LAPORAN PRAKTIKUM MESIN THERMAL MOTOR BENSIN
ALI MUTASHIM A. 101711003 1-A
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK KONVERSI ENERGI JURUSAN TEKNIK KONVERSI ENERGI POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2011
MOTOR BENSIN I. TUJUAN a) Memahami prosedur (tata tertib) operasi Motor bensin. b) Melakukan pengamatan, pendataan operasi Motor bensin. c) Pengujian konsumsi bahan bakar pada Motor bensin. d) Pengujian Performance Motor bensin.
II. DASAR TEORI
Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis. Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran
udara
dan
bakar
tersebut
akan
terbakar
dengan
sendirinya.
Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut EFI Energi termal diubah menjadi kerja mesin dengan uraian singkat berikut ini :
o
o
Bagian posisi torak pada 60 engkol (de) setelah TMA X=R cos 60 ; o
cos 60 =0,5 ;jadi X=0,5R 2
2
Vx = phi/4 D X=phi/ 4 D 0,5 R =0,25 VL 1. Menghitung besarnya energi termal yang diberikan oleh hasil pembakaran bahan
bakar, yaitu
menggunakan persamaan: Ebb = m f . Nkb =
f .
Vf . Nkb
Dimana: Ebb = Energi temal yang diberikan oleh pembakaran bahan bakar [kJ/s = kW] mf = laju aliran massa bahan bakar [kg/s] =
f .
Vf
Vf = laju aliran volume bahan bakar = V/t [ 50 ml/t s atau 100ml/t s]; 3
f
= massa jenis bahan bakar [kg/m ];
Nkb = nilai kalor bawah bahan bakar [kJ/kg bb]; 2. Sebagian saja dari energi termal yang diubah menjadi daya poros efektif (Ne) Ne = Ps = Pe 2
rata-rata. /4 D . L . n/60 . Z . a [KJ/s = kW] atau kerja yang T1 diteruskan = 2 n/60.T. Di mana: Ps = Ne = Daya poros efektif [kJ/s = kW]; Pe = tekanan indikator efektif rata – rata [Pa]; D = Diameter silinder [m]; L = Panjang langkah torak (jarak TMA-TMB) [m] n = jumlah putaran engkol tiap menit [rpm] Z = Banyaknya silinder mesin a = banyaknya (jumlah) pembakaran bahan bakar tiap putaran engkol T = Momen putar (torsi) [Nm]
3. Sebagian besar energi termal diantaranya : keluar dari silinder bersama – sama gas buang saat katup keluar (buang) membuka (posisi
480 derajat engkol), gambar 5.3.2.2 diserap air pendingin (fluida pendingin)
termasuk minyak pelumas dan sisanya terradiasi (memancar) melalui dinding-dinding silinder/blok silinder. Untuk mengetahui besarnya energi tersebut, perlu dilakukan pendataan/pengukuran. Dari data ukur ini dapat dihitung laju aliran massa air pendingin mesin (coolant) menggunakan persamaan sebagai berikut: mpd =
pd .
Vpd =
pd .
2
/4 . d . C =
pd .
2
/4 . d . C . Z . E . .
(2 . g
Dimana : mpd
= Laju aliran massa air pendingin [kg/s] d
Diameter orifice [m] = 19,9 . 10
-3
[m] C
=
= Koefisien dasar
orifice = 0,61 Z
= Faktor koreksi saluran dan bilangan reynold = 1
E
= Faktor pendekatan kecepatan = 1/(1-m ) . m = d/D D = Diameter
2
pipa/saluran = 38,8 [mm] d
= Diameter orifice = 19,9 [mm]
m
= 19,9/38,8 = 0,5129; m2 = 0,2631; E = 1,537 = Kekentalan edd y (eddy viscocity) =0,95 g
=
2
Percepatan grafitasi [m/s ] h
= Selisih tinggi tekanan [m]
fk
= Massa jenis fluida kerja pada manometer = sg X massa jenis air
hg
= 13,6 x 1000 = 13600 [kg/m ]
3
p
= Selisih tekanan [mm Hg]
p/ fk . g)
mpd
-3 2
= 1000 . 0,785 . (19,9 . 10 ) 1/13600.
