PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 1 LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019 BAB I PENDAHULUAN 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 adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Motor bakar dikategorikan menjadi dua yaitu Internal Combustion Engine dan External Combustion Engine. Motor bakar yang digunakan sampai sekarang adalah jenis motor bakar Internal Combustion Engine yaitu motor bakar torak (reciprocating engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan motor diesel (compression ignition engine).
39
Embed
BAB I PENDAHULUAN - motorbakar.ub.ac.idmotorbakar.ub.ac.id/wp-content/uploads/2017/02/buku-panduan.pdf · motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar disemprotkan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 1
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
BAB I
PENDAHULUAN
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 adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah
energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik berupa kerja. Motor bakar
dikategorikan menjadi dua yaitu Internal Combustion Engine dan External
Combustion Engine. Motor bakar yang digunakan sampai sekarang adalah jenis
motor bakar Internal Combustion Engine yaitu motor bakar torak (reciprocating
engine) dan mempunyai dua jenis, yaitu motor bensin (spark ignition engine) dan
motor diesel (compression ignition engine).
2 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
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 :
a. Karakteristik kinerja antara konsumsi bahan bakar (FC) terhadap putaran.
b. Karakteristik kinerja antara keseimbangan panas terhadap putaran.
c. Karakteristik kinerja antara kandungan CO, CO2, O2, dan N2 dalam gas
buang terhadap putaran.
d. Karakteristik kinerja antara daya indikatif (Ni), daya efektif (Ne), dan daya
mekanik (Nm) terhadap putaran.
e. Karakteristik kinerja antara torsi terhadap putaran.
f. Karakteristik kinerja antara Mean Effective Pressure (MEP) terhadap
putaran
g. Karakteristik kinerja antara Specific Fuel Consumption (SFC) terhadap
putaran
h. Karakteristik kinerja antara efisiensi indikatif (ηi), efisiensi efektif (ηe),
efisiensi volumetrik (ηv) 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.
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 3
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin kalor atau mesin konversi energi yang mengubah
energi kimia menjadi energi mekanik berupa kerja (rotasi). Pada dasarnya mesin
kalor (Heat Engine) dikategorikan menjadi dua (2), yaitu:
a. External Combustion Engine
Yaitu mesin yang menghasilkan daya dengan menggunakan peralatan lain
untuk menghasilkan media yang dapat digunakan untuk menimbulkan daya
seperti turbin uap, dimana uap yang digunakan untuk menghasilkan daya
berasal dari proses lain yang terjadi di boiler, di boiler tersebut air dipanaskan
sehingga menghasilkan uap (superheated steam) dan kemudian uap ini dikirim
ke turbin uap untuk menghasilkan daya.
b. Internal Combustion Engine
Merupakan mesin yang mendapatkan daya dari proses pembakarannya
yang terjadi dalam mesin itu sendiri, hasil pembakaran bahan bakar dan udara
digunakan langsung untuk menimbulkan daya. Contohnya mesin yang
menggunakan piston seperti gasoline engine, diesel engine, dan mesin dengan
turbin penggerak (turbin gas).
2.1.1 Prinsip Motor Bakar Torak
Motor bakar yang sampai sekarang digunakan adalah jenis motor bakar torak.
Motor bakar torak menggunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat torak
yang bergerak translasi bolak balik. Di dalam silinder itulah terjadi pembakaran
antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan
oleh proses tersebut mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros
engkol oleh batang penghubung (batang penggerak). Gerak translasi torak tadi
mengakibatkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya. Berdasarkan
langkah kerjanya, motor bakar torak dibedakan menjadi 2, yaitu motor bakar 4
langkah dan motor bakar 2 langkah.
4 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
A. Motor Bakar 4 Langkah
Pada motor bakar 4 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 4 kali
langkah torak atau 2 kali putaran poros engkol, yaitu:
a. Langkah Isap (Suction Stroke)
Torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati
bawah), dengan KI (katup isap) terbuka dan KB (katup buang) tertutup.
Karena gerakan torak tersebut maka campuran udara dengan bahan bakar
pada motor bensin atau udara saja pada motor diesel akan terhisap masuk
ke dalam ruang bakar.
b. Langkah Kompresi (Compression Stroke)
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI dan KB
tertutup.Sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan
dan temperatur di silinder naik.
c. Langkah Ekspansi (Expansion Stroke)
Sebelum posisi torak mencapai TMA pada langkah kompresi, pada
motor bensin busi dinyalakan, atau pada motor diesel bahan bakar
disemprotkan ke dalam ruang bakar sehingga terjadi proses pembakaran.
Akibatnya tekanan dan temperatur di ruang bakar naik lebih tinggi.
Sehingga torak mampu melakukan langkah kerja atau langkah ekspansi.
Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada
posisi TMB saat KB mulai terbuka pada langkah buang. Langkah ekspansi
pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah kerja.
d. Langkah Buang
Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA dengan KI tertutup dan KB
terbuka. Sehingga gas hasil pembakaran terbuang ke atmosfer. Skema
masing masing langkah gerakan torak di dalam silinder motor bakar 4
langkah tersebut ditunjukkan dalam gambar 2.1.
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 5
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
Gambar 2.1 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 4 Langkah
Sumber: Britannica (2013)
B. Motor Bakar 2 Langkah
Pada motor bakar 2 langkah, setiap 1 siklus kerja memerlukan 2 kali
langkah torak atau 1 kali putaran poros engkol. Motor bakar 2 langkah juga
tidak memiliki katup isap (KI) dan katup buang (KB) dan digantikan oleh
lubang isap dan lubang buang. Secara teoritis, pada berat dan displacement
yang sama, motor bakar 2 langkah menghasilkan daya 2 kali lipat dari daya
motor bakar 4 langkah, tetapi pada kenyataannya tidak demikian karena
efisiensinya lebih rendah akibat pembuangan gas buang yang tidak komplit dan
pembuangan sebagian bahan bakar bersama gas buang akibat penggunaan
sistem lubang. Tetapi melihat konstruksinya yang lebih simpel dan murah serta
memiliki rasio daya-berat dan daya-volume yang tinggi maka motor bakar 2
langkah cocok untuk sepeda motor dan alat-alat pemotong.
Gambar 2.2 Skema Langkah Kerja Motor Bakar 2 Langkah
Sumber : Beamerguide (2010)
6 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
a. Langkah Torak dari TMA ke TMB
Sebelum torak mencapai TMA, busi dinyalakan pada motor bensin
(bahan bakar disemprotkan pada motor diesel) sehingga terjadi proses
pembakaran. Karena proses ini, torak terdorong dari TMA menuju TMB.
Langkah ini merupakan langkah kerja dari motor bakar 2 langkah. Saat
menuju TMB, piston terlebih dahulu membuka lubang buang, sehingga
gas sisa pembakaran terbuang. Setelah itu dengan gerakan piston yang
menuju TMB, lubang isap terbuka dan campuran udara bahan bakar pada
motor bensin atau udara pada motor diesel akan masuk ke dalam silinder.
b. Langkah Torak dari TMB ke TMA
Setelah torak mencapai TMB maka torak kembali menuju TMA.
Dengan gerakan ini, sebagian gas sisa yang belum terbuang akan didorong
keluar sepenuhnya yang disebut Scavenging. Selain itu, gerakan piston
yang turun menuju TMA menyebabkan terjadinya kompresi yang
kemudian akan dilanjutkan dengan pembakaran setelah lubang isap
tertutup oleh torak.
2.2 Siklus Termodinamika Motor Bakar
Siklus aktual dari proses kerja motor bakar sangat komplek untuk digambarkan,
karena itu pada umumnya siklus motor bakar didekati dalam bentuk siklus udara
standar (air standard cycle). Dalam air standard cycle fluida kerja menggunakan
udara, dan pembakaran bahan bakar diganti dengan pemberian panas dari luar.
Pendinginan dilakukan untuk mