkah usaha.
Gambar 2.3 Langkah Kompresi Sumber: Modul Dasar Motor VEDC Malang 60.15.05.15 hal 4
c. Langkah Usaha Pada saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup rapat, kemudian sebelum selesai langkah kompresi yaitu beberapa derajat (10 0 ) sebelum TMA, busi memercikan bunga api listrik untuk membakar campuran bahan bakar dan udara yang telah dikompresikan di dalam ruang bakar. Dengan adanya proses pembakaran, maka temperatur dan tekanan di dalam bahan
11
bakar akan naik lebih tinggi sehingga mampu mendorong torak bergerak dari TMA ke TMB yang menghasilkan kerja untuk memutar poros engkol.
Gambar 2.4 Langkah Usaha Sumber: Modul Dasar Motor VEDC Malang 60.16.05.15.hal 5.
d. Langkah buang. Pada gambar 2.5 terlihat bahwa katup hisap dalam keadaan tertutup dan katup buang membuka, akibat dari berputarnya poros cam. Pada langkah ini torak bergerak dari TMB menuju TMA sehingga ruangan di atas torak menjadi semakin sempit dan mendesak ke luar gas sisa pembakaran.
Gambar 2.4 Langkah Usaha Sumber: Modul Dasar Motor VEDC Malang 60.16.05.15 hal 5
12
Dari empat proses tersebut di atas, secara berantai terus menerus terjadi berulang kali sehingga terjadilah siklus kerja yang kontinyu. Dan dari keempat langkah kerja motor hanya ada satu langkah yang menghasilkan kerja/usaha yang menjadi momen putar pada poros engkol. Sedangkan ketiga langkah kerja yang lain membutuhkan energi. Untuk mengatasi hal tersebut maka pada motor bakar dipasang suatu roda gaya / fly wheel yang terletak pada bagian ujung poros engkol, yang mempunyai fungsi sebagi berikut: -
Sebagai penyimpan energi putar sehingga dengan adanya roda gila / fly wheel ini tiga langkah kerja yang lain dapat berjalan sebagaimana mestinya.
-
Sebagai pembalance putaran poros engkol sehingga getaran motor dapat diperkecil.
-
Sebagai
dudukan
penggerak
Motor
Starter
yang
berfungsi
untuk
menghidupkan motor pertama kali.
2.4
Siklus Thermodinamika Motor Bensin Dari ilmu pengetahuan thermodinamika maka dapat digambarkan diagram
indikator hubungan antara tekanan dan volume spesifik dari diagram P-V motor bensin empat langkah ini dapat dijelaskan siklus thermodinamika motor bensin empat langkah yang mengacu pada siklus Otto.
Gambar 2.6. Siklus Diagram P-V Motor Bensin Empat Langkah Sumber: Wiranto Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, hal 15
13
Secara singkat dapat diberikan penjelasan sebagai berikut: 0-1 Langkah hisap. Pada langkah ini proses pengisian fluida (bahan bakar dan udara ) yang berlangsung pada proses tekanan konstan (isobarik) 1-2 Langkah Kompresi. Proses pemampatan bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar yang berlangsung secara adiabatis. 2-3 Proses Pembakaran Bahan bakar dan udara yang telah dikompresi di bakar melalui perantaraan lentikan bunga api dari busi. Pada proses ini terjadi penambahan kalor yang berlangsung isokhoris, tekanan naik pada volume konstan. 3-4 Langkah Usaha Merupakan langkah usaha dari hasil pembakaran fluida di dalam silinder yang berlangsung pada proses adiabatis, volume bertambah dan tekanan konstan. 4-1 Persiapan pembuangan. Gas hasil pembakaran keluar secara otomatis keluar akibat terbukanya katup buang (tekanan jatuh). Proses ini berlangsung secara isokhorik pada volume konstan. 1-0 Langkah buang. Sisa hasil pembakaran / gas buang dikeluarkan pada proses ini yang berlangsung pada tekanan konstan berlangsung secara isobaris.
14
2.5
Karburasi dan Penyemprotan Bahan Bakar Seperti telah diketahui bahwa tenaga pada motor bensin dihasilkan dari
pembakaran campuran bahan bakar dan udara, untuk memperoleh campuran udara dan bensin dengan kondisi kerja suatu mesin digunakan karburator. Di dalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinyalakan oleh busi. Banyak cara untuk memperoleh campuran yang baik, dalam hal ini hanya dibicarakan proses bagaimana pengaliran bahan bakar dari tangki tsb. hingga masuk ke dalam silinder. Pompa bahan bakar mengalirkan bahan bakar dari tangki ke karburator untuk memenuhi bahan bakar yang harus tersedia di dalam karburator secara konstan, udara mengalir melalui karburator yang masuk ke dalam silinder akibat proses penghisapan torak yang mengatur pemasukan, pencampuran dan pengabutan bahan bakar ke dalam silinder, sehingga diperoleh perbandingan campuran yang sesuai dengan keadaan beban dan putaran motor. Penyempurnaan pencampuran bahan bakar dan udara tersebut berlangsung di dalam saluran hisap maupun di dalam silinder sebelum campuran tersebut terbakar. Campuran itu haruslah homogen (serba sama) serta perbandingannya sama untuk setiap silinder. Untuk menyatakan keadaan campuran tersebut ada istilah yang menjelaskan keadaan campuran udara dan bahan bakar. Istilah tersebut dinamakan Hukum STOICHIOMETRIC
15
Perbandingan udara–bensin STOICHIOMETRIC adalah perbandingan dimana untuk menghasilkan pembakaran yang ideal/sempurna, dibutuhkan 14,7 kg udara untuk membakar habis 1 kg bensin. Sedangkan untuk mengatakan apakah campuran itu ideal, kaya atau miskin. Digunakan istilah FAKTOR LAMBDA (λ). Faktor Lambda merupakan perbandingan antara jumlah udara nyata yang dibutuhkan yang masuk ke dalam silinder dibagi dengan udara secara teoritis yang diperlukan untuk membakar 1 kg bensin. Jumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran Lambda (λ) = ---------------------------------------------------------------------Perbandingan udara – bensin STOICHIOMETRIC (14,7:1) 14,7 14,7 Lambda (λ) = ------ = ------- = 1 14,7:1 14,7
Bila nilai Lambda (λ) kurang dari 1, maka dikatakan bahwa campuran tersebut kaya. (lebih banyak bensin dari pada udara) = boros, dan sebaliknya bila Lambda (λ) lebih besar dari 1 maka campuran tersebut dikatakan kurus (lebih banyak udara dari pada bensin) = irit/hemat. Agar suatu campuran dapat terbakar sempurna maka nilai Lambda (λ) itu harus terletak pada daerah tertentu, yaitu diantara 0,95 – 1,05 Campuran yang kaya pada keadaan kerja normal akan menghasilkan kerugian, sebab terbentuk pembakaran yang tidak sempurna. Pembakaran yang tidak sempurna selain memboroskan bahan bakar, gas buang akan mengandung banyak monoksida karbon dan jelaga hitam atau abu. Persentase dioksida karbon
16
(CO) dalam gas buang dipergunakan sebagai petunjuk akan kesempurnaan pembakaran. Semua unsur karbon dan hidrogen yang terkandung dalam bahan bakar harus terbakar sempurna agar dapat menghasilkan panas pembakaran sebanyak mungkin.
Grafik : 1 Hubungan perbandingan udara-bahan bakar Sumber: E-QUIP MultiGas Infra Red Techno Tes hal 9
Sedangkan alat untuk mengatur proses pemasukan jumlah bahan bakar dan udara yang dimasukkan ke dalam silinder sepanjang langkah hisap/pengisian dinamakan Karburator.
