V.
5.1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
DYNAMOMETER TIPE REM CAKERAM HASIL RANCANGAN Dynamometer adalah alat untuk mengukur gaya dan torsi. Dengan torsi dan putaran yang dihasilkan sebuah mesin dapat dihitung kekuatan atau daya dari sebuah mesin tersebut. Dynamometer tipe rem cakeram ini dibuat menggunakan kompenen-komponen kendaraan roda dua. Dynamometer hasil rancangan ini mempunyai beberapa bagian penting seperti rantai dan sproket, piringan cakeram dan rem cakeramnya, lengan pada dynamometer, serta rangka dynamometer. Rantai dan sproket berfungsi sebagai penyalur daya dari mesin uji ke dynamometer, ukuran rantai yang digunakan adalah 50, ukuran sproket kecil yang menempel pada roda gila pada mesin uji memiliki jumlah gigi 13 sedangkan pada dynamometer 43 jadi perbandingannya adalah 1 : 3,3. Pengereman dilakukan menggunakan rem cakeram yang mana memiliki daya cengkram yang baik, rem cakeram ini menggunakan piringan yang memiliki diameter 23,5 cm yang banyak terdapat dipasaran. Jika dilihat dari perhitungan pada lampiran 16 rem cakeram yang digunakan ini sbenarnya tidak maksimal karena hanya dapat mengerem mesin dengan daya maksimum 5,85 kW sedangkan mesin yang diuji mempunyai daya maksimum 6,3 kW, jadi data yang didapat kurang optimal tetapi masih dapat digunakan. Sistem pengereman ini di modifikasi dengan tidak memakai pedal melainkan menggunakan mur pada pegas penekan. Pengereman dilakukan dengan cara memutar mur tersebut sehingga pegas penekan mendapat tekanan. Ini dilakukan agar pengeraman dapat berlangsung perlahan agar data yang didapat lebih baik. Pengereman dilakukan samapai mesin uji mati atau berhenti maka akan didapat torsi maksimum. Lengan yang terdapat pada dynamometer berfungsi sebagai peyalur beban yang didapat mesin uji pada saat pengereman berlangsung. Pada ujung lengan ini di gantung sebuah load cell yang akan mengukur beban tarik yang di rekam oleh handy strain yang berguna membaca beban yang didapat dalam satuan S. Rangka dynamometer di desain untuk menopang dynamometer dan mesin uji. Rangka dynamometer seluruhnya di buat menggunakan besi UNP dengan tebal 5 mm, Ketinggian rangka disesuaikan dengan postur tubuh rata-rata manusia untuk memudahkan dalam proses penghidupan mesin, sehingga lebih ergonomis yaitu 70 cm, lebar 70 cm dan panjang 150 cm. pada ujung lengan di buat juga dudukan untuk load cell dengan tinggi 50 cm. Selain itu pada dudukan untuk poros dynamometer di pasang pillow block dengan diameter 19 mm sebagai dudukan poros. Pada rantai di pasang dudukan untuk pengencang rantai agar rantai tidak terlepas dan tetap dalam garis lurus.
1 6 2
3
4 5
7
8
Keterangan : 1. Mesin uji 2. Rem cakeram 3. Lengan
9
10
4. Pegas penekan 7. Handy strain 10. Sproket kecil 5. Tuas beban 8. Sproket besar 6. Load cell 9. Rantai Gambar 15. Dynamometer tipe rem cakeram
Gambar 16. Dudukan atau pengencang rantai
Kontrol panas yang digunakan pada penelitian ini memang belum dibuat sempurna yakni menggunakan kipas angin yang ditempelkan atau dipasang di dekat rem cakeram. Sebelumnya ketika di rem, piringan mengeluarkan asap karena gaya gesek yang tinggi diantara kanvas dan piringan. Penggunaan kipas angin bertujuan untuk mengurangi panas yang terdapat pada rem cakeram. Selain kontrol panas kanvas pada rem juga harus sering diganti karena mudah habis, ini karena pengereman dilakukan dimulai pada saat rpm yang tinggi yaitu 2000 rpm. Jadi diperlukan penggantian kanvas agar pengereman selanjutnya mendapatkan hasil yang maksimal.
5.2.
CARA PENGOPERASIAN Sebelum dilakukan pengoperasian dynamometer hasil rancangan (dynamometer tipe rem cakeram), terlebih dahulu dilakukan beberapa persiapan untuk mempermudah pengoperasiannya. Langkah pertama yaitu pemasangan mesin pada dudukan atau rangka dynamometer. Langkah selanjutnya adalah memasang load cell pada ujung lengan dynamometer dan menyambungkannya pada handy strain untuk membaca beban yang diterima oleh enjin yang setelah itu dapat dihitung torsi dan dayanya. Sebelumnya load cell harus di kalibrasi terlebih dahulu. Proses pengkalibrasian ini diawali dengan menghubungkan load cell dengan handy strain meter. Setelah keduanya terhubung kemudian kedua benda tersebut digantungkan pada sebuah crane, untuk kemudian dilakukan pembebanan pada load cell. Pada masing-masing pembebanan yang diberikan, nilai yang terbaca pada handy strain meter dicatat sebagai ukuran besarnya regangan yang terjadi. Hasil yang didapat dijadikan sebuah grafik hubungan antara besarnya regangan terhadap pembebanan yang dilakukan. Data selengkapnya disajikan pada lampiran 14. Dari hasil kalibrasi diperoleh persamaan kalibrasinya yaitu: y = 18,90x + 17,09 dimana: y = beban tarik yang terukur (N) x = regangan (µε).
loadcell
Handy strain meter
Gambar 17. Instrumen pengukur pembebanan Setelah proses kalibrasi selesai maka load cell dan handy strain ini dapat digunakan untuk membantu kinerja dari dynamometer dengan cara meggantungkan load cell pada ujung
lengan dynamometer. Cara penggunaan dynamometer tipe rem cakeram ini dibagi menjadi dua tahap yaitu: a. Tahap persiapan 1. Mesin dihidupkan terlebih dahulu 2. Putaran mesin diatur hingga menunjukan angka 2000 rpm pada tachometer 3. Handy strain dihidupkan, kemudian diatur hingga menunjukan angka 0 b. Tahap pengujian 1. Pengereman dilakukan dengan cara tuas beban diputar satu putaran searah jarum jam 2. Putaran mesin dibaca menggunakan tachometer dan dicatat 3. Beban yang di dapat di baca pada handy strain dan dicatat 4. Langkah 1 s.d 3 diulang terus menerus hingga mesin mati. Setelah data di dapat maka dapat dilakukan perhitungan torsi mesin dan daya dari mesin tersebut. .
5.3.
PENGUJIAN KINERJA Pengujian kinerja ini dilakukan dengan menggunakan motor penggerak dari traktor tangan Yanmar Bromo DX dengan dua jenis minyak sebagai perbandingan kinerja dari penggunaan dynamometer yaitu minyak solar dan minyak nyamplung.
5.3.1. Minyak Solar
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1000
2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 0 1200
TORSI (Nm)
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE DAYA (kW)
Gambar18. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji 1
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
Hasil penghitungan besarnya torsi dan daya pada mesin dengan menggunakan bahan bakar solar dapat dilihat pada lampiran. Secara grafik hasil pengujian kinerja terhadap motor diesel dapat dilihat pada gambar. Dari gambar hasil pengujian kinerja dynamometer pada ulangan ke 1 dapat dilihat daya maksimum yang dihasilkan adalah 6,01 kW dan didapat pada saat torsi sebesar 43,8 N.m dan RPM sebesar 1310.
