departemen pendidikan nasionalmotorbakar.ub.ac.id/wp-content/uploads/2018/02/buku... · web...
TRANSCRIPT
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
BAB IPENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Praktikum merupakan salah satu komponen yang penting dalam proses belajar
mengajar di perguruan tinggi. Tujuan kegiatan praktikum terutama untuk memberikan
pemahaman yang lebih mendalam kepada para mahasiswa terhadap teori yang telah
diberikan dalam proses perkuliahan dikelas. Bentuknya biasanya berupa kegiatan di
laboratorium dimana para mahasiswa melakukan percobaan untuk mempraktekkan suatu
teori atau karakteristik tertentu dari materi kuliah yang telah diberikan.
Tujuan kegiatan praktikum berbeda dengan tujuan kegiatan penelitian. Walaupun
keduanya sama-sama dilaksanakan di laboratorium. Praktikum bertujuan untuk
menerapkan teori yang sudah ada dengan tujuan membantu proses belajar mengajar.
Sedangkan penelitian bertujuan untuk mendapatkan teori baru dalam rangka
pengembangan ilmu pengetahuan. Dalam program pendidikan perguruan tinggi jenjang
akademik dalam rangka mendidik calon sarjana yang menguasai ilmu pengetahuan yang
sudah ada serta mampu mengembangkan ilmu pengetahuan.
Praktikum mempunyai peranan penting, terutama untuk membantu memahami
teori, proses atau karakteristik dari berbagai fenomena dan hasil rekayasa dalam bentuk
rekayasa yang komplek sehingga sulit dipahami apabila hanya diterangkan melalui proses
perkuliahan di kelas.
Motor bakar atau internal combustion engine merupakan hasil rekayasa mekanisme
dari proses konversi energi yang sangat luas penggunaanya sampai saat ini, terutama
mesin-mesin alat transportasi, mesin-mesin pertanian dan lain lain. Motor bakar yang
digunakan sampai sekarang adalah jenis motor bakar torak (reciprocating engine) dan
mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan motor diesel
(compression ignition engine).
1.2 Tujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum motor bakar adalah :
1. Mendapatkan berbagai karakteristik kinerja (performance characteristic) dari motor
bakar melalui kegiatan pengujian di laboratorium motor bakar yang dilakukan oleh
mahasiswa yaitu :
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
a. Karakteristik kinerja torsi terhadap putaran.
b. Karakteristik kinerja daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nm)
terhadap putaran.
c. Karakteristik kinerja Mean Effective Pressure (MEP) terhadap putaran
d. Karakteristik kinerja Spesific Fuel Consumption (SFC) terhadap putaran
e. Karakteristik kinerja efisiensi indikatif (ηi), efisiensi efektif (ηe), efisiensi
volumetrik (ηv) terhadap putaran
f. Keseimbangan panas terhadap putaran
g. Karakteristik kinerja kandungan CO, CO2, O2, dan N2 dalam gas buang terhadap
putaran.
2. Evaluasi data karakteristik kinerja tersebut dengan membandingkannya dengan
karakteristik kinerja yang bersesuaian yang ada dalam buku referensi.
3. Menggambarkan diagram Sankey, yaitu diagram yang menggambarkan keseimbangan
panas yang terjadi pada proses pembakaran pada motor bakar.
4. Mengetahui pembakaran sempurna atau tidak yang ditunjukkan dengan emisi gas
buang berupa karbon monoksida.
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
BAB IITINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Motor Kalor
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………..
2.1.1 Motor Bakar Torak
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………
A. Motor Bakar 4 Langkah
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………..
B. Motor Bakar 2 Langkah
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………..
2.2.1 Siklus Otto
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………………..
2.2.2 Siklus Diesel
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
……………..
2.2.3 Siklus Trinkler
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………
2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Karakteristik kinerja motor bakar adalah bentuk hubungan antar masing-masing
variabel indicator kinerja terhadap variabel indicator operasional suatu motor bakar
didapatkan dengan cara pengujian laboratorium dari mesin yang bersangkutan. Data yang
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
digunakan untuk menggambarkan bentuk hubungan antara variabel tersebut dapat berasal
dari pengukuran langsung selama pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur.
2.3.1 Indikator Kerja dan Indikator Operasional Motor Bakar
Beberapa indikator kinerja motor bakar yang biasa digunakan untuk mengetahui
kinerja suatu motor bakar diantaranya adalah:
1. Torsi
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………
2. Daya Indikatif (Ni)
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………..
3. Daya Efektif (Ne)
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………….
4. Kehilangan Daya / Daya Mekanik (Nm)
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………
5. Mean Effective Pressure (MEP)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………
6. Efisiensi Motor Bakar terdiri dari :
a. Efisiensi Termal Indikatif
ηi =
NiQb x 632 x 100 % (2-5)
b. Efisiensi Termal Efektif
ηe =
N e
Qb x 632 x 100 % (2-6)
c. Efisiensi Mekanis
ηm =
NeNi x 100 % (2-7)
d. Efisiensi Volumetrik
ηv =
Gs . z . 60γ a .n.V d .i x 100 % (2-8)
7. Beberapa Indikator Kerja yang lain, misalnya konsumsi bahan bakar spesifik (SFC),
kandungan polutan dalam gas buang dan neraca panas. Indikator operasional motor
bakar menunjukkan kondisi operasi dimana motor bakar tersebut dioperasikan. Dua
jenis indikator operasional sebagai variabel bebas dalam pengujian karakteristik
kinerja suatu motor bakar adalah :
1) Putaran kerja mesin (rpm)
2) Beban mesin / Daya efektifnya (Ne) pada putaran kerja konstan
Pengujian motor bakar dengan putaran mesin sebagai variabel bebas digunakan
untuk mesin mesin transportasi, yang biasanya beroperasi pada putaran yang berubah
ubah. Sedangkan pengujian motor bakar dengan daya efektif sebagai variabel bebas pada
putaran konstan digunakan pada motor bakar stasioner yang biasanya beroperasi pada
putaran konstan, terutama pada mesin penggerak generator listrik.
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
2.3.2 Jenis Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Bentuk hubungan antar masing masing variabel indikator kinerja terhadap variabel,
indikator operasional suatu motor bakar didapatkan dengan cara pengujian laboratorium
dari mesin yang bersangkutan. Data yang digunakan untuk menggambarkan bentuk
hubungan antara variabel tersebut dapat berasal dari pengukuran langsung selama
pengujian, atau harus dihitung dari data yang diukur. Data seperti putaran mesin dan
temperatur dapat diukur langsung, tetapi daya, torsi, dan efisiensi dihitung berdasarkan
pengukuran terhadap parameter pembentuknya.
Pada pengujian dengan putaran mesin sebagai variabel bebas, jenis karakteristik
kinerja yang sering diperlukan adalah :
1) Daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya mekanik (Nm) terhadap putaran.
2) Torsi (T) terhadap putaran
3) Mean Efektif Pressure (MEP) terhadap putaran
4) Spesific Fuel Consumption (SFC) terhadap putaran
5) efisiensi indikatif (i) ,efesiensi efektif (e), efesiensi mekanis (m), efisiensi
volumetrik (v) terhadap putaran
6) Komposisi CO2, CO , O2 , dan N2 dalam gas buang terhadap putaran
7) keseimbangan panas terhadap putaran.
Rentang besar putaran dalam pengujian tersebut mulai dari putaran minimum
sampai melewati kondisi besar daya maksimum mesin.
2.4 Karakteristik Kinerja Motor Diesel
2.4.1 Hubungan Torsi, Spesific Fuel Consumption dan Daya Poros Spesific Fuel
Consumption terhadap Putaran.
a. Hubungan Torsi terhadap Putaran
Pada grafik ditunjukkan bahwa semakin tinggi putaran (rpm) maka torsi
semakin meningkat sampai mencapai titik maksimum pada putaran tertentu. Hal ini
disebabkan karena dibutuhkannya momen putar tinggi pada awal putaran poros
kemudian terjadi sifat kelembaman sehingga menurun pada putaran tertentu.
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Gambar 2.7 Grafik Hubungan Daya Poros, Momen Putar, dan SFC terhadap PutaranSumber: Maleev (1973, p.299)
b. Hubungan Spesific Fuel Consumption terhadap Putaran
Dari gambar 2.7 terlihat bahwa pemakaian bahan bakar yang dimaksud
adalah jumlah putaran/ jumlah sirkulasi bahan bakar yang diperlukan untuk daya
yang dihasilkan dan grafik antara spesific fuel consumption dengan putaran
cenderung mengalami penurunan. Namun setelah mencapai titik optimum kembali
mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan konsumsi bahan bakar yang cenderung
tinggi karena diperlukan daya yang besar untuk penggerak awal mesin. Pada
putaran setelah titik optimum, grafik mengalami kenaikan. Hal ini dikarenakan
pembakaran kurang sempurna sehingga daya mengalami penurunan, inilah yang
menyebabkan SFC meningkat. Selain itu dengan naiknya putaran maka daya yang
dibutuhkan semakin besar
c. Hubungan Daya Poros terhadap Putaran
Pada grafik terlihat bahwa semakin tinggi nilai putaran maka daya poros
mengalami peningkatan sampai mencapai titik maksimum (titik dimana putaran
poros lebih rendah daripada putaran dimana daya indikatornya maksimum),
kenaikkan itu menunjukkan semakin besarnya daya efektif akibat dari daya indikasi
yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar semakin besar akibat putaran yang
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
terus bertambah. Kemudian mengalami penurunan pada putaran yang lebih tinggi.
Hal ini disebabkan karena adanya gesekan antara piston dengan silinder dalam
ruang bakar, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan
bakar, generator, pompa air, katup,dsb. Dapat disimpulkan bahwa semakin besar
putaran menyebabkan gesekan yang terjadi juga besar, sehingga beban daya yang
harus ditanggumg daya indikasi semakin besar dan berpengaruh pada daya efektif
2.4.2 Hubungan Daya Indikatif, Daya Mekanis, dan MEP terhadap Putaran
Gambar 2.8 Grafik Hubungan putaran dengan daya, dan MEPSumber: Maleev (1973, p.299)
a. Hubungan Daya Mekanis terhadap Putaran
Pada grafik terlihat semakin tinggi putaran maka daya mekanis cenderung
meningkat. Tingkat kenaikan daya mekanis dibawah daya indikasi dan daya efektif.
b. Hubungan Mean Efective Pressure terhadap Putaran
Pada grafik hubungan putaran dengan MEP terlihat bahwa grafik
mengalami kenaikan seiring dengan kenaikan putaran. Tetapi setelah mencapai titik
ultimate, harga tekanan efetif rata-rata mengalami penurunan.
c. Hubungan Daya Indikatif terhadap Putaran
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Pada grafik hubungan daya indikasi dengan putaran terlihat bahwa kurva
yang awalnya naik setelah mencapi titik tertentu kurva tersebut akan cenderung
menurun. Dikarenakan semakin cepat putaran maka daya yang hilang akibat
gesekan juga semain besar sehingga menyebabkan penurunan daya indikasi.
2.5 Orsat apparatus
Orsat apparatus merupakan suatu alat yang dipergunakan untuk mengukur dan
menganalisa komposisi gas buang. Untuk itu digunakan larutan yang dapat mengikat gas
tersebut dengan kata lain gas yang diukur akan larut dalam larutan pengikat. Masing -
masing larutan tersebut adalah :
a. Larutan Kalium Hidroksida (KOH), untuk mengikat gas CO2
b. Larutan Asam Kalium Pirogalik, untuk mengikat gas O2
c. Larutan Cupro Clorid (CuCl2), untuk mengikat gas CO
Gambar 2.10 Orsat ApparatusSumber: Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brawijaya
Pada gambar di atas masing – masing tabung berisi :
I. Tabung pengukur pertama berisi larutan CuCl2
II. Tabung pengukur kedua berisi larutan asam kalium pirogalik
III. Tabung ketiga berisi larutan KOH
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
2.6 Diagram Sankey
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………
2.7 Teknologi Motor Bakar Terbaru
…………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………
2.7.1 Definisi
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………………..
2.7.2 Tujuan
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………….
2.7.3 Prinsip Kerja
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………..
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
2.7.4 Kelebihan dan Kekurangan
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………..
2.7.5 Aplikasi dan Cara Perawatan
………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
…………………………………….
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
BAB IIIMETODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Waktu dan Tempat
Waktu : ...................
Jam : ..................
Tempat : Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin Universitas Brwaijaya
3.2 Pelaksanaan Praktikum
3.2.1 Instalasi Percobaaan Motor Diesel
Peralatan praktikum yang tersedia adalah instalasi percobaan (test rig) lengkap,
yang terdiri dari :
Instalasi Percobaan Motor Diesel
Unit Motor Diesel sebagai obyek percobaan / penelitian.
Instrumen pengukur berbagai variabel yang diperlukan (barometer, higrometer,
aeorometer, orsat apparatus).
Peralatan bantu seperti instalasi air pendingin dan penyaluran gas buang.
Unit motor bakar yang digunakan adalah motor diesel dengan 4 silinder, dengan
spesifikasi sebagai berikut :
o Siklus : 4 langkah
o Jumlah silinder : 4
o Volume langkah torak total : 2164 cm3
o Diameter silinder : 83 mm
o Panjang langkah torak : 100 mm
o Perbandingan kompresi : 22 : 1
o Bahan bakar : Dexlite
o Pendingin : Air
o Daya Poros : 47 BHP / 3200 rpm
o Merk : Nissan, Tokyo Co.Ltd.
o Model : DWE – 47 – 50 – HS – AV
o Negara pembuat : Jepang
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Gambar 3.1 Skema Instalasi Motor DieselSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
3.2.2 Alat Ukur dan Fungsinya
Alat ukur serta fungsinya yang digunakan saat praktikum adalah sebagai berikut :
a. Orsat apparatus
Digunakan untuk mengukur dan menganalisa gas buang (%).
Gambar 3.2 Orsat apparatusSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
b. Barometer
Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfer (mmHg).
Gambar 3.3 BarometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
c. Aerometer
Digunakan untuk mengukur massa jenis bahan bakar (kg/m3).
Gambar 3.4 AerometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
d. Flash Point
Digunakan untuk mengetahui titik nyala api suatu bahan bakar (oC).
Gambar 3.5 Flash PointSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
e. Diesel Engine Test Bed
Digunakan untuk mengetahui parameter-parameter yang menunjukkan karakteristik motor bakar.
Gambar 3.6 Diesel Engine Test BedSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
f. Stopwatch
Digunakan untuk mengetahui waktu konsumsi bahan bakar (s)
Gambar 3.7 StopwatchSumber:Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
g. Hygrometer
Digunakan untuk mengukur kelembaban relatif udara (%).
Gambar 3.8 HygrometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
h. Dynamometer
Digunakan untuk mengetahui gaya pembebanan pada poros (Kg).
Gambar 3.9 DynamometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
i. Tachometer
Digunakan untuk menghitung putaran mesin (rpm)
Gambar 3.10 TachometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
j. Flowmeter air pendinginan
Digunakan untuk mengukur debit aliran air pendinginan (liter/jam).
Gambar 3.11 Flowmeter air pendinginanSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
k. Flowmeter Bahan Bakar
Digunakan untuk mengukur konsumsi bahan bakar (ml).