Gambar 2.7 Sebuah Karburator Sumber Modul Sistem Bahan Bakar Bensin VEDC Malang No. 61.16.45.06 .hal 6
17
Keterangan gambar: 1. Udara atmosfir 3. Pelampung dan katup jarum 5. Jet pengatur bahan bakar ( Main Jet )) 7. Nosel 9. Katup Gas 2.6
2. Ventilasi Ruang Pelampung 4. Bahan bakar masuk 6. Campuran bahan bakar dan udara 8. Venturi
Sistem Pengapian Pada motor bakar untuk menghasilkan suatu pembakaran yang efektif dan
tenaga yang optimal diperlukan suatu sistem pengapian. Sistem pengapian merupakan tindakan untuk memberikan percikan/loncatan bunga api listrik ke dalam ruang bakar dalam tujuan untuk proses pembakaran campuran bahan bakar dan udara yang ada di dalam silinder atau ruang bakar.Campuran bahan bakar dan udara yang dikompresi di dalam ruang bakar membutuhkan percikan/loncatan bunga api listrik untuk membakarnya sampai habis yang mana saatnya percikan/loncatan bunga api yang timbul pada kedua elektroda busi juga harus tepat. Hal ini merupakan fungsi sistem pengapian. Biasanya pada mobil banyak digunakan sistem pengapian baterai, namun pada jenis sepeda motor juga sering digunakan. Sistem kerja dari pengapian baterai untuk suatu sistem pengapian konvensional di kenal juga dengan sistem pengapian platina. Di lihat dari sumber arusnya dibedakan menjadi dua, yaitu sistem pengapian magnet dan sistem pengapian baterai. Keduanya memiliki prinsip kerja yang sama yaitu memakai arus listrik dan membangkitkan tegangan arus tersebut sehingga memungkinkan meloncatnya bunga api listrik diantara kedua elektroda busi.
18
Untuk mempersempit pembahasan yang sesuai dengan tugas akhir ini maka hanya akan dibahas Sistem Pengapian Konvensional Type Baterai
Gambar 2.8 Rangkaian Sistem Pengapian Konvesilnal Sumber : Modul Sistem Pengapian Konvensional VEDC Malang No. 60.31.25.09 hal 3
Adapun komponen – komponen sistem pengapian konvensional seperti pada gambar rangkaian sirkuit sistem pengapian di atas, adalah sebagai berikut: 1. Batterai
2. Kunci kontak
3. Koil
4. Platina
5. Kondensator
6. Distributor
7. Kabel tegangan tinggi
8.. Busi
Apabila kunci kontak dihubungkan “ON” arus listrik akan mengalir dari batterai menuju kumparan primer, maka inti besi pada koil akan menjadi magnet. Pada saat platina membuka, arus yang mengalir pada kumparan primer akan
19
terputus dan kemagnetan akan segera hilang. Hilangnya kemagnetan ini akan menyebabkan terjadinya tegangan induksi. Karena jumlah gulungan pada kumparan sekunder lebih banyak dari kumparan primer, maka tegangan yang keluar pada kumparan sekunder ini jauh lebih tinggi. Tegangan tinggi tersebut selanjutnya akan disalurkan ke rotor distributor untuk dibagi – bagikan ke busi yang berada di kepala silinder motor dan dihasilkan percikan bunga api listrik guna melengkapi proses pembakaran di dalam ruang bakar, sesuai dengan urutan pembakaran. Berhubung platina bergerak terus menerus sesuai dengan putaran poros penggerak,dan adanya induksi diri pada rangkaian primer, maka mudah sekali aus dan terbakar. Karena itu pada periode tertentu celah platina harus diperbaiki dan sampai batas tertentu harus diganti.
2.6.1.Saat Pengapian. Yang dimaksud dengan saat adalah saat busi meloncatkan bunga api untuk memulai terjadinya pembakaran campuran bahan bakar dan udara didalam silinder atau ruang bakar. Sedangkan untuk dapat menghasilkan daya motor yang optimal/efektif maka saat pengapian juga harus tepat saatnya, karena mulai saat pengapian sampai prose pembakaran selesai diperlukan periode/waktu tertentu. Waktu rata-rata yang diperlukan selama proses pembakaran ± 2 milidetik (ms)
20
Gambar 2.10 Proses Pengapian/Pembakaran Sumber : Modul Sistem Pengapian Konvensional VEDC Malang No.60.31.25.24 hal.2.
Keterangan : 1. Saat Pengapian 2. Tekanan Pembakaran Maksimum 3. Akhir pembakaran
Gambar 2.11 Saat Pengapian dan Daya Motor Sumber : Modul Sistem Pengapian Konvensional VEDC Malang no.60.31.21.24 hal.3
21
Keterangan : a.
Saat Pengapian terlalu Awal Mengakibatkan Detonasi/Knocking pada motor, daya motor berkurang, motor menjadi panas, dan dapat mengakibatkan kerusakan pada torak, pena torak, ring torak, bantalan dan juga busi.
b.
Saat Pengapian Tepat Menghasilkan suatu pembakaran yang ideal,sehingga menghasilkan momen putar yang optimal, Daya motor juga optimal/maksimum.
c.
Saat Pengapian Terlambat. Menghasilkan langkah usaha yang kurang ekonomis, tekana pembakaran maksimum jauh sesudah TMA, Daya motor berkurang dan pemakaian bahan bakar menjadi boros.
2.7
Pembakaran Bahan Bakar Karbon merupakan salah satu unsur yang dapat terbakar paling penting
dan menjadi bagian utama dari setiap senyawa hidrokarbon. Oksida karbon lebih lambat dan lebih sulit daripada yang berasal baik dari Hidrogen maupun Sulfur. Meskipun karbon memiliki temperatur penyalaan lebih rendah (4070 C atau 7650 F) dari pada hidrogen, karbon merupakan zat padat temperatur tinggi dan relatif lebih lambat terbakar. Akibatnya dalam setiap proses pembakaran teoritis, akan dianggap bahwa Sulfur dan Hidrogen keduanya terbakar sempurna sebelum karbon terbakar. Terlebih lagi, akan dianggap bahwa semua karbon akan teroksida menjadi karbon monoksida (CO) sebelum semua bagian itu menjadi karbon dioksida (CO2).
22
2 C + O2
2 CO
Pada reaksi ini, 2 mol karbon (24,02 Kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 Kg) menghasilkan 2 mol karbon monoksida (56,02 Kg). Apabila terdapat oksigen yang cukup memadahi, karbon monoksida itu akan teroksidasi menjadi karbon dioksida dengan melepaskan energi tambahan. 2 CO + O2
2 CO2
Jadi, 2 mol karbon monoksida (56,02 Kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 Kg) menghasilkan 2 mol karbon dioksida (88,02 Kg). Dengan demikian, 64/24,02 atau 2,66 Kg oksigen dibutuhkan untuk membakar sempurna 1 Kg karbon. Perbandingan ini sangat berguna dalam menghitung kebutuhan oksigen bagi bahan bakar hidrokarbon. 2,66 Kg O2 / Kg C atau 2,66 lbm O2/lbm C. nilai pembakaran tinggi dan rendah dari karbon adalah 32.778 Kj / Kg 0C atau 14.093 Btu/lbm 0C. Hidrogen mempunyai temperatur penyalaan yang paling tinggi diantara ketiga unsur dapat terbakar tersebut (582 0C atau 1080 0F), tetapi karena ia berupa gas, kinetika perubahan hidrogen berlangsung cepat. Akibatnya bila terdapat udara yang cukup, hidrogen akan terbakar sempurna menjadi air, barangkali sebelum karbon teroksidasi menjadi karbon monoksida. 2 H2 + O2
2 H 2O
Dua mol hidrogen (4,032 Kg) bereaksi dengan 1 mol oksigen (32 Kg ) menghasilkan 2 mol air (36,032 Kg). Jadi massa oksigen yang dibutuhkan untuk membakar sempurna satu satuan massa hidrogen adalah 32 / 4,032 atau 7,94
23
7,94 Kg O2 / Kg H2 atau 7,94 lbm O2/lbm H2 Nilai pembakaran tinggi hidrogen adalah 142.097 Kj / Kg atau 61.095 Btu / lbm H 2. Komposisi udara dalam pembakaran kira – kira 21 % oksigen, per volume per mol, dan sisanya yang 79 % lagi terutama terdiri dari nitrogen dengan sejumlah kecil argon, karbon dioksida dan gas – gas lain. Adapun persamaan reaksi pembakaran yang terjadi pada bahan bakar bensin dan kebutuhan udara untuk membakar 1 Kg bahan bakar adalah: C8H8 + 12,5 (O2 + 3,76 N2)
8CO2 + 9 H2O + 47 N2
kebutuhan udara untuk membakar 1 Kg bahan bakar Nudara = (12,5 + 12,5 . 3,76) AFR =
N udara 12,5 + 47 = = 59,5 Kgudara / Kgbahanbakar NC 8 H 18 1
Karena μ udara = 28,95 Kg / Kg mol dan μ C8H18 = 114 AFR = 59,5 x 28,95 Kg udara / Kg bahan bakar Di mana: AFR = Air / Fuel ratio = Perbandingan udara dan bahan bakar.
2.8 2.8.1
Sistem Bahan Bakar Motor Bensin Sifat - sifat bensin a. Persyaratan dan tuntutan. ¾ Sifat pembentukan campuran yang baik (mudah mendidih, tetapi tidak pada temperatur ruangan).
24
¾ Tahan terhadap temperatur penyalaan diri (mempunyai titik nyala relatif tinggi). ¾ Nilai kalor tinggi (susunan kimianya hanya terdiri dari unsur - unsur bahan bakar). b. Susunan bensin Bensin merupakan senyawa dari unsur - unsur karbon (C) dan hidrogen (H) yang disebut karbon hidrogen. Bermacam - macam bentuk hubungan karbon dengan hidrogen menyebabkan terbentuk ribuan macam struktur rantai karbon hidrogen. Contoh : Heptane C7H16 dan Iso Oktana C8H18. H CH3 H CH3 H
H H H H H H H H-C-C-C-C-C-C-C–H
H–C–C–C–C–C–H H CH3 H H H
H H H H H H H Heptana normal
iso-oktana (2,2,4 trumethyl pentana)
c. Jenis – jenis bensin ¾ Bensin Murni Bensin murni terdiri dari 100 % karbon hidrogen tanpa tambahan bahan lainnya. Digunakan sebagai bahan pembersih/anti infeksi, untuk pembersihan luka – luka di rumah sakit. ¾ Bensin Motor
25
Bensin yang telah ditambah dengan bahan bakar aditif anti knoking, anti korosi dan sebagainya. Bensin untuk motor dipasarkan dalam dua macam mutu: Bensin premium (warna kuning) Untuk motor dengan perbandingan kompresi normal (8-9). Bensin super (warna merah) Untuk motor dengan perbandingan kompresi tinggi (9-10). Tabel 2.1 Data Bensin. Jenis bensin Massa jenis kg/l Prosentase massa C/H Nilai kalori (MJ/Kg) Temperatur didih (0C) Titik nyala (0C) Nilai oktan Roz Penambahan tetra etil hitam mg/l
Premium 0,71 – 0,77 86 C 14 H 42 40 - 220 300 85 - 92 0 –0,4
Super 0,73 – 0,78 86 C 14 H 43 40 –220 400 min 98 0 – 0,8
2.8.2 Polusi dan Pembersihan Gas Buang Polusi adalah pencemaran lingkungan hidup akibat pembuangan bahan – bahan kimia beracun, yang dihasilkan oleh industri atau dari sisa – sisa pembakaran bahan bakar pada motor bakar. Gas beracun dari kendaraan bermotor adalah: a. Gas Buang
26
CO, HC NOx dan Timah Hitam merupakan gas beracun yang diproduksi dari akibat pembakaran tidak sempurna. b. Gas / Uap bensin (HC) Gas yang dihasilkan akibat penguapan bensin dari karburator, tangki bensin dan ketika pengisisan bensin pada pompa bensin.
2.8.3
Pengaruh Terhadap manusia
a. Carbon Monoksida (CO) - Tidak berbau dan tidak berwarna. -
Mengurangi kemampuan darah untuk menyerap oksigen.
-
Pada konsentrasi 0,3 % CO di udara, jika menghirup sekitar 30 menit dapat menyebabkan fatal/kematian.
b. Nitrogen Oksida/ Nitrogen dioksida (NO, NO2, sering dinyatakan NOx) -
Berwarna coklat kemerah-merahan.
-
Berbau tajam/pedas sehingga mengganggu organ – organ pernafasan.
-
Pada konsentrasi 0,05 –0,15 % NO2 di udara sehingga menyebabkan kerusakan paru – paru.
c. Hidrocarbon (HC) -
Pada konsentrasi yang tinggi menyebabkan gangguan pada selaput
lendir, mata, hidung dan tenggorokan. -
Merupakan zat potensial penyebab kanker.
d.Senyawa Timah Hitam
27
-
Logam berat Pb merupakan bahan tambahan anti knoking. Bahan ini sulit
bereaksi sehingga gas buang mengandung logam Pb yang sangat beracun.. 2.9 Pengukuran dan perhitungan Performance atau unjuk kerja dari suatu motor bakar adalah suatu indikasi tingkat keberhasilan mesin merubah energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi kerja mekanis. Di bawah ini diutarakan variabel – variabel yang berhubungan dengan performance suatu mesin. a. Volume Langkah ( VL ) VL =
π 4
.D 2 .L ( cm3 ) ..............................................................................2.1
Keterangan: D = Diameter silinder ( cm ) L = Panjang langkah ( cm )
b. Volume satu silinder ( Vs )
Vs =
Vtm (cm3) ……………………………………………………...2.2 4
Keterangan : Vtm = Volume total motor ( cm3 ) c. Volume sisa ( Vc ) / Volume Ruang Bakar
Vc =
Vts ……………………………………………………………….2.3 Σ
Keterangan: Vts = Volume total Motor satu silinder (cm3 )
28
Σ=
Vl + Vc Vts = Vc Vc
d. Torsi Efektif (Te)
Torsi efektif dihasilkan dari pengukuran dengan menggunakan alat Dinamo Meter e. Daya efektif (Ne)
Ne =
Te.n ( Ps ) 1) ....................................................................................2.4 716,2
Keterangan: Te = Torsi efektif (Kg.m) n = putaran (rpm)
f. Tekanan efektif rata – rata (Pe) Pe =
450000.Ne (Kg/cm2)2) ..................................................................2.5 VI .Z .n.a
Keterangan : Ne = Daya efektif (Ps) Vl = Volume Langkah (cm3) n = Putaran mesin (rpm) a = Jumlah siklus -
Untuk 2 langkah a = 1
-
Untuk 4 langkah a = 0,5
Z = Jumlah silinder
g. Tekanan Indikasi (Pi)
ηm =
Pe ................................................................................................2.6 Pi
29
Pi =
Pe
ηm
(Kg/cm2)
Keterangan:
ηm = Efisiensi mekanis = (0,8 – 0,85) untuk mesin 4 langkah karburator = 0,8 (asumsi) Pe = Tekanan efektif rata – rata (Kg/cm2) Pi = Tekanan indikasi (Kg/cm2)
h. Daya indikator (Ni) Daya indikator adalah besar daya yang dihasilkan dari pembakaran di dalam silinder suatu mesin. Dinyatakan dengan persamaan:
Ni =
ZxPixVlxnxa ( Ps ) ........................................................................................2.7 450000
Keterangan: Z = jumlah silinder mesin. Pi = Tekanan indikasi (kg/cm2). Vl = Volume langkah (cm3). n = Putaran mesin permenit., a = 1 untuk motor 2T dan 0,5 motor 4T
i. Daya Mekanis (Nm) Ne = Ni – Nm (Ps)3)
...........................................................................2.8
Nm = Ni – Ne Keterangan:
1)
Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, ITB Bandung, Bandung, 1973, hal 24 Ibid hal 24 3) N. Petrovsky, Marine Internal Combustion, Mir Publisher Moskow, hal 64 2)
30
Ni = Daya Indikasi (Ps) Ne = Daya Efektif (Ps)
j. Pemakaian bahan bakar spesifik efektif (Be) Pemakaian bahan bakar atau fuel consumption spesifik adalah perbandingan antara bahan bakar yang terbakar dengan tenaga yang dihasilkan oleh mesin. Dinyatakan dengan persamaan:
Be =
Gf (kg / Ps. jam) Ne
4)
.........................................................................2.9
Di mana :
Gf = Pemakaian bahan bakar (kg/jam) Ne = Power / Daya (Ps).
k. Pemakaian bahan bakar spesifik indikasi (Bi) Pemakaian bahan bakar atau fuel consumption spesifik adalah perbandingan antara bahan bakar yang terbakar dengan tenaga yang dihasilkan oleh mesin. Dinyatakan dengan persamaan:
Bi =
Gf (kg / Ps. jam) Ni
........................................................................2.10
Keterangan :
Gf = Pemakaian bahan bakar (kg/jam) Ni= Power / Daya (Ps).
4)
Wiranto Arismunandar, Motor Bakar Torak, ITB Bandung, 1973, hal 29
31
l. Neraca Kalor (Ql) Ql = Gf . Qc
.........................................................................2.11
Keterangan :
Qc = Nilai kalor rendah bahan bakar = 10000 Kcal /Kg Gf = Pemakaian bahan bakar (Kg/jam) m. Efisiensi thermal efektif (ηte)
ηte =
632.Ne x 100 % .........................................................................2.12 Ql
Keterangan: Ne = Daya efektif (Ne) Ql = Neraca kalor (Kcal/Kg) n. Efisiensi thermal efektif (ηti)
ηti =
632.Ni x 100 % .........................................................................2.13 Ql
Keterangan:
Ni = Daya efektif (Ne) Ql = Neraca kalor (Kcal/Kg)
o. Perhitungan perbandingan udara bahan bakar % N 2 . zc %CO + %CO2 ...............................................................2.14 114 x0,79
28,97 AFR =
Keterangan:
32
Dari data gas buang pengujian: % CO = Prosentase CO % CO2 = Prosentase CO2 % O2 = Prosentase O2 % N2 = 100 - % CO - % CO2 - % O2
BAB III MATERI DAN METODE PENELITIAN
3.1 DEFINISI OPERASIONAL Pada penelitian yang dilaksanakan , pengambilan data pada tugas akhir ini penulis mengambil permasalahan yang berhubungan dengan Motor Bakar khususnya Motor Bensin. Dimana pada motor bensin terjadinya proses pembakaran yang ideal yang dapat menghasilkan momen putar dan daya motor yang maksimum, hemat bahan bakar serta menghasilkan emisis gas buang yang ramah bagi lingkungan. Guna mendukung permasalahan diatas adalah bagaimana agar prose pembakaran campuran udara dan bahan bakar didalam silinder atau ruang bakar dapat terjadi dengan ideal/sesuai dengan yang diharapkan, dimana tekanan pembakaran maksimum dapat terjadi beberapa derajat setelah titik mati atas (TMA). Dengan berbagai upaya/usaha bukan tidak mungkin kinerja motor dapat meningkat, pemakaian bahan bakar hemat dan yang lebih pentingg lagi guna mendukung kelestarian lingkungan yaitu emisi gas buang yang memenuhi standar Yang telah ditentukan. Usaha tersebut dalah dengan menempatkan saat pengapian sesuai dengan ketentuan, yang didukung juga oleh kondisi motor yang lain yang juga harus memenuhi standar.
33
42
3.2 Alat – alat / Instrumen Penelitian Motor uji dan peralatan pendukung yang digunakan dalam pengambilan data penelitian adalah : 1. Motor Motor yang digunakan adalah Motor Bensin Toyota 4K, 4 Langkah, 4 Silinder, 8 Katup OHV. Dimana motor dirangkai seri dengan Engine Dynamo Meter yang dilengkapi dengan alat/instrumen dan perlengkapan lain, seperti pada gambar 3.1 berikut ini :
Gambar 3.1 Engi Dynamo Meter, Tachometer dan Motor Uji. Sumber : Laboratorium VEDC Malang
2. Engine Dynamo Meter Alat yang digunakan untuk mengukur besarnya momen puntir motor hasil dari pembakaran motor. Besarnya momen putar motor dan putaran motor ditentukan oleh besarnya beban aliran air yang ada dalam alat tersebut.
42
Data Teknis : - Merk
: CARL SCHENK MASCHINEN FABRIK GMBH DARM STADT GERMAN
- Tahun
: 1957
- Perakitan dan Seting
: Datang di VEDC Malang th 1986 Perakitan dan Seting ke 1 th 1986 Seting ke 2 th 1996
- Sumber daya
: Baterai 24 Volt
- Beban yang dipakai
: Air
- Rem Putaran
: Rem tromol
- Ketelitian pengukuran : 2 kg m - Putaran Maks
: 5000 Rpm
- Momen putar maks
: 100 kg m
3. Tachometer Merupakan alat yang diguanakan untukmengukur putaran motor, besaran satuan yang digunakan PRM ( Rotation Per Minute ) pengukuran putaran motor dilaksanakan melalui 2 alat : 1. Putaran motor diukur langsung pada poros out put motor yang dirangkai menjadi satu dengan Engine Dynamo Meter. 2. Putaran motor diukur langsung pada sinyal tegangan tinggi kabel busi silinder no 1 dengan menggunakan Exhaust Gas Analyser.
42
4. Exhaust Gas Analyser Merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur kandungan unsurunsur partikel yang ada dalam gas buang, putaran motor, temperatur, serta Perbandingan pemakaian bahan bahan dan udara. Alat ini menampilkan hasil pengujian secara Digital yang dapat terbaca langsung pada layar/display digital.
Gambar 3.2. Exhaust Gas Analyser Sumber : Laboratorium Otomotif VEDC Malang
Data Teknis : Merk
: TECNNOTES
Buatan
: ITALI
TAHUN
: 1994
Ketelitian
: Seperseratus ( 0,00 )
Parameter yang diukur : Carbon Monoxid (Co) , Hidrocarbon (HC) , Oxigen (O2), Carbon Dioxid (Co2), perbandingan pemakaian udara dan bahan bakar (Lambada), temperatur motor dan putaran motor.
42
5. Timing Light dan Dwell Tester Timing Light merupakan suatu alat yang digunakan untuk melihat saat pengapian motor dalam besaran derajat poros engkol 3.