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1000
2 2 2 1 1 1 1 1 0 0 0 1200
1400
1600
1800
2000
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
Dari Gambar 18 dapat dilihat bahwa torsi naik mengikuti turunnya RPM karena pengereman. Kenaikan torsi terjadi sangat tinggi sampai pada tingkat RPM 1310 dan pada saat itulah enjin berhenti. Pada saat enjin sesaat sebelum berhenti atau mati maka didapatkan torsi maksimum sebesar 43,8 Nm pada saat RPM sebesar 1310. Pada saat pengereman maksimum inilah daya yang terbaca adalah daya maksimum. Selain itu dari Gambar 18 juga dapat dilihat kenaikan daya yang sangat tinggi serupa dengan torsi. Daya maksimum sebesar 6,01 kW didapat pada saat RPM mencapai nilai 1310. Kemudian mesin kehilangan daya dan mati.
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 19. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji 2 Dari Gambar 19 dapat dilihat bahwa pengujian daya mesin dengan menggunakan bahan bakar solar yang kedua didapatkan daya maksimum sebesar 5,96 kW pada saat putaran engine berada pada titik 1300 seperti dapat dilihat pada Gambar. Setelah mencapai titik ini daya dari mesin hilang seperti pada pengujian sebelumnya. Torsi maksimum yang diperoleh dari pengujian kedua adalah sebesar 43,8 N.m pada titik RPM 1300. Setelah mendapatkan torsi maksimum mesin langsung mati. Pada pengujian daya dari mesin dengan menggunakan bahan bakar solar ketiga didapatkan daya maksimum sebesar 5,89 kW pada saat mesin berputar pada tingkat kecepatan 1500 RPM. Torsi maksimum diperoleh pada tingkat kecepatan 1330 RPM dengan nilai 40,65 N.m.
1000
7 6 5 4 3 2
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
1 0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 20. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji 3 Dari data tiga kali pengujian menggunakan bahan bakar minyak solar dapat dilihat daya maksimum didapat pada uji 1 yaitu 6,01 kW pada RPM 1310. Dan torsi maksimumnya adalah 43,8 Nm. Rata-rata konsumsi bahan bakar solar pada tiga kali pengulangan adalah 0,05 cc/s.kW. data ini didapat pada saat memulai pengujian dan diakhiri pada saat mesin berhenti. Dari ketiga pengujian dengan menggunakan bahan bakar minyak solar, data-data pengujian dirangkum dan disajikan pada satu grafik untuk melihat kinerja mesin. Grafik tersebut dapat dilihat pada gambar. Dari grafik kombinasi ketiga pengujian pada Gambar 21 kita dapat melihat daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh motor diesel. Dari data ini daya maksimum didapatkan pada saat enjin berada pada tingkat kecepatan 1310 RPM, yaitu sebesar 6,01 kW. Pada titik ini terjadi pengereman maksimum oleh dynamometer. Sedangkan torsi maksimum yang dihasilkan oleh engine ini adalah sebesar 43,8 N.m pada titik RPM 1300.
1000
7 6 5 4 3
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
2 1 0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 21. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar gabungan Data-data yang didapat pada dynamometer tipe rem cakeram ini jika dibandingkan dengan penggunaan dynamometer tipe water brake unutk menguji motor bakar diesel stasioner 8,5 HP juga teteapi dengan tipe yang berbeda yaitu Karapan PD 850 menggunakan bahan bakar solar pada penelitian sebelumnya (Fatiha,2009) terlihat perbedaan pada grafik yang dihasilkan seperti yang terlihat di bawah ini. Dari gambar pengujian 1 dapat dilihat daya maksimum yang dihasilkan adalah 6.5 kW dan didapat pada saat torsi sebesar 66.8 N.m dan RPM sebesar 1994.