Gambar 3.12 Flowmeter bahan bakar
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Sumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
l. Manometer
Digunakan untuk mengukur perbedaan tekanan dalam system (mmH2O).
Gambar 3.13 ManometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
m. Viscometer
Digunakan untuk mengukur viskositas fluida (η).
Gambar 3.14 ViscometerSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
n. Bomb calorimeter
Digunakan untuk mengetahui kalor bahan bakar (Kcal/Kg)
Gambar 3.15 Bomb CalorimeterSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
3.3 Prosedur Pengambilan Data Praktikum
Setiap kelompok praktikum melaksanakan sendiri semua proses pengujian dan
pengambilan data yang diperlukan untuk memenuhi tujuan praktikum di atas. Dalam
melaksanakan proses pengujian tersebut, mahasiswa harus mengikuti semua aturan dan
tata tertib yang berlaku di laboratorium dan mengikuti semua petunjuk asisten
laboratorium yang bertugas.
Metode percobaan dengan variasi putaran, parameter yang diukur adalah :
1. Gaya Pengereman
2. Perbedaan Tekanan Masuk dan Keluar Nozzle
3. Kelembapan Udara
4. Suhu Gas Buang
5. Suhu Air Masuk dan Air keluar
6. Debit Bahan Bakar
7. Kandungan Gas Buang
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
8. Tekanan Udara
3.3.1 Prosedur Pengujian Motor Bakar
1. Persiapan Sebelum Mesin Beroperasi
a. Menyalakan pompa pengisi untuk mengisi air dalam tangki sampai level air mencapai
tinggi aman dan menyalakan cooling tower
b. Membuka kran air pada pipa-pipa yang mengalirkan air ke mesin dan ke
dinamometer.
c. Mengatur debit air yang mengalir pada flowmeter pada debit tertentu dengan
mengatur bukaan kran pada flowmeter.
d. Menekan switch power untuk menghidupkan alat-alat ukur.
e. Menghidupkan alarm air pendinginan yang akan memberitahu jika terjadi
overheating dan level air kurang.
f. Menyalakan dinamo power control dan atur kondisi poros mesin dalam keadaan tanpa
beban.
2. Cara Menghidupkan Mesin
a. Mengatur bukaan throttle sesuai yang diinginkan
b. Setelah semua persiapan di atas dipenuhi, menyalakan kunci kontak pada posisi
memanaskan mesin terlebih dahulu sampai indikator glow signal menyala.
c. Memutar posisi kunci ke posisi START sambil mengurangi pembebanan pada poros.
d. Setelah mesin menyala, biarkan mesin beroperasi beberapa saat untuk menstabilkan
kondisi mesin.
3. Cara Mengambil Data
a. Atur putaran mesin (rpm) dengan mengatur pembebanan pada dinamometer sampai
mendapatkan putaran yang diinginkan.
b. Tunggu kondisi mesin stabil kemudian lakukan pengambilan data yang diperlukan.
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
3.3.2 Prosedur Penggunaan Orsat Apparatus
Gambar 3.16 Orsat ApparatusSumber: Laboratorium Motor Bakar Jurusan Mesin Universitas Brawijaya
Cara penggunaan Orsat Apparatus :
1. Set ketiga tabung I, II, III pada ketinggian tertentu dengan membuka keran A, B, C
dan mengatur tinggi larutan pada tabung I, II, III dengan menaik – turunkan gelas B,
kemudian tutup keran A, B, C setelah didapatkan tinggi yang diinginkan. Posisi ini
ditetapkan sebagai titik acuan.
2. Naikkan air yang ada pada tabung ukur C sampai ketinggian air mencapai 50 ml
dengan cara membuka keran H dengan menaikkan gelas B. Setelah didapatkan tinggi
yang diinginkan, tutuplah kembali keran H.
3. Ambil gas buang dari saluran gas buang untuk diukur, salurkan melalui selang yang
dimasukkan ke dalam pipa H.
4. Buka keran H sehingga gas buang akan masuk dan mengakibatkan tinggi air yang ada
di tabung ukur C akan berkurang.
5. Setelah tinggi air pada tabung ukur turun sebanyak 50 ml (sampai perubahan air
mencapai angka 0) tutuplah keran H dan kita sudah memasukkan volume gas buang
sebanyak 50 ml.
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
6. Untuk mengukur kandungan CO2 buka keran A supaya gas buang bereaksi dengan
larutan yang ada pada tabung III dengan mengangkat dan menurunkan gelas B
sebanyak 5 – 7 kali.
7. Setelah 5 – 7 kali kembalikan posisi larutan III ke posisi acuan pada saat set awal dan
tutup keran C setelah didapatkan posisi yang diinginkan.
8. Baca kenaikan permukaan air yang ada pada tabung ukur C. Kenaikan permukaan air
merupakan volume CO2 yang ada pada 50 ml gas buang yang kita ukur.
9. Untuk mengukur kandungan O2 dan CO ulangi langkah 6 dan langkah 7 untuk keran B
dan keran A pada tabung II dan tabung I.
10. Baca kenaikan permukaan air pada tabung ukur C dengan acuan dari tinggi permukaan
air sebelumnya.
3.3.3 Rumus Perhitungan
Adapun rumus – rumus yang digunakan dalam perhitungan hasil percobaan adalah
sebagai berikut :
1. Momen Torsi
T=F×l (kg.m) (3-1)
Dimana : T : Torsi (kg.m)
F : besar gaya putar (kg)
l : panjang lengan dinamometer = 0,358 (m)
2. Daya Efektif
Ne= T×n716 ,2 (PS) (3-2)
Dimana : n : putaran (rpm)
Ne : daya efektif (PS)
T : momen torsi (kg.m)
3. Daya Efektif dalam kondisi standard JIS
Neo=k . Ne (PS) (3-3)
k=749Pa−Pw √273+θ
293 ;
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Pw=ϕ . Ps
Dimana : Neo : daya efektif yang dikonfersi dalam JIS (PS)
k : faktor konversi
Ne : daya efektif (PS)
Pa : tekanan atmosfir pengukuran (mmHg)
Pw : tekanan uap parsial (mmHg)
θ : rata-rata temperatur ruangan saat pengujian (°C)
ϕ : kelembamam udara (%)
Ps : Tekanan udara standar pada temperatur θ (mmHg)
4. Mean Effectife Pressure (MEP)
Pe = Neo×0 , 45×z
Vd×i×n ( kg/cm2 ) (3-4)
Dimana : Pe : tekanan efektif (kg/cm2 )
Neo : daya efektif (PS)
z : jumlah putaran poros engkol
n : putaran poros engkol (rpm)
i : jumlah piston
Vd : volume langkah (m3)
5. Fuel Consumption
FC=Vt×ρ×3600
1000 (kg/jam) (3-5)
ρ dexlite = 0,836 gr/mL
Dimana : FC : Konsumsi bahan bakar (kg/jam)
V : Volume bahan bakar (ml)
ρ : Massa jenis bahan bakar (gr/ml)
T : Waktu konsumsi bahan bakar (s)
6. Panas Hasil Pembakaran
Qb=FC . LHV BahanBakar (kcalJam
)
(3-6)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Dimana : Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
LHV BahanBakar : Low Heating Value (kcal/kg)
7. Berat Jenis udara
γa=γo .× (Pa−ϕ . Ps )760
×273273+θ
+ϕ . γw
(3-7)
Dimana : γa : Berat jenis udara (kg/m3)
Pa : Tekanan atmosfer pengukuran (mmHg)
Ps : Tekanan udara standard pada temperatur tertentu (mmHg)
: Relative Humidity / Kelembapan Relatif (%)
o : Berat jenis udara kering pada 760 mmHg
: Temperatur bola kering(oC)
8. Koefisien Udara
ε=P1−P2
P1
(3-8)
Dimana : P1−P : beda tekanan pada nozzle (mmH2O)P1 : tekanan atmosfer saat pengujian (mmHg)
ε : koefisien udara
9. Massa alir udara melalui nozzle
Gs=α . ε . π . d2
4 √2 . g . γ a (P1−P2 ) (kg/s) (3-9)
Dimana : Gs : Massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
α : Koefisien kemiringan nozzle = 0,822
ɛ : Koefisien udara
d : diameter nozzle = 0,048 m
g : Gaya gravitasi = 9,81m/s2
γa : Berat jenis udara (kg/m3)
P1 – P2 : Perbedaan tekanan pada nozzle (mmH2o)
10. Massa Alir gas buang
Gg=Gs+ FC3600 (kg/s) (3-10)
Dimana : Gg : massa alir gas buang (kg/s)
Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
11. Panas yang terbawa gas buang
Qeg=Gg .Cpg . (Teg−Tud ) X 3600 (kcal/jam) (3-11)
Dimana : Cpg : panas jenis gas buang (kcal/kg.oC)
Teg : suhu gas buang (°C)
Tud : temperatur(°C)
Gg : massa alir gas buang (kg/s)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
12. Efisiensi kerugian dalam exhaust manifold (ηg )
ηg=QegQb
x 100 %
(3-12)
Dimana : ηg : efisiensi kerugian (%)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
13. Kerugian Panas Pendinginan (Qw)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Qw =ρ.Ww.Cpw (Two-Twi) (kcal/jam) (3-13)
Dimana : ρ : Massa jenis air = 1 kg/liter
Ww : debit air pendinginan (liter/jam)
Cpw : panas jenis air = 1 kcal/kg.oC
Two : temperatur air keluar (oC)
Twi : temperatur air masuk (oC)
14. Efisiensi Kerugian Panas dalam cooling water(ηw )
ηw=QwQb
x 100 %
(3-14)
Dimana : ηw : efisiensi kerugian panas (%)
Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
15. Efisiensi Thermal Efektif (ηe )
ηe=NeQb
×632×100 %
(3-15)
Dimana : ηe : efisiensi efektif (%)
Ne : daya efektif (PS)
Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
16. Efisiensi mekanis (ηm )
ηm=100 %−(ηg+ηw+ηe )(3-16)
Dimana : ηm : efisiensi gesekan (%)
ηg : efisiensi kerugian gas buang (%)
ηw : efisiensi kerugian air pendinginan (%)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
ηe : efisiensi efektif (%)
17. Daya hasil pembakaran bahan bakar (Nb)
Nb=LHV BB . FC632 (kcal/jam) (3-17)
Dimana : LHV BahanBakar : Low Heating Value (kcal/kg)
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
18. Daya mekanis
Nf =ηf xQf100 %
(3-18)
Dimana : Nf : daya mekanis (PS)
ηm : efisiensi mekanis (%)
Nb : daya hasil pembakaran bahan bakar (PS)
19. Daya Indikasi
Ni=Ne+Nm(PS) (3-19)
Dimana : Ni : daya indikasi (PS)
Ne : daya efektif (PS)
Nm : daya mekanis (PS)
20. Spesific Fuel Consumption Effective
SFCe=FCNe
(3-20)
Dimana : SFCe : Spesific Fuel Consumption Effective
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
Ne : daya efektif (PS)
21. Spesific Fuel Consumption Indicated
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
SFCi= FCNi
(3-21)
Dimana : SFCi : Spesific Fuel Consumption Indicated
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