Data Teknis Merk
:
Bosch
Buatan
:
Bosch Gmbh German
Tahun
:
1987
Kemampuan pengukuran sampai 50° derajat Ketelitian pengukuran
:
2 derajat
Dwell Tester adalah merupakan suatu alat multi fungsi yang dapat digunakan untuk mengukur besarnya sudut dwell (lama platina menutup), Putaran Motor (Rpm) dan besar tahanan (Ohm) Data teknis : Merk
: BOSCH
Buatan
: BOSCH Gmbh
Tahun
: 1987
Operasional
: Untuk Motor 2 sampai 8 silinder Dwell Max – 800 pk
Kete;itian
: Putaran Rpm 50 Dwell
2 derajat
Ohm
1
Gambar 3.3 Timing Light dan Dwell Tester Sumber : Laboratorium Otomotif VEDC Malang
42
6. Alat Pengukur Pemakaian Bahan Bakar Merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur pemakaian bahan bakar dalam satuan kg bahan bakar per jamnya. Data pemakaian bahan bakar dapat diukur langsung melalui tabung kaca dan waktu yang diperlukan langsung melalui Display Digital. Data teknis : Merk
: tidak ada
Buatan
: VEDC Malang
Tahun
: 1987
Sensor Bahan Bakar
: Infra red
Jumlah BB yang diukur
: per 100 gram
Gambar 3.4. alat pengukur pemakaian BB Digital Sumber Laboratorium Otomotif VEDC Malang
42
7.
Kompresi Tester
Merupakan suatu alat yang digunakan untuk mengukur besar tekanan kompresi dari setiap silinder motor. Data hasil pengujian kompresi dapat dibaca langsung pada alat tersebut.
Gambar tes tekanan kompresi Sumber : Laboratorium Otomotif VEDC Malang
Data teknis : Merk
: OPTILUX
Buatan
: GERMAN
Tahun
: 1987
Kemampuan ukur
: 0 – 21 Bar
Ketelitian
: 0,25 bar
42
3.3. Waktu dan tempat penelitian 1.
Waktu penelitian Waktu pelaksanaan penelitian/pengambilan data dimulai tanggal, 01 s/d 03 Mei 2012. Dimana pengambilan data dilaksanakan melalui beberapa kali pengulangan supaya hasil penelitian/pengambilan data lebih akurat.
2.
Tempat penelitian Tempat penelitian/pengambilan data dilaksanakan pada laboratorium Motor otomotif PPPGT-VEDC Malang.
3.4
Variabel Pengujian Adapun beberapa variabel digunakan dalam penelitian/pengambilan data meliputi : 1.
Beban (F) dalam satuan kg, merupakan beban akibat reaksi jumlah air yang merupakan hambatan langsung pada alat engine Dynamo meter.
2.
Panjang lengan (p) dalam satuan meter merupakan panjang lengan pada sumbu motor dengan engine Dynamo meter.
3.
Putaran motor dalam satuan Rpm, yang merupakan putaran motor yang dapat dilihat pada tachometer.
4.
Pemakaian bahan bakar dalam satuan gram/kwh yang dikonversi dalam satuan kg/ps jam. Dapat diukur melalui alat ukur tabung yang terpasang pada pengukur pemakaian bahan bakar
5.
Saat pengapian dalam satuan derajat poros engkol yang dapat dilihat pada tanda timing dipuly poros engkol menggunakan timing light
42
6.
Emisi gas buang dalam satuan persen (%) dan PPM (part per milion) dapat dilihat pada layar Display Exhaust gas Analyser
3.5
Data-data Teknis a.
Motor yang digunakan:
1. Merk/Type
: Toyota / 4K
2. Jumlah silinder
: 4 silinder sebaris OHV
3. Daya Maksimum
: 48 Kw / 5400 rpm
4. Bore
: 75 mm
5. Stroke
: 73 mm
6. Perbandingan Kompresi
:9
7. Bahan Bakar
: Bensin (premium)
8. Tekanan kompresi
: 11 bar.
9. Volume motor
: 1290 cc.
9. Volume Kompresi
: 40,31 cc.
10. Sumber Listrik
: Bateray 12 V.
b. Performance 1. Konsumsi bahan bakar
: 3,1 liter/jam / 5000 rpm.
2. Kapasitas ruang pelampung
: 56 cc.
3. Kapasitas tangki
: 30 liter.
4. Momen putar/torsi
: 9,8 Kgm/3600 rpm
5. Daya Max
: 48 kw(65 PS)/5400 rpm
42
3.6 Langkah Pengujian 1. Menghidupkan motor sehingga diperoleh temperatur kerja yaitu sekitar 80 90 0 C 2. Menyetel klep masuk (in) 0,20 mm dan keluar (Ex) 0,30 mm. 3. Mengukur tekanan kompresi Hasil silinder 1, sebesar 11 bar Hasil silinder 2, sebesar 11,5 bar. Hasil silinder 3, sebesar 11 bar. Hasil silinder 4, sebesar 11 bar. Limit perbedaan tiap silinder yang diijinkan adalah sebesar 1 bar. 4. Menyetel sudut Dwell / lama platina menutup 52 0 poros kam. 5. Menyetel saat pengapian 10 0 sebelum TMA. 6. Menyetel campuran udara dan bahan bakar pada saat stasioner, dengan data hasil seperti data pada rpm 800. 7. Penyetelan kenaikan rpm dalam kurun waktu 10-15 menit. 8. Pengujian torsi/momen putar, pemakaian Bahan bakar dan emisi gas buang
3.7 Proses Pengujian Proses pengujian dilaksanakan bila kondisi seperti apa yang telah dilakukan pada langkah pengujian. Data emisi gas buang dalam pengujian dilaksanakan 6 kali percobaan meliputi pengambilan data emisi gas buang berupa Hidro Carbon (HC), Carbon
42
Monoksida (CO), lambda (λ), serta pengambilan data teori efektif dan pemakaian bahan bakar. Putaran yang diambil pada setiap perbedaan saat pengapian dilaksanakan 6 kali yaitu 800, 1000, 1500, 2000, 2500 dan 3000 rpm. 3.8 Data Hasil Penelitian Penguji an ke
Saat Pengapian (0) Sebelum TMA
I
0
II
5
III
10
IV
15
V
20
Torsi Efektif (Kg.m)
Putaran (rpm)
CO (%)
CO2 HC (%) (ppm)
9,4 9,8 10,0 10,2 9,8 9,6 9,8 10,1 10,3 10,0 9,8 10,4 10,8 11,4 11,1 9,6 10,2 10,6 10,9 10,7 9,5 10,0 10,4 10,6 10,2
1000 1500 2000 2500 3000 1000 1500 2000 2500 3000 1000 1500 2000 2500 3000 1000 1500 2000 2500 3000 1000 1500 2000 2500 3000
1,07 2,34 1,90 2,24 2,25 1,91 2,37 2,75 2,54 2,54 1,22 1,90 2,48 2,45 2,26 1,46 1,88 2,40 2,56 1,99 1,78 1,28 2,28 2,71 2,10
12,1 11,6 12,1 12,1 12,4 11,8 11,6 11,5 11,9 12,1 12,0 12,0 11,8 12,1 12,1 10,6 11,3 11,4 11,3 12,3 11,8 12,2 11,8 11,7 12,0
206 155 112 85 78 274 208 164 136 116 251 201 187 161 142 366 267 200 194 219 505 327 236 2239 171
O2 (%)
λ
3,1 2,0 1,6 1,6 1,1 3,1 2,2 1,8 1,6 1,2 3,2 2,3 2,3 1,8 1,6 3,3 2,9 2,5 2,3 1,9 2,5 2,3 2,0 1,8 1,8
1,106 1,009 1,006 0,997 0,972 1,168 1,014 0,985 0,985 0,969 1,104 1,037 1,018 0,994 0,993 1,162 1,065 1,036 1,017 1,014 1,035 1,051 1,007 0,985 1,007
BAB IV ANALISIS PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisis Data 4.1.1
Data spesifikasi Injektor / Nosel Injektor / Nosel model satu lubang jenis pasak type KCA.30SD.27/4
- Tekanan pembukaan Ibjektor ,/ Nosel ( P pembukaan ) - Tekanan pengabutan ( P pengabutan ) - Variasi ketebalan shim penyetel - Diamater injektor / Nosel
d1 = 0.6 cm, d2 = 0,3 cm
4.1.2 Ketebalan shim penyetel dengan tekanan pembukaan (P pembukaan ) P pembukaan ( bar ) No
Ketebalan Shim 1
2
3
4
Rata-rata
1
1.32
90
92
89
90
90,00
2
1,36
95
95
96
94
95,00
3
1,39
100
100
100
101
100,25
4
1,43
105
103
105
104
104,25
5
1,46
110
110
112
111
110,25
6
1,50
116
116
115
115
115,50
7
1,53
119
120
121
120
120,00
8
1,57
125
125
127
124
125,25
9
1,60
132
130
130
130
130,00
10
1,64
135
136
136
134
135,25
11
1,67
139
139
140
139
139,25
12
1,71
145
148
147
145
146,25
13
1,74
152
152
150
151
151,25
14
1,78
155
156
153
153
154,25
48
P pembukaan ( bar ) No
Ketebalan Shim 1
2
3
4
Rata-rata
15
1,82
161
162
160
161
161,00
16
1,86
163
164
163
165
163,75
17
1,90
170
173
170
172
171,25
18
1,94
173
174
177
175
174,75
19
1,98
178
179
182
180
179,75
20
2,02
185
186
184
185
185,00
4.1.3 Perhitungan Injektor
Gambar Injektor Satu Lubang (Daryanto, 1984 )
Dalam gambar penampang injektor/nosel diatas dikelompokkan dalam empat bagian, guna mempermudah dalam penunjukkan again-bagian yang dihitung. 1. Mencari diameter lubang pengabut (bagian I ) a. Diamater lubang pengabut ( dr ) dr = 1/800 x D
( Daryanto,1984 )
D = diameter lubang silinder ( 10,2 cm ) ( Spesifikasi servis toyota , lampiran A-4 )
dr = 1/800 x 10,2 cm = 0,00011275 cm
49
b. Penampang lubang pengabut ( Ar )
π
Ar =
4
x (dr)²
π
x ( 0,01275 )² 4 = 0,0001276 cm²
=
2. Mencari penampang tempat dudukan jarum pengabut ( di B / bagian II ) A3 x
ΔP3 = Ar x
P − Pci
(Daryanto, 1984)
Pci = Tekanan bahan bakar akhir kompresi = (30 bar) P
= Tekanan bahn bakar dari pompa = 179,75 bar
( harga dari Pxci dan P diambil dari Spesifikasi Mesin Toyota Lampiran A-2 )
ΔP3 = Beda tekanan antara pompa dengan saluran B ( 5 bar ) ( Daryanto.1984 )
P = Pci = 179, 75 bar – 30 bar = 149, 75 bar maka : A3 =
Ar
P − Pci ΔP3 149,75bar
= 0,0001276
5bar = 0,00069889 cm 2
A3 =
π
4
x (d 3 )
2
50
A3 =
π 4
d3 =
=
x (d 3 )
2
4A3
π
4.0,00069889 3,14
= 0,0298 cm 3. Tekanan pada lubang dudukan jarum (PB) Bila beda tekanan antara pompa dengan ruang B adalah 5 bar, maka harga tekanan di ruang B adalah : PB = Ppembukuan + ΔP3 = 149,75 bar + 5 bar = 154,75 bar 4. Tekanan gaya pegas yang menekan jarum (F pegas) Jika dalam keadaan seimbang P ( A1 + A2 ) = F pegas (M. Ma’rif, 1984)
Diameter nozel uji (d1 = 0,6 cm, d2 = 0,3 cm ) d1 =
=
π 4
π 4
x (d1 )
2
x (0,6)
2
= 0,2826 cm 2 d 2 = 0,3 cm
51
A1 =
=
π 4
π 4
x (d 2 )
2
x (0,3)
2
= 0,07065 cm 2 Maka : F pegas = P A1 − A2 = 149,75 bar. (0,21195 cm2) = 31,74 kgf.
4.1.3 Perhitungan Spring Nozel Pada nozel tipe KCA.30SD.27/4 yang diuji terdapat sebuah spring yang berdimensi sebagai berikut : Panjang awal spring (Lo)
= 2,8 cm
Diameter Spring
= 0,5 cm
Diameter kawat spring (d)
= 0,2 cm
Jarak antara dua kawat
= 0,1 cm
Jumlah lilitan (n)
= 8 buah
Gambar. Spring Nozel (Trommelmanas, 1993)
52
1. Perhitungan Beban pada Spring
η=k
W1 =
8.c.W1 π .D 2
τ .π .D 2 8.k .c
……………….(Kgf)
(Sumber : R.S Khurmi, Machine Design, Hal : 754) Dimana :
τ
= Tegangan geseryang diijinkan (kg/cm2)
k
= Faktor tegangan
D
= Diameter spring (cm)
W1
= Beban pada spring (kg)
Bahan spring nozel adalah baja SUS 302 WPA
σ b = 175 kg/mm 2 ; τ = 35 kg/mm2
(Tabel
σ − Aσ
, Merk dan tipe Nozel, Toyota astra Motor,1993)
Sehingga perhitungan bebannya : a.
Indeks Pegas ( c) C =
=
D d
0,5 0,2
= 2,5 b.
Faktor Tegangan (k)
53
K=
4c − 1 0,615 + 4c − 4 2,5
K=
4(2,5) − 1 0,615 + 4(2,5) − 4 2,5
= 1,75 Maka besar beban pada spring : W1=
3500.π .(0,5) 2 8.,75.2,5
= 78,5 kgf 2. Besarnya tekanan pada spring Tekanan spring = Luas spring (penampang spring bentuk lingkaran) A spring =
=
π 4
π 4
.D 2 .n
.(0,5) .8 2
= 1,57 cm 2 P spring =
78,5kgf 1,57cm 2
= 50 bar
Beban pada spring Luas spring
3. Perhitungan tekanan pengabutan Tekanan pengabutan didapat dari pengurangan antara tekanan pembukaan nozel dengan tekanan pegas pengganjal. Tekanan yang masuk dalam ruang bahan bakar memberikan tekanan pada kutub nozel sehingga spring tertekan
54
ke atas dan mengakibatkan jarum nozel terangkat sampai pada batas harga tertentu dimana tekanan spring itu lebih besar dari tekanan pembukaan maka spring mendorong jarum nozel kembali pada kedudukannya. Ppengabutan = P pembukaan – P spring (Toyota Astra Motor, Pedoman Reparasi Mesin Toyota Seri 14 B)
Contoh Perhitungan P pembukaan
= 179,75 bar
P spring
= 50 bar
Ppengabutan
= P pembukaan – P spring = 129,75 bar
4.1.3
Pengecrekan saat membuka dan menutupnya jarum pengabut terhadap tekanan gaya pegas.