. 0,61 .1 .1,357 . 0,95 .
(105/760) .
p
-6
= 785 . 396,01 .10 . 0,7864 . 1,4142 . 11,47 . 8,575 . 10 = 0,034 .
2 .
-3
.
p
p [kg/s]
Energi termal yang diserap air pendingin dihitung menggunakan persamaan: E pd = mpd . Cp . t Energi termal yang diserap minyak pelumas : Energi termal yang diserap minyak pelumas sama dengan energi termal yang diteruskan ke air pendingin minyak pelumas, yaitu : Ep= mp . Cpp .
t = Epp – Epd
Dimana : Ep = Energi termal yang diserap minyak pelumas [kJ/s = kW] mp = Laju aliran massa minyak pelumas [kJ/s] C pp = Panas jenis o
minyak pelumas [kJ/kg C] o
t = Selisih temperatur minyak pelumas masuk dan keluar mesin [ C] 4. Untuk membakar bahan bakar diperlukan sejumlah o ksigen yang diambil dari udara atmosfer sekitar. Keperluan udara tersebut dapat diukur dengan menggunakan Orificemeter atau Anemometer. Dari hasil pengukuran, data diolah dengan menggunakan persamaan-persamaan sebagai berikut : a. Perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) Perbandingan udara dengan bahan bakar adalah sejumlah udara yang dibutuhkan untuk pembakaran bahan bakar dengan jumlah bahan bakar yang akan dibakar. Perbandingan tersebut bertujuan agar pembakaran bahan bakar dapat berlangsung sempurna, adapun persamaannya dapat ditulis sebagai berikut : AFR = mu /mf Dimana : AFR = Air Fuel Ratio = perbandingan udara dengan bahan bakar mu aliran massa udara [kg/s] mf
= laju aliran massa bahan bakar [kg/s]
= laju
b. Lambda (
)
Untuk membandingkan antara penggunaan udara kondisi nyata dengan penggunaan udara kondisi teori Stoichiometric, dirumuskan dalam perhitungan yang disebut dengan istilah lambda, yaitu sebagai berikut : Jumlah udara sebenarnya Jumlah udara teri stoichiometric Laju aliran massa udara bila diukur menggunakan orificemeter dan manometer tabung selisih tekanan, hasil pengukurannya dihitung menggunakan persamaan : mu
ȡ u . ʌ /4. d 2 .C
ȡ u . Vu
2 u.
/ 4. d . C . Z . E . .
2.g p /
fk
.g
Dimana : mu
= Laju aliran massa udara [kg/s]
d
= Diameter orifice [m] = 49 . 10 [m] C =
-3
Koefisien dasar orifice = 0,61 Z
= Faktor koreksi saluran dan bilangan reynold = 1
E
= Faktor pendekatan kecepatan = 1/(1-m ), m = d/D = 0 ; E = 1
2
= Kekentalan Eddy (Eddy Viscocity) = 0,955 g = 2
Percepatan gravitasi [m/s ] h
= Selisih tinggi tekan ȡ fk
[m]
= Massa jenis fluida kerja pada manometer = sg X massa jenis air
p
= Selisih tekanan
[mm fluida kerja manometer] -3 2
mu = 1,15.0,785 .(49 . 10 ) .0,61 .1.0,955.1. 2 . ( mu
-3
= 5,534 . 10 .
fk / Hg
5
(10 /760).
p
p (untuk dluida kerja manometer H2O)
5. Pemakaian bahan bakar spesifik. Pemakaian bahan bakar spesifik yaitu penggunaan sejumlah bahan bakar setiap j am dibandingkan dengan daya yang dihasilkan (daya poros yang dibangkitkan). Adapun persamaannya sebagai berikut : Be = mf /Ps Dimana : Be
= pemakaian bahan bakar spesifik [kg/kW.jam]
mf
= laju penggunaan bahan bakar [kg/jam] Ps
= Daya
poros yang dibangkitkan [kW] 6. Efisiensi termal Efisiensi termal yaitu perbandingan
antara besarnya energi termal yang diubah menjadi daya
poros dengan besarnya energi termal yang diberikan oleh bahan bakar. Adapun persamaannya sebagai berikut : t
= Ps / Nkb
Dimana :
t
= Efisiensi termal
Ps = Daya poros [kW] Nkb = Nilai kalor bawah yang diberikan oleh pembakaran bahan bakar [kJ/kg] 7. Pemanfaatan energi gas buang Energi gas buang dapat dimanfaatkan diantaranya untuk memanaskan air pada tabung kalorimeter, menggerakkan turbin gas Turbocarjer. Persamaan Energi : energi termal yang dilepas gas buang = energi termal yang diterima oleh air kalorimeter. (Egbdl = Eak dt m) mgb.Cpgb.(T1 - T3) = mkm.Cpa(T4 - T3)
III. PERALATAN PRAKTIKUM Untuk melaksanakan kegiatan prakikum ini, alat dan perlengkapan yang diperlukan adalah : a.
Satu unit motor bensin,
b.
Alat ukur uji kinerja mesin bensin ( engine test bed ).
IV. LANGKAH PENGOPERASIAN A. Persiapan Langkah-langkah persiapan operasi yang perlu disiapkan adalah sebagai berikut : 1. Mempersiapkan alat dan perlengkapan pengujian yang perlu dilakukan. 2. Mempersiapkan mesin, meliputi : Bahan bakar minimum ¾ dari isi penuh Ketinggian minyak pelumas mesin: warna minyak pelumas: bila berwarna hitam pekat harus diganti dan bila ketinggian permukaan minyak pelumas rendah perlu ditambah Ketinggian permukaan air pendingin mesin ( coolant ) kira-kira ½ isi penuh pada tangki penambah (tangki atas), jika kurang maka perlu ditambah. 3. Sistem ventilasi ruangan 4. Keadaan air di kolam menara pendingin 5. Catu daya listrik pada panel utama (MSB) B. Pengoperasian dan Pengamatan Operasikan catu daya listrik Operasikan pompa air, fan menara pendingin Atur beban pada dinamometer yaitu pada panjang lengannya sampai besar torsi pada torquemeter di panel sama dengan nol Pindahkan posisi katup bahan bakar pada posisi Run ´
´
Semua lampu indikator menyala dan siap operasi Putar kunci kontak ke arah ”start”, atur gas putaran mesin sekitar 1000 rpm: tunggu sampai mesin cukup panas ( selama 5 menit). Periksa temperatur minyak pelumas dan air pendingin yang keluar mesin: kedua-duanya jangan melebihi o
80 C. Melakukan pencatatan data operasi mesin (diatur menurut keperluan) periksa kembali data yang diperoleh,
lakukan perhitungan seperlunya, sebelum operasi mesin dihentikan. C. Menghentikan operasi mesin Untuk menghentikan operasi mesin langkah-langkahnya yaitu sebagai berikut : 1. Kurangi beban secara bertahap dan kurangi gas sehingga putaran menurun sampai batas minimum. 2. Setelah putaran minimum stabil, putar kunci kontak ke posisi
off
´
´
3. Biarkan sistem sirkulasi air menara pendingin masih beroperasi sampai kondisi temperatur mendekati minimum 4. Hentikan sirkulasi air menara pendingin dengan menghentikan operasi pompa dan fan menara pendingin 5. Hentikan catu daya listrik saklar pada posisi off ´
´
D. Memeriksa kembali perlengkapan 1. Periksa perlengkapan yang digunakan dan bersihkan seperti kondisi semula 2. Simpan kembali ke tempat semula 3. Periksa kembali catatan data pengamatan, lengkapi bila ada kekurangan
V. DATA DAN ANALISA Pengujian performance motor bensin Tanpa Beban coolant Rpm(n)
Udara(MMWG)
flow(cmHg)
(N.m)
fuel(s)
(2n/60)
P[Watt](.)