90
7
80
6 5
60
50
4
40
3
30
2
20 1
10 0
0 0
500
1000
1500
2000
2500
RPM ENGINE TORSI (N.m)
DAYA (kW)
Gambar 22. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji1
Daya (kW)
Torsi (N.m)
70
Dari grafik dapat dilihat torsi naik mengikuti turunnya RPM karena pengereman. Kenaikan torsi terjadi sangat tinggi sampai pada tingkat RPM 2000. Setelah melewati titik ini tidak terjadi perubahan torsi dengan jumlah besar. Setelah mencapai torsi maksimum yaitu 66.8 N.m pada saat RPM sebesar 1726, nilai torsi bergerak turun secara perlahan. Kenaikan torsi secara tajam menunjukkan bahwa ketika torsi naik dengan tajam maka pengereman berlangsung dengan cepat, ini berarti pengereman dari titik nol mencapai pengereman maksimum. Pada saat pengereman maksimum inilah daya yang terbaca adalah daya maksimum. Dari gambar 22 juga dapat dilihat kenaikan daya yang sangat tinggi serupa dengan torsi. Daya maksimum sebesar 6.5 kW didapat pada saat RPM mencapai nilai 1994. Daya dari mesin kemudian menurun secara perlahan. Penurunan daya lebih besar dengan penurunan RPM bila dibandingkan dengan penurunan torsi. Penurunan daya disebabkan oleh semakin banyak daya yang hilang dalam bentuk panas sehingga kemampuan traktor untuk mengatasi beban akan berkurang. 90
7
80
6 5
60 50
4
40
3
30
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
70
2
20 1
10 0
0 0
500
1000
1500
2000
2500
RPM ENGINE TORSI (N.m)
DAYA (kW)
Gambar 23. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji 2 Dari grafik pengujian daya engine dengan menggunakan bahan bakar solar yang kedua didapatkan daya maksimum sebesar 6.3 kW pada saat putaran engine berada pada titik 1929 seperti dapat dilihat pada Gambar 23. Setelah mencapai titik ini daya dari mesin menurun seperti pada pengujian sebelumnya. Torsi maksimum yang diperoleh dari pengujian kedua adalah sebesar 76.4 N.m pada titik RPM 1554. Setelah mencapai torsi maksimum torsi berkurang secara perlahan. Pada pengujian daya dari engine dengan menggunakan bahan bakar solar ketiga didapatkan daya maksimum sebesar 5.8 kW pada saat engine berputar pada tingkat kecepatan 1908 RPM. Pada tingkat kecepatan berikutnya daya menurun sampai mencapai titik 2.8 kW pada tingkat kecepatan 958 RPM. Bila pemberian beban dilanjutkan sehingga engine mencapai kecepatan dibawah 958 RPM maka engine akan berhenti. Torsi maksimum
diperoleh pada tingkat kecepatan 1237 RPM dengan nilai 74 N.m. Grafik prestasi dari pengujian 3 dengan menggunakan bahan bakar solar dapat dilihat pada gambar 24. 90
7
80
6 5
60
50
4
40
3
30
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
70
2
20 10
1
0
0 0
500
1000
1500
2000
2500
RPM ENGINE TORSI (N.m)
DAYA (kW)
Gambar 24. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar uji 3 Dari ketiga pengujian dengan menggunakan bahan bakar minyak solar, data-data pengujian dirangkum dan disajikan pada satu grafik untuk melihat kinerja mesin. Grafik tersebut dapat dilihat pada gambar. Dari grafik kombinasi ketiga pengujian pada Gambar 24 kita dapat melihat daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh motor diesel. Dari data ini daya maksimum didapatkan pada saat engine berada pada tingkat kecepatan 1994 RPM, yaitu sebesar 6.5kW. Pada titik ini terjadi pengereman maksimum oleh dynamometer. Pada tingkat kecepatan di bawah 1994 RPM, daya terus menurun karena hilang dalam bentuk panas. Sedangkan torsi maksimum yang dihasilkan oleh engine ini adalah sebesar 76.4 N.m pada titik RPM 1554.
90
7
80
6 5
60
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
70 50
4
40
3
30
2
20 10
1
0
0 0
500
1000
1500
2000
2500
RPM ENGINE TORSI (N.m)
DAYA (kW)
Gambar 25. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar solar kombinasi Jika dibandingkan maka akan terlihat perbedaan pada grafik dimana hasil pada penggunaan dynamometer tipe rem cakeram ini tidak didapat data daya setelah daya maksimum dibandingkan dengan penggunaan dynamometer tipe water brake yang mendapatkan data daya maupun torsi setelah didapat daya atau torsi maksimum dikarenakan pada pengereman maksimum motor yang diuji tidak mati perlahan melainkan langsung mati.
5.3.2. Minyak Nyamplung Penghitungan kinerja motor diesel dengan menggunakan bahan bakar minyak nyamplung dapat dilihat pada lampiran. Sedangkan grafik pengujian engine dengan bahan bakar minyak nyamplung dapat dilihat pada grafik. Dari Gambar 26 pengujian kinerja mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar minyak nyamplung dapat dilihat daya maksimum yang dihasilkan adalah 4,56 kW dan didapat pada saat torsi sebesar 31,2 N.m pada tingkat kecepatan RPM sebesar 1397. Seperti pada grafik kinerja bahan bakar solar dapat dilihat torsi naik mengikuti turunnya RPM karena pengereman. Torsi maksimum yang didapat adalah 34,35 Nm pada saat RPM 1211 setelah itu masin langsung berhenti atau mati.
40
6
35
5 4
25 20
3
15
2
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
30
10 1
5 0
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 26. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak nyamplung netralis uji 1 Pada pengukuran kedua didapatkan daya maksimum sebesar 4,77 kW pada saat RPM sebesar 1327. Torsi maksimum yang didapat pada pengujian dua ini adalah 34,35 Nm pada saat RPM 1327. Seperti pada pengujian pertama mesin mati setelah mencapai titikmaksimumnya. Setelah melewati titik ini mesin mati dan pengukuran berhenti.
40
6
35
5 4
25 20
3
15
2
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
30
10 1
5 0 1000
0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 27. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak nyamplung uji 2 Dari pengukuran ketiga didapatkan daya maksimum sebesar 5,05 kW pada saat RPM sebesar 1287. Pada pengukuran kali ini daya maksimum dicapai saat torsi berada pada titik maksimum yaitu 37,5 N.m. Torsi berhenti atau tidak dapat di baca lagi setelah mencapai titik maksimumnya.
40
6
35
5 4
25 20
3
15
2
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
30
10 1
5 0
0
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 28. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak nyamplung uji 3 Dari ketiga pengujian dengan menggunakan bahan bakar minyak nyamplung pada mesin diesel, data-data pengujian dirangkum. Data disajikan pada satu grafik untuk melihat kinerja mesin diesel saat menggunakan bahan bakar minyak nyamplung. Grafik tersebut dapat dilihat pada gambar.
40
6
35
5 4
25 20
3
15
2
DAYA (kW)
TORSI (N.m)
30
10 1
5 0 1000
0 1200
1400
1600
1800
2000
2200
RPM ENGINE TORSI (Nm)
DAYA (kW)
Gambar 29. Grafik prestasi motor diesel berbahan bakar minyak nyamplung gabungan
Grafik kombinasi ketiga pengujian menunjukkan daya maksimum sebesar 5,05 kW yang dapat dihasilkan oleh motor diesel dengan menggunakan minyak nyamplung. Daya maksimum didapatkan pada saat engine berada pada tingkat kecepatan 1287 RPM dan torsi sebesar 37,5 N.m. Dari pengujian kinerja mesin dengan menggunakan bahan bakar solar dan minyak nyamplung dapat dibuat sebuat tabel perbandingan. Dari tabel ini kita dapat melihat bahwa
torsi dan daya maksimum yang dihasilkan dari penggunaan bahan bakar minyak nyamplung pada engine ternyata tidak berbeda jauh dari penggunaan bahan bakar solar. Penurunan daya maksimum yang terjadi adalah 19,4%. Sedangkan torsi maksimum turun sebesar 17%. Rata-rata konsumsi bahan bakar nyamplung pada tiga kali pengulangan adalah 0,02 cc/s.kW. data ini didapat pada saat memulai pengujian dan diakhiri pada saat mesin berhenti. Tabel 3. Perbedaan daya poros mesin berbahan bakar solar dan minyak nyamplung Solar Minyak nyamplung Torsi maksimum (N.m) 43,8 37,5 Daya maksimum (kW) RPM saat daya maks. Konsumsi bahan bakar (cc/s.kW)
6,01 1310 0,05
5,05 1287 0,02