Untuk nozel tipe KCA.30SD,.27/4 yang diuji mempunyai ring tekanan pembukaan 180-210 bar. (Spesifikasi Mesin Toyota Seri 4 B, Lamp A – 2)
1. Pengabutan dapat terjadi jika gaya yang ditimbulkan bahan bakar melebihi tekanan gaya pegas, maka katup akan terangkat ke atas sehingga membuka lubang nozel. Keadaan tersebut dapat dipenuhi bila : P pembukaan ( A1 − A2 ) + P3 A3 ≥ F pegas (M. Ma’ruf Arif, 1984)
179,75 (0,2826 – 0,07065) = 184,5 (0,0006999) > F pegas 38,09 kgf + 0,129 kgf ≥ 38,09 kgf
55
38,22 kgf ≥ 38,09 kgf Jadi tekanan pembukaan 179,75 bar memenuhi syarat terjadinya pengabutan. 2. Keadaan setimbang, di mana jarum nozel menetap pada kedudukannya, jadi gaya yang ditimbulkkan bahan bakar sama dengan gaya pegas atau lebih kecil dri gaya pegas. Akibatnya katup nozel tidak dapat terangkat dan lubang nozel tidak dapat membuka, sedangkan di B (P3 = 0) (M. Ma’ruf Arif, 1984)
Dari data penelitian dapat diambil salah satu contoh perhitungan yaitu pada tekanan pembukaan yang lebih kecil dari tekanan spring nozel. Misal : P pembukaan = 40,8 bar P spring = 50 bar P pembukaan ( A1 − A2 ) ≤ F pegas 40,8 (0,212) ≤ F pegas 8,65 kgf = 8,65 kgf Jadi pada tekanan pembukaan yang dimisalkan tersebut dalam keadaan setimbang dan tidak memenuhi syarta pengabutan.
.4.2. Pembahasan.
Dari analisa data perhitungan didapat tabel rekapitulasi tekanan pengabutan dan tekanan gaya spring.
56
Tabel 4.2
Rekapitulasi hasil perhitungan tekanan pengabutan dan gaya pegas (kgf)
No.
Ketebalan shim
Ppembukaan (bar)
Ppengabutan (bar)
Fpegas (kgf)
(mm)
rata-rata
1.
1,32
90,00
40,00
19,08
2.
1,36
95,00
45,00
20,14
3.
1,39
100,25
50,25
21,25
4.
1,43
104,25
54,25
22,10
5.
1,46
110,25
60,75
23,48
6.
1,50
115,50
65,50
24,49
7.
1,53
120,00
70,00
25,44
8.
1,57
125,25
75,25
26,55
9.
1,60
130,50
80,50
27,67
10.
1,64
135,25
85,25
28,67
11.
1,67
139,25
89,25
29,52
12.
1,71
146,25
96,25
31,01
13.
1,74
151,25
101,25
32,07
14.
1,78
154,25
104,25
32,70
15.
1,82
161,00
111,00
34,13
16.
1,86
163,75
113,75
34,72
17.
1,90
171,25
121,25
36,32
18.
1,94
174,75
124,75
37,05
19.
1,98
170,75
129,75
38,10
20.
2,02
185,00
135,00
39,22
57
F pegas = P pembukaan (A1 – A2) Pspring = 50 bar A1 = 0,28 cm2 A2 = 0,07 cm2 Di mana :
A1
=
Luas penampang tempat kedudukan pegas
A2
=
Luas penampang tempat kedudukan jarum pengabut
Persamaan regresi linear Y = a + bx b=
n ∑ X i Yi − ∑ X i ∑ Yi n ∑ X i2 − (∑ X i )
2
a = Y − bX =
∑Y
i
n
−b
∑X
i
n
58
Tabel 4.2.1 Regresi linear antara ketebalan shim (mm) dengan tekanan
pembukaan (bar) Ppembukaan (bar) 90 95 100,25 104.25 110,25 115,5 120 125,25 130,5 135,25 139,25 146,25 151,25 154,25 161 163,75 171,25 174,75 179,75 185
X*X
X*Y
a
b
Y = a+bX
1,7424 1,8496 1,9321 2,0449 2,1316 2,25 2,3409 2,4649 2,56 2,6896 2,7889 2,9241 3,0276 3,1684 3,3124 3,4596 3,61 3,7636 3,9204 4,0804
118,8 129,2 139,3475 149,0775 160,965 173,25 183,6 196,6425 208,8 221,81 232,5475 250,0875 263,175 274,565 293,02 304,575 325,375 339,015 355,905 373,7
153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4 153080,4
92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02 92684,02
275423,31 279130,67 281911,19 285618,55 288399,07 292106,43 294886,95 298594,31 301374,83 305082,19 307862,71 311570,07 314350,59 318057,96 321765,32 325472,68 329180,04 332887,4 336594,76 340302,12
Persamaan regresi linearnya : Y = 153080,40 + 92684,02X
Gr a fik Hubunga n Ke te ba la n S him de nga n Te k a na n P e m buk a a n
400000 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000
K e te b alan S h im (mm)
59
19
17
15
13
11
9
7
5
3
0 1
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Ketebalan shim mm) 1,32 1,36 1,39 1,43 1,46 1,5 1,53 1,57 1,6 1,64 1,67 1,71 1,74 1,78 1,82 1,86 1,9 1,94 1,98 2,02 33,22
Tekanan Pembukaan (bar)
No
Tabel 4.2.2 Regresi antara ketebalan shim (mm) dengan gaya pegas (kgf) No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
Ketebalan Fpegas X*X X*Y shim (mm) (kgf) 1,32 19,08 1,7424 25,1856 1,36 20,14 1,8496 27,3904 1,39 21,25 1,9321 29,5375 1,43 22,1 2,0449 31,603 1,46 23,48 2,1316 34,2808 1,5 24,49 2,25 36,735 1,53 25,44 2,3409 38,9232 1,57 26,55 2,4649 41,6835 1,6 27,67 2,56 44,272 1,64 28,67 2,6896 47,0188 1,67 29,52 2,7889 49,2984 1,71 31,03 2,9241 53,0271 1,74 32,07 3,0276 55,8018 1,78 32,7 3,1684 58,206 1,82 34,13 3,3124 62,1166 1,86 34,72 3,4596 64,5792 1,9 36,32 3,61 69,008 1,94 37,05 3,7636 71,877 1,98 38,1 3,9204 75,438 2,02 39,22 4,0804 79,2244 33,22 583,71 56, 0614 995,2063
a
b
Y = a+bX
30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488 30851,488
18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26 18783,26
55645,4 56396,72 56960,22 57711,55 58275,05 59026,38 59589,88 60341,21 60904,7 61656,03 62219,53 62970,86 63534,36 64285,69 65037,02 56788,35 66539,68 67291,01 68042,34 68793,67
Persamaan regresi linearnya : Y = 30851,488 + 18783,261 X
80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 Ketebalan Shim (mm)
60
19
17
15
13
11
9
7
5
3
Y = a + bx Ketebalan shim
1
Gaya Pegas (kgf)
Hubungan ketebalan shim dengan Gaya Pegas
Tabel 4.2.3 Regresi linear antara ketebalan shim (mm) dengan tekanan pengabutan (bar) Ketebalan Fpegas X*X X*Y shim (mm) (kgf) 1,32 40 1,7424 52,8 1,36 45 1,8496 61,2 1,39 50,25 1,9321 69,8475 1,43 54,25 2,0449 77,5775 1,46 60,75 2,1316 88,695 1,5 65,5 2,25 98,25 1,53 70 2,3409 107,1 1,57 75,25 2,4649 118,1425 1,6 80,5 2,56 128,8 1,64 85,25 2,6896 139,81 1,67 89,25 2,7889 149,0475 1,71 96,25 2,9241 164,5875 1,74 101,25 3,0276 176,175 1,78 104,25 3,1684 185,565 1,82 111 3,3124 202,02 1,86 113,75 3,4596 211,575 1,9 121,25 3,61 230,375 1,94 124,75 3,7636 242,015 1,98 129,75 3,9204 256,905 2,02 135 4,0804 272,7 33,22 1753,25 56,06144 3033,188
No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.
