BAB I PENDAHULUAN

1. Tujuan

Mengukur atau menghitung parameter prestasi motor bensin serta mempelajari

karakteristiknya.

2. Dasar Teori

Pengertian Mesin

Alat yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga penggerak disebut mesin atau

motor bakar (heat engine). Tenaga panas yang dihasilkan didluar mesin, disebut

motor pembakar luar (external combustion engine) dan tenaga panas yang dihasilkan

didalam mesin, disebut motor pembakar dalam(internal combustion engine). Motor

pembakaran dalam dibedakan berdasarkan pada proses kerjanya yaitu motor 4 tak dan

motor 2 tak. Berdasarkan penyalaan bahan bakarnya dibedakan menjadi motor disel.

Cara Kerja Motor Bensin 4 Tak

Torak bergerak naik turun didalam silinder dalam 4 gerakan, yang disebut satu siklus.

Titik tertinggi yang dicapai torak disebut TMA (Titik Mati Atas), dan titik terendah

TMB (Titik Mati Bawah). Gerakan torak dari TMA ke TMB disebut satu langkah

torak (stroke) sama dengan setengah putaran poros engkol.

Motor bensin 4 tak melakukan langkah kerja dalam sekali langkah usaha. Jadi

gerakan satu siklus terdiri dari:

1. Langkah hisap

2. Langkah kompresi

3. Langkah kerja

4. Langkah buang

1. Langkah Hisap

Dalam langkah hisap yang terjadi adalal :

- Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati

bawah).

- Katup hisap membuka dam katup buang menutup.

- Karena piston bergerak kebawah maka didalam ruang silinder

timbul kevacuman sehingga campuran antara udara dan bensin

terhisap masuk ke dalam silinder.

2. Langkah Kompresi

Dalam langkah kompresi yang terjadi adalah :

- Akhir dari langkah piston

- Piston bdrgerak dari TMB(titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas)

- Kedua katup (hisap dan buang) menutup.

- Karena piston bergerak ke atas maka campuran udara dan bahan

bakar bensin yang berada di dalam silinder tertekan ke atas dan di

mampatkan di dalam ruang bakar.

3. Langkah Usaha

Dalam langkah usaha yang terjadi adalah :

- Akhir dari langkah kompresi.

- Kedua katup (hisap dan buang) masih menutup.

- Sesaat sebelum piston mencapai TMA (titik mati atas) busi memercikan bunga api

listrik ke dalam ruang bakar, sehingga campuran udara dan bensin yang sudah di

mampatkan akan terbakar dan akan menimbulkan tenaga gerak atau mekanik.

4. Langkah Buang

Dalam langkah buang yang terjadi adalah :

- Akhir dari langkah usaha.

- Katup buang membuka dan katup hisap menutup.

- Piston bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati

atas).

- Karena piston bergerak ke atas maka gas hasil pembakaran didalam

silinder akan terdorong keluar melalui katup buang.

Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka

sedikit (valve over lap) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara

dan bahan bakar baru akan mendorong sisa hasil pembakaran).

Siklus Udara Volume-Konstan ( Siklus Otto )

Siklus udara volume-konstan (siklus otto) dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.1 Diagram p – v dan T – s siklus motor Otto

Keterangan mengenai proses siklus ini adalah sebagai berikut :

1 – 2 : Proses kompresi adiabatis reversibel (isentropik), dimana torak bergerak dari

titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA). Pada tingkat keadaan 2

temperatur dan tekanannya lebih tinggi dari tingkat keadaan 1.

2 – 3 : Proses pemasukan kalor pada volume konstan, yang mengakibatkan peningkatan

temperatur, tekanan, dan entropi. Jumlah perpindahan kalor ke sistem adalah :

3 – 4 : Proses ekspansi adiabatik reversibel (isentropik), dimana torak bergerak dari titik

mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB). Pada tingkat keadaan 4 temperatur

dan tekanannya turun.

4 – 1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan, yang mengakibatkan penurunan

temperatur, tekanan, dan entropi. Jumlah kalor yang dipindahkan dari sistem :

)TT(cmQ 14v14

Parameter siklus Otto adalah perbandingan kompresi yaitu perbandingan antara

volume maksimum dan minimum :

3

4

2

1

min

maks

v

v

v

v

v

v (2.1)

Efisiensi siklus Otto ini adalah :

32

14

32

1432th Q

Q1

Q

QQ

Masukan

Keluaran

Volume dan temperatur tingkat keadaan akhir kompresi dan ekspansi diberikan oleh

hubungan isentropik :

dengan demikian :

maka efisiensi termisnya :

(2.2)

Karena lebih besar dari 1, maka efisiensi termis dapat diperbaiki dengan mempertinggi

perbandingan kompresi dan atau dengan memakai fluida kerja yang mempunyai harga

tinggi. Karena sistem ini merupakan sistem pembakaran di dalam, dan fluida kerja

merupakan suatu campuran udara dan bahan bakar, maka biasanya merupakan harga

yang tetap yang mendekati harga untuk gas beratom dua ( = 1,4).