2000
2.5
27
0
1:11
209,33333
0
1800
2.0
20
0
1:21
188,4
0
1600
1.5
16
0
1:33
167,46667
0
1400
1.0
14
0
1:46:03
146,53333
0
1200
0.5
12
0
2:08:01
125,6
0
1000
0.2
10
0
2:30:07
104,66667
0
Grafik Performance Engine Tanpa Beban 1 0.8 0.6
Grafik Performance Engine Tanpa Beban
0.4 0.2 0 0
500
1000
1500
2000
2500
Beban 5 V coolant Rpm(n)
Udara(MMWG)
flow(cmHg)
(N.m)
fuel(s)
(2n/60)
P[Watt](.)
2000
3.0
27
2.52
1:06
209,33333
528
1800
2.5
22
2.52
1:10
188,4
475
1600
2.0
19
2.52
1:15
167,46667
422
1400
1.5
15
2.05
1:22:06
146,53333
300
1200
1.0
12
2.00
1:28:02
125,6
251,2
1000
0.5
10
1.70
1:51:07
104,66667
178
600
Grafik Pefrormance Engine Beban 5 v 500
400
300 Grafik Pefrormance Engine Beban 5 v
200
100
0 0
500
1000
1500
2000
2500
Beban 10 V coolant Rpm(n)
Udara(MMWG)
flow(cmHg)
m)
fuel(s)
(2n/60)
P[Watt](.)
2000
5.0
26
12.10
0:53
209,33333
2.533
1800
4.0
20
11.30
0:54
188,4
2128,92
1600
3.5
17
11.20
0:57
167,46667
1875,63
1400
2.5
14
11.00
1:05:00
146,53333
1611,83
1200
1.5
12
10.10
1:12:08
125,6
1268,56
1000
0.5
9
8.85
1:30:07
104,66667
926
Grafik Performance Beban 10 v 3,000 2,500 2,000 1,500
Grafik Performance Beban 10 v
1,000 500 0 0
500
1000
1500
2000
2500
VI. PEMBAHASAN
Pada praktikum ini, praktikan diminta agar dapat memahami prosedur penggunaan motor bensin, dapat mengoperasikan motor bensin, kemudian melakuakan pengujain bahan bakar dan performa motor bend\sin yang digunakan. Dan setelah praktikum dilaksanakan, terlihat bahwa Besar torsi sebanding dengan besar beban. Apabila beban diperbesar maka torsi akan semakin besar pula sebaliknya jika beban kecil maka torsi akan semakin kecil. Dapat dilihat juga melalui grafik bahwa, daya pada mesin berbanding lurus dengan Torsi. Jika torsi besar maka daya yang dipunyai juga besar. Selain itu, dari praktikum pun dapat diperhatikan bahwa pembebanan dapat mempengaruhi pemakaian udara. Semakin besar pembebanan maka semakin tinggi pula udara yang di pakai. Besarnya Pembebanan dan torsi berbanding lurus dengan pemakaian bahan bakar. Jika pembebanan dan torsi diperbesar maka konsumsi bahan bakar semakin banyak maka waktu untuk pembakarannya akan semakin cepat.
VII. KESIMPULAN Berdasarkan praktikum yang telah dilaksanakan, maka dapat disimpulkan:
Apabila putaran yang dihasilkan besar dengan torsi yang dihasilkan kecil maka daya poros yang dihasilkan besar begitu pula sebaliknya.
Pembebanan menyebabkan putaran yang mengecil sedangkan torsi semakin besar sehingga daya poros semakin kecil.
Apabila putaran diperbesar dapat menyebabkan peningkatan torsi pada motor bensin.
VIII. DAFTAR PUSTAKA Wiranto,A. 1996. Penggerak mula MOTOR BAKAR TORAK Bandung: ITB.