a
b
92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8 92583,8
59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2 59508,2
Y = a+bX 171135 173515 175300 177681 179466 181846 183631 186012 187797 190177 191962 194343 196128 198508 200889 203269 205649 208030 210410 212790
Persamaan regresi linearnya Y = 92583,8 + 59508,2 X
G r a fi k h u b u n g a n K e te b a l a n S h i m d e n g a n T e k a n a n p e m b u k a a n
200000 150000 100000 50000
K e te b a la n S h im (m m )
61
19
17
15
13
11
9
7
5
3
0 1
Tekanan Pembukaan (bar)
250000
Dari analisa hasil perhitungan dan data pengujian, maka akan dapat diketahui grafik : a. Hubungan antara ketebalan shim penyetel (mm) dengan tekanan pembukaan (bar) b. Hubungan antara ketebalan shim (mm) dengan gaya pegas (kgf). c. Hubungan antara ketebalan shim (mm) dengan tekanan pengabutan (bar)
4.2.1 Hubungan antara ketebalan shim (mm) dengan tekanan pembukaan dan tekanan pengabutan
Dari analisa hasil perhitungan, gambar grafik 4.2.1, 4.2.3 dan data pengujian tabel 4.2.1, 4.2.3 dapat diketahui hubungan ketebalan shim (mm) dengan tekanan pembukaan (bar) dan tekanan pengabutan (bar) pada nozel, bahwa dengan variasi ketebalan shim penyetel dari ketebalan 1,32 mm sampai ketebalan 2,02 mm, tekanan pembukaan dan tekanan pengabutan mengalami kenaikan. Kenaikan tekanan pembukaan ini dikarenakan pemasangan shim peneyetel pada spring nozel, shim yang tebal mengakibatkan spring lebih tertekan, Semakin tebal shim tekanan pengabutan juga semakin besar. Karena tekanan pengabutan merupakan selisih antara tekanan pembukaan nozel dengan tekanan spring nozel. Bila tekanan pembukaan yang diberikan terlalu kecil maka tekanan pengabutan tidak akan terjadi, karena gaya dari bahan bakar yang diterima oleh spring lebih kecil dari tekanan spring nozelsehingga bahan bakar yang masuk kedalam nozel tidak mampu mengangkat jarum nozel ke atas sehingga bahan bakar tidak bisa memancar keluar dari lubang nozel.
62
Menurut hasil perhitungan tabel 4,2,1, 4.2.3 dan gamabr grafik 4.2.1, 4.2.3 ketebalan shim penyetel yang cocok dipasang pada nozel tipe KCA.30SD.27/4 milik Daihatsu yang diuji ini adalah 1,98 mm, tekanan pembukaan sebesar 179,75 (bar), tekanan pengabutan yang dihasilkan sebesar 129,75 bar. Sedangkan menurut
buku literatur, pembukaan katup jarum pada nozel berlubang jenis
KCA.30SD.27/4 diusahakan terjadi pada tekanan pembukaan yang tidak lebih rendah dari 200 bar dengan ketebalan shim 1,425 mm dan tekanan pengabutan sebesar 150 bar. Perbedaam yang terjadi antara hasil pengukuran dengan data yang terdapat pada buku literatur ini disebabkan : 1. Kesalahan dalam pembacaan manometer tekanan pada nozel tester. 2. Adanya faktor kebocoran pada nozel tester karena pemasangan nozel yang kurang tepat. 3. Adanya sisa-sisa udara yang tertinggal dalam nozel tester.
4.2.2
Hubungan ketebalan shim (mm) dengan gaya pegas (kgf)
Dari analisa perhitungan tabel 4.2.2 dan gambar grafik 4.2.2, dapat diketahui hubungan ketebalan shim dengan gaya pegas , bahwa semakin tebal shim maka gaya yang diterima oleh pegas juga semakin besar karena dengan shim semakin tebal otomatis spring nozel akan semakin tertekan, semakin besar gaya tekan spring pada jarum nozel untuk menetap pada kedudukannya. Untuk mengangkat jarum nozel ke atas
diperlukan
tekanan pembukaan dari bahan bakar yang besar, karena dengan tekanan pembukaan yang besar maka besarnya gaya yang diterima oleh pegas juga
63
semakin besar sehingga bahan bakar mampu mengangkat jarum nozel ke atas sehingga bahan bakar bisa memancar keluar dari lubang nozel. Untuk jenis nozel tipe KCA.30SD.27/4 bahwa besarnya gaya pegas yang memenuhi untuk proses pengabutan adalah 38,10 kgf dengan ketebalan shim sebesar 1,98 mm, karena pada ketebalan shim 1,98 mm dihasilkan tekanan pembukaan yang besar yaitu 179,75 bar. Pada tekanan tersebut mampu memberikan gaya atau F sebesar k. Δ x pada pegas , dimana k adalah konstanta pegas dan Δ x adalah pertambahan panjang dari pegas atau spring. Untuk nilai Δ x dari pegas tersebut adalah negatif karena pegas mengalami pemendekan jadi pegas tidak memberikan gaya tetapi menerima gaya dari tekanan bahan bakar.
64
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan Dari analisa
hasil perhitungan, grafik dan pembahasan maka dapat
diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Tekanan pembukaan yang memenuhi standart untuk nozel tipe ND-DLLA 150 P59 adalah 179,5 bar, ketebalam shim yang dipilih 1,98 cm dengan tekanan pengabutan sebesar 129,75 bar. 2. Semakin tebal shim penyetel yang diberikan maka tekanan pembukaan nozel dan tekanan pengabutannya juga semakin besar. 3. Semakin tebal shim
penyetel yang diberikan maka besarnya gaya yang
diterima oleh pegas (spring) pada nozel juga semakin besar.
5.2 Saran Sebaiknya dalam menguji sebuah nozel sebelum nozel dipasang dalam ruang bakar itu harus sesuai dengan prosedur yang ada, karena pengujian nozel yang kurang tepat akan mempengaruhi kerja dari mesin diesel tersebut. Untuk itu jangan menerapkan metode coba-coba dan hanya mengandalkan metode perasaan harapan penyusunan dalam tugas akhir I ini semoga dapat memberikan solusi atupun bahan pertimbangan untuk diterapkan dalam menguji sebuah nozel sehingga nantinya bisa didapatkan pengabuatn yang terbaik.
65
DAFTAR PUSTAKA
Bernand D.Wood, 1982, Penerapan Termodinamika jilid 1. PT Gelora Aksara Pratama Jakarta Daryanto, 1984 Perencanaan Motor Diesel Empat Langkah, Penerbit Tarsito, Bandung M. Alonso, E,J. 1991 , Dasar - Dasar Fisika untuk Universitas jilid 1, Mekanika dan Termodinamika, Penerbit Erlangga Jakarta M. Ma’ruf Arief, 1984, Internal Combustion Engines, ATS Surabaya Trommelmans, 1993, Mesin Diesel dan Prinsip-prinsip Mesin Diesel unutk Otomotif, PT Rosda Jayaputra, Jakarta Toyota Astra Motor, 1993, Pedoman Reparasi Mesin Seri 14B Toyota, PT Toyota Astra Motor, Jakarta Wiranto Arismunandar, 1994, Penggerak Mula, Motor Bakar, ITB Bandung Wiranto Arismunandar, Koichi Tsuda, 1993, Motor Diesel Putaran Tinggi, PT Pratnya Paramita, jakarta Ulrich , Bangun.SA, 1994, Sistem Bahan Bahan Bakar Diesel VEDC Malang J.Spuller, Bangun.SA, Ismanto, 1992 Motor Diesel VEDC Malang
66