Ni : daya indikatif (PS)
22. Panas Hasil Pembakaran yang diubah menjadi Daya Efektif
Qe=632. Ne(3-22)
Dimana : Qe : panas efektif (kcal/jam)
Ne : daya efektif (PS)
23. Panas yang hilang karena sebab lain
Qpp=Qb−Qeg−Qw−Qe(3-23)
Dimana : Qpp : panas yang hilang karena sebab lain (kcal/jam)
Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
Qeg : panas yang terbawa gas buang (kcal/jam)
Qw : kerugian panas pendinginan (kcal/jam)
Qe : panas efektif (kcal/jam)
24. Efisiensi Thermal Indikasi
ηi=NiQb
×632×100 %
(3-24)
Dimana :ηi : efisiensi indikasi (%)
Ni : daya indikasi (PS)
Qb : panas hasil pembakaran (kcal/jam)
25. Efisiensi Mekanis
ηm=NeNi
x 100 %
(3-25)
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
Dimana : ηm : efisiensi mekanis (%)
Ni : daya indikasif (PS)
Ne : daya efektif (PS)
26. Efisiensi Volumetrik
ηv=Gs . z . 60
γ a .n .Vd .ix100 %
(3-26)
Dimana : ηv : efisiensi volumetric (%)
z : jumlah poros engkol
Vd : volume engkol (m3)
I : langkah mesin
Gs : massa alir udara melalui nozzle (kg/s)
n : putaran poros (rpm)
γa : Berat jenis udara (kg/m3)
27. Perbandingan Udara dan Bahan Bakar
R= GsFC
x3600
(3-27)
Dimana : R : rasio udara bahan bakar
Gs : aliran udara melalui nozzle (kg/s)
FC : konsumsi bahan bakar (kg/jam)
28. Rasio Udara Bahan Bakar Teoritis
C12,3 H22+17 ,85(O2+3 ,76 N2 )→12, 3CO2+11 ,1 H2 O+67 ,116 N2(3-28)
Ro=( A / F )s
(α+ β4 )M O2+3 ,76(α+ β
4 )M N2
α M C+β M H
Dimana : Ro : Rasio udara bahan bakar teoritis
M O2 : Massa relatif oksigen
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
M N 2 : Massa relatif nitrogen
M C : Massa relatif karbon
M H : Massa relatif hidrogen
29. Faktor Kelebihan Udara
λ= RRo
(3-29)
Dimana : λ : faktor kelebihan udara
R : rasio udara bahan bakar
Ro : rasio udara dalam bahan bakar teoritis
30. Faktor Koreksi Standard
A=P st
P [ TT st ]
0,5
=
Pst
P [ T+273T st+273 ]
0,5
(3-30)
Dimana : A : faktor koreksi
Pst : tekanan atmosfer = 760 mmHg
Tst : 25 ˚C
P : tekanan udara atsmosfer (mmHg)
T : temperatur ruangan (oC)
31. Daya Efektif Standard
( Ne ) st=A . Ne(3-31)
Dimana : ( Ne ) st : daya efektif standar (PS)
A : faktor koreksi
Ne : daya efektif (PS)
32. Torsi Efektif Standard
LABORATORIUM MOTOR BAKARJURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA
BUKU PANDUAN PRAKTIKUM MOTOR BAKAR 2017/2018
(T )st=A . T(3-32)
Dimana : (T )st : torsi efektif standar (kg.m)
A : faktor koreksi
T : torsi (kg.m)
33. Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standard
( SFCe )st=SFCe
A(3-33)
Dimana :( SFCe )st : Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar
SFCe : Spesific Fuel Consumption Effective
A : faktor koreksi
34. Analisa Gas Buang
Komposisi gas Buang dapat dihitung dengan persamaan berikut :
% CO2 =
Vco2
Veg x 100% (3-34)
% O2 =
Vo2
Veg x 100% (3-35)
% CO =
VcoVeg x 100% (3-36)
% N2 =
VN 2
Veg x 100% (3-37)
Dimana : VCO2 : Volume CO2
VO2 : Volume O2
VCO : Volume CO
VN2 : Volume N2
Veg : Volume exhaust gas