Secara efektif, cara untuk menaikkan efisiensi termis hanyalah dengan menaikkan

perbandingan kompresi. Tetapi tentunya ada batas untuk perbandingan kompresi

maksimumyang bisa dipakai pada motor sebenarnya. Batas ini disebabkan oleh penyalaan

prematur sebelum adanya loncatan api listrik dari busi terjadi jika perbandingan kompresi

terlalu tinggi. Pembakaran prematur menyebabkan terjadinya tekanan yang tidak

berimbang yang menyebabkan terjadinya detonasi (“ketukan”) atau “knocking”. Detonasi

pada motor bolak-balik dapat bersifat sangat merusak.

Sebelum tahun 1972 beberapa mesin automobil mempunyai perbandingan

kompresi setinggi 12,5 tetapi motor ini harus menggunakan bensin beroktan tinggi. Sejak

tahun 1972 naiknya perhatian terhadap emisi gas buang dan pencemaran yang disebabkan

oleh gas buang automobil menyebabkan berkembangnya sistem, dimana perbandingan

kompresi diturunkan sampai kurang dari 9.

Beberapa parameter prestasi motor bakar torak adalah :

Daya poros, Np

Tekanan efektif rata-rata Pe, efisiensi thermal t dan efisiensi volumetrik v.

Pemakaian bahan bakar mf, dan pemakaian bahan bakar spesifik Be

Perbandingan bahan bakar udara, F/A

Untuk berbagai kondisi operasi, harga parameter prestasi tersebut akan bervariasi

sehingga dapat menggambarkan karakteristik motor bakar. Variabel-variabel operasi

yang dapat dipergunakan dalam pengujian ini adalah :

Putaran, n [rpm]

Beban (momen puntir), T [N.m]

Katup Gas

Bilangan oktana dari suatu bahan bakar adalah bilangan yang menyatakan berapa

persen volume iso-oktana dalam campuran yang terdiri dari iso-oktana dan

heptana normal yang mempunyai kecenderungan berdenotasi sama dengan bahan

bakar tersebut.

Bilangan oktana suatu bahan bakar diukur dengan mesin CFR (Coordinating Fuel

Research), yaitu sebuah mesin penguji yang perbandingan kompresinya dapat

diubah-ubah. Mula-mula mesin CFR bekerja dengan bahan bakar yang akan

diukur bilangan oktananya, kemudian diatur perbandingan kompresinya agar

terjadi detonasi dengan intensitas tertentu. Setelah itu dengan kondisi operasi yang

sama, mesin CFR menggunakan bahan bakar campuran iso-oktana dan hektana.

Dengan cara coba-coba dipilih hingga tercapai kondisi campuran yang

menghasilkan detonasi dengan intensitas yang sama dengan bahan bakar yang di

uji tadi.

BAB II

PROSEDUR PENGUJIAN

A. Persiapan sebelum pengujian

Periksa bahan bakar di dalam tangki bahan bakar. Jika kurang, harus di isi.

Periksa minyak pelumas, tambahkan bila kurang.

Air pendingin yang bersih perlu di alirkan ke dalam dinamometer, blok mesin,

pendingin pelumas, dan kalorimeter. Katup air pendingin harus terbuka penuh.

Katup penambah air pendingin harus di atur selama pengujian untuk

mempertahankan temperatu air pendingin antara 70 hingga 75 oC. Katup aliran air

pendingin minyak pelumas baru dibuka setelah mesin jalan dan diatur sehingga

temperatur minyak pelumas 80 oC.

B. Pengujian

Pengujian dilakukan dengan metode beban dan katup gas berubah-ubah, putaran

konstan. Untuk tiap kondisi operasi, dilakukan pengamatan terhadap :

Momen putar

Pemakaian bahan bakar

Perbedaan tekanan pada orifis

Temperatur gas buang

Temperatur air pendingin masuk

motor

Temperatur pendingin keluar

motor

Laju aliran air pendingin motor

C. Data Pengamatan Dan Pengolahan Data

Spesifikasi motor bensin yang diuji :

Pabrik : Toyota Motor, Japan

Type : 7 - KE

Jenis : Motor Bensin, 4 silinder sebaris, 4 langkah

Diameter silinder : 80,5 mm

Langkah torak : 87,5 mm

Volume langkah torak : 1781 cc

Perbandingan kompresi : 9,1 : 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 : Electonics Fuel Injection

Sistem pendingin : Air, dengan pompa listrik

Sistem bahan bakaran : Pompa sirkulasi, dengan air pendingin

Tekanan : 240 s/d 275 kN/m2 (35 s/d 40 lbs/in2)

D. Tabel Data Pengamatan

Praktikum Pengujian Prestasi Mesin

Motor Bensin

Kelompok :

Tanggal :

Asisten :

T lingkungan :27°C

P lingkungan :658,37

Bahan bakar :Bensin

NoPutaran

(rpm)

Beban

(Nm)

Air Pendingin MesinBahan Bakar per

50 cc (s)

P udara

(mmH2O)T in

(oC)

T out

(oC)

Q

(liter/s)

1 2000 5 28 50 0.145 50 6

2 2000 10 29 54 0.14 46.17 6

3 2000 15 30 56 0.14 46.01 6

4 2300 5 31 56 0.155 47.93 7

5 2300 10 32 56 0.155 41.79 7

6 2300 15 32 57 0.155 38.06 8

Contoh perhitungan (data no. 6) :

Diketahui : Putaran = 2300 rpm

Beban = 15 Nm

T in air pendingin = 32 oC

T out air pendingin = 57 oC

Q air pendingin = 0.155 liter/ sekon

Bahan bakar per 50 cc = 38.06 (s)

P udara orifice = 8 mmH2O

Daya poros efektif (Ne)

Tekanan efektif rata-rata (Pe)

Laju pemakaian bahan bakar (mb)

Pemakaian bahan bakar spesifik (Be)

Laju aliran massa udara (mu)

Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Efisiensi volumetrik (v)

%

Efisiensi thermal (t)

%

Energi masuk (Ein)

Ein = mb. LHV (kW)

Energi keluar (Eout)

Eap = a.Q.ca.T (kW);

T = Tout - Tin

Eloss = Ein – (Ne + Eap)

Keterangan :

P = 8 mmH2O

Pudara = 65.837 cmHg

Tudara = 300 K

udara = 0.00101928

V1Z = 1781 cc

LHV = 42697

Ca = 4,179

air = 1000 kg/cm3

BAB IIIPEMBAHASAN

A. DATA

Tabel Data Pengamatan

Praktikum Pengujian Prestasi Mesin

Motor Bensin

Kelompok :

Tanggal :

Asisten :

T lingkungan :27°C

P lingkungan :658,37 mmHg

Bahan bakar :Bensin

NoPutara

n (rpm)

Beban

(Nm)

Air Pendingin MesinBahan Bakar

per 50 cc (s)

P udara

(mmH2O)T in

(oC)

T out

(oC)

Q

(liter/s)

1 2000 5 28 50 0.145 50 6

2 2000 10 29 54 0.14 46.17 6

3 2000 15 30 56 0.14 46.01 6

4 2300 5 31 56 0.155 47.93 7

5 2300 10 32 56 0.155 41.79 7

6 2300 15 32 57 0.155 38.06 8

B. Analisa Data

Contoh perhitungan (data no. 6) :

Diketahui : Putaran = 2300 rpm

Beban = 15 Nm

T in air pendingin = 32 oC

T out air pendingin = 57 oC

Q air pendingin = 0.155 liter/ sekon

Bahan bakar per 50 cc = 38.06 (s)

P udara orifice = 8 mmH2O

Daya poros efektif (Ne)

3.612 kW

Tekanan efektif rata-rata (Pe)

26.453 kPa

Laju pemakaian bahan bakar (mb)

= 3.466 kg/jam

Pemakaian bahan bakar spesifik (Be)

kg/kWjam

Laju aliran massa udara (mu)

(552)

kg/jam

Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

= 18.733

Efisiensi volumetrik (v)

= (1781x4)(2300)(0.5)(0.00101928)(0.06)

= 501.033 kg/jam

%

= 12.959%

Efisiensi thermal (t)

x 3.6x105%

x 3.6x105%

= 8.786 %

Energi masuk (Ein)

Ein

= 41.107 kW

Energi keluar (Eout)

T = Tout - Tin = 52-32 = 20

Eap = a.Q.ca.T (kW);

= 1000 x(4.3x10-5) x 4,179 x 25

= 4.498 kW

Eloss = Ein – (Ne + Eap) = 41.107 – (3.612 + 4.498) = 32.997

C. Pembahasan

1. Kurva Daya Poros Efektif (Ne) vs Torsi

Dari grafik yang ada dapat dilihat bahwa Ne akan meningkat sesuai kenaikan

beban, hal ini dikerenakan pada motor bakar daya yang paling berguna adalah

daya poros, karena poros itulah yang menggerakkan beban. Oleh karena itu jika

poros dikenakan beban yang besar maka diperlukan daya poros yang besar pula

untuk menggerakkan beban.

2. Kurva Tekanan Efektif Rata-Rata (Pe) vs Torsi

Dari grafik dapat dilihat bahwa akibat dari beban yang meningkat maka

diperlukan daya poros efektif yang besar, dari daya poros yang besar maka

akan menghasilkan tekanan efektif rata-rata yang besar didalam ruang bakar

3. Kurva Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (Be) vs Torsi

Dari grafik dapat dilihat yaitu perubahan nilai beban dan daya poros efektif yang diberikan pada mesin akan menpengaruhi laju pemakaian bahan bakar spesifik yaitu semakin besar beban dan daya poros efektif yang diberikan pada mesin akan mengurangi pemakaian bahan bakar spesifik.

4. Kurva Laju Pemakaian Bahan Bakar (mb) vs Torsi

Akibat beban yang meningkat, maka dibutuhkan pula daya yang besar untuk menggerakan beban. Daya yang meningkatkan ini harus di imbangi oleh laju pemakaian bahan bakar yang cepat untuk menghasilkan daya yang besar sehingga bahan bakar akan lebih cepat habis.

5. Kurva Laju Aliran Massa Udara (mu) vs Torsi

Dari grafik terlihat bahwa laju aliran massa sangat di pengaruhi oleh udara. Jika udara naik maka laju aliran massa akan naik, dan sebaliknya jika udara turun maka laju aliran massa ikut turun, tetapi laju aliran massa tidak dipengaruhi oleh beban, meskipun beban yang diberikan berubah ubah atau semakin besar.

6. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR)

Dari grafik dapat di lihat beban yang meningkat akan membutuhkan daya

yang besar, daya yang besar ini akan diikuti oleh laju pemakaian bahan bakar

yang tinggi pula. Laju bahan bakar yang tinggi ini akan menurunkan nilai

AFR karena udara yang di butuhkan semakin sedikit.

7. Efisiensi Volumetrik (v) vs Torsi

Dari grafik dapat dilihat bahwa efisiensi volumetrik tidak berpengaruh

terhadap beban yang disebabkan karena nilai perbandingan laju aliran massa

udara terhadap putaran dan beban yang diberikan dengan suhu udara luar.

8. Efisiensi thermal (t)

Dapat dilihat bahwa nilai effisiensi termal di pengaruhi oleh pemakaian bahan

bakar spesifik, semakin rendah pemakaian bahan bakar maka effisiensi

termalnya semakin tinggi. Karena kerja motor bakar lebih efisien maka

pemakaian bahan bakar lebih irit.

BAB IV

KESIMPULAN

A. KESIMPULAN

Dari data yang ada dapat diambil kesimpulan bahwa:

1. Semakin tinggi putaran mesin dan beban yang diberikan maka effisiensi termal

motor bensin akan semakin tinggi

2. Semakin tinggi putaran mesin dan beban yang diberikan maka energy yang masuk

akan semakin besar

3. Kehilangan energy akan terjadi pada putaran yang tinggi dan beban yang besar

No.

Ne Pe mb Be mu AFR miu

Eff. Vol

Eff. Ther Ein Eap Eloss

Kw kPakg/jam

kg/jam

kg/kWjam % % kW kW kW

1. 1.0471 8.8189 2.3985 2.2906 56.2283 23.4431 108.9202 12.9 3.6808 28.446 3.7030 23.69592. 2.094 17.636 2.857 1.364 56.2283 19.680 108.9202 12.9 6.179 33.884 4.062 27.7643. 3.141 26.454 2.867 0.912 56.2283 19.612 108.9202 12.9 9.237 34.003 4.225 26.6374. 1.204 7.499 2.752 2.285 60.717 22.062 501.033 12.9 3.137 32.639 4.498 26.9375. 2.408 17.26 3.156 1.310 60.717 19.238 501.033 12.9 6.433 37.431 4.318 30.7056. 3.612 26.453 3.466 0.959 64.932 18.733 501.033 12.9 8.786 41.107 4.498 32.997

No. Ne Pe mb Be mu

AFR miu

Eff. Vol Eff. Ther Ein Eap Eloss

Kw kPa kg/jam kg/jamkg/

kWjam % % kW kW kW1. 1.0471 8.8189 2.3985 2.2906 56.2283 23.4431 108.9202 12.9 3.6808 28.446 3.7030 23.69592. 2.094 17.636 2.857 1.364 56.2283 19.680 108.9202 12.9 6.179 33.884 4.062 27.7643. 3.141 26.454 2.867 0.912 56.2283 19.612 108.9202 12.9 9.237 34.003 4.225 26.6374. 1.204 7.499 2.752 2.285 60.717 22.062 501.033 12.9 3.137 32.639 4.498 26.9375. 2.408 17.26 3.156 1.310 60.717 19.238 501.033 12.1 6.433 37.431 4.318 30.7056. 3.612 26.453 3.466 0.959 64.932 18.733 501.033 12.9 8.786 41.107 4.498 32.997