Modul: Pengujian Motor Bensin
PENGUJIAN MOTOR BENSIN
1. TUJUAN
Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dan karakteristik motor bensin.
Untuk memahami pengujian dan evaluasi parameter prestasi motor bensin
2. PRINSIP KERJA DAN PARAMETER PRESTASI MESIN
Motor bensin yang digunakan sebagai penggerak tenaga termal pembakaran bekerja berdasarkan siklus Otto. Siklus Otto yang ideal memiliki tahapan-tahapan antara lain: langkah isap (proses tekanan konstan), langkah kompresi (isentropik), pembakaran (pemasukan kalor pada volume konstan), langkah kerja (isentropik), proses pembuangan (pengeluaran kalor pada volume konstan), dan langkah buang (tekanan konstan). Motor bensin sering pula disebut sebagai Spark Ignition Engine, karena penyalaan bahan bakarnya menggunakan loncatan bunga api listrik yang dihasilkan oleh busi. Hal ini yang membedakan prinsip kerja antara motor bensin dengan motor diesel. Komponen lainnya yang cukup penting pada motor bensin adalah karburator yang memiliki fungsi sebagai tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terisap masuk ke dalam karburator. Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah: 9
Daya poros ( N p).
9
Tekanan efektif rata-rata ( pe), efisiensi termal ( ηt ), dan efisiensi volumetrik ( ηv).
9
Pemakaian bahan bakar (m ( m f ) dan pemakaian bahan bakar spesifik ( B ( Be).
9
Perbandingan bahan bakar udara (AFR). Untuk berbagai kondisi operasi, nilai parameter prestasi tersebut akan bervariasi
nilainya. Dengan variasi kondisi operasi nilai paramter juga akan bervariasi. Dari dat a-data ini, karakteristik motor bakar dapat digambarkan. Variabel-variabel operasi yang dapat digunakan dalam pengujian ini adalah: 9
Putaran, n [rpm]
9
Beban (momen puntir), T [Nm] T [Nm]
9
Katup gas
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
45
Modul: Pengujian Motor Bensin 3. INSTALASI PENGUJIAN
Instalasi pengujian yang digunakan dalam pengujian ini diperlihatkan pada Gambar 1. Gambar lebih detail komponen-komponen motor bakar itu ditunjukkan pada Gambar 2 dan langkah kerja yang lebih aktual dari siklus kerjanya diberikan pada Gambar 3.
Gambar 1. Instalasi Pengujian Motor Bensin Spesifikasi motor bensin yang digunakan pada pengujian ini adalah: Pabrik
: Toyota Motor, Japan
Type
: 7 - KE
Jenis
: Motor Bensin, 4 silinder sebaris, 4 langkah, 2 katup per silinder, cam di tengah dilengkapi push-rod dan hidraulik filter.
Dia. silinder
: 80,5 mm
Langkah torak
: 87,5 mm
Vol langkah torak
: 1781 cc
Rasio kompresi
: 9:1
Firing order
: 1–3–4–2
Daya maksimum
: 84 PS pada 4800 rpm
Torsi Maksimum
: 14,6 kgm pada 2800 rpm
Suplai bahan bakar
: Electronics Fuel Injection
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
46
Modul: Pengujian Motor Bensin Sistem Pendinginan
: Air, dengan pompa listrik
Sistem Bahan Bakar : Pompa sirkulasi, dengan pendingin air 2
Tekanan
: 240 s/d 275 kN/m ( 35 s/d 40 lbs/in )
Bahan Bakar
: Premium Pertamina
Gambar 2. Komponen Utama Motor Bakar
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
47
Gambar 3. Siklus Sebenarnya
Modul: Pengujian Motor Bensin
Gambar 4. Skematik Peralatan Pengujian
Gambar 5. Prinsip Kerja Pengukuran Dinamometer
4. PROSEDUR PENGUJIAN
Persiapan sebelum pengujian a. Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar, jika kurang harus ditambah. b. Periksa minyak pelumas, tambah bila kurang. c. Air pendingin yang bersih perlu dialirkan ke dalam dinamometer, blok mesin, pendingin pelumas dan gas kalorimeter. Buka penuh katup aliran air pendingin minyak pelumas. Katup penambah air pendingin harus diatur selama pengujian o
untuk mempertahankan temperatur air pendingin antara 70 hingga 75 C. Katup Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
48
Modul: Pengujian Motor Bensin aliran air pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur sehingga temperatur minyak pelumas 80 oC.
Prosedur menjalankan dan mematikan motor bakar seperti yang diberikan oleh asis ten. Pengujian dapat dilakukan dengan metode: a. beban berubah-ubah, katup gas konstan b. beban dan katup gas berubah-ubah, putaran konstan
Untuk tiap kondisi operasi, parameter pengukuran meliputi: •
Momen putar
•
Pemakaian bahan bakar
•
Perbedaan tekanan udara pada orifice
•
Temperatur air pendingin masuk motor
•
Temperatur pendingin keluar motor
•
Laju aliran air pendingin motor
5. METODE PERHITUNGAN
Parameter prestasi motor bensin dihitung dengan memanfaatkan persamaan-persamaan yang diberikan berikut:
Daya poros efektif N e
=
N e
=
T ω
T ⋅ n 9549,305
(kW)
T = momen putar n = putaran motor (rpm)
Tekanan efektif rata-rata p e
=
p e
=
Kerja per siklus volume langkah torak
N e (V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a
60 ⋅ 10 6 (kPa) 3
V 1 = volume langkah torak (cm ) = jumlah silinder
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
49
Modul: Pengujian Motor Bensin a
= jumlah siklus per putaran
Laju pemakaian bahan bakar 50
=
t
= waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 50 cm (detik)
ρ b
= massa jenis bensin, 0,7329 g/cm
t
⋅ ρ b ⋅ 3,6
(kg/jam)
&b m
3
3
Pemakaian bahan bakar spesifik Be
=
&b m
(kg/kW-jam)
N e
Laju aliran massa udara &u m
=
Δ p or
Δ p or . p u
4,5 ⋅10 − 6 ⋅ 3600 ⋅ D 2
T u
(kg/jam)
= beda tekanan pada orifice (mm H2O)
p u
= tekanan udara luar (cm Hg)
T u
= temperatur udara luar (K)
D = Diameter orifice, 55 cm
Perbandingan udara bahan bakar AFR =
&u m &b m
Efisiensi volumetrik
Efisiensi volumetrik adalah perbandingan antara laju aliran massa udara sebenarnya dengan laju aliran massa udara ideal. η v =
&u m & iu m
100 (%)
Laju massa aliran udara ideal yang diperoleh dari rumus berikut:
(kg/jam)
=
ρ u
= massa jenis udara ideal
ρ u =
(V 1 ⋅ z ) ⋅ n ⋅ a ⋅ ρ u
60
& iu m
4,6446 ⋅10 −3
⋅
1000
p u (cmHg) T (K )
Efisiensi termal η t =
N e
& b ⋅ LHV m
⋅ 3,6 ⋅10
5
(%)
LHV bensin = 42697 kJ/kg
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
50
Modul: Pengujian Motor Bensin Neraca Energi
Energi masuk E in
=
mb ⋅ LHV 3600
(kW)
Energi keluar E out = N e + E ap E ap
E loss
= ρ a ⋅
Q 3600
+
E loss (kW)
⋅ C a ⋅ ΔT a
= E in − ( N e +
(kW)
E ap ) (kW)
5. TUGAS
a. Hitung seluruh parameter prestasi pada pengujian ini b. Gambarkan parameter prestasi tersebut terhadap putaran motor c. Gambarkan grafik neraca energi d. Berikan analisis dan kesimpulan terhadap hasil
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
51
TABEL DATA PENGAMATAN MOTOR BENSIN
Kelompok : Tanggal :
No.
Temperatur Lingkungan : Tekanan Udara Lingkungan : Bahan Bakar :
Putaran
Beban
(rpm)
(Nm/kg)
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
Air Pendingin Mesin o
T in ( C)
o
T out ( C)
52
Q (lt/s)
Bahan Bakar per 50 cc (s)
∆ p
Udara
(mm H2O)
o
C mm Bar
T gas Buang o
( C)
Program Studi Teknik Mesin FTMD ITB
53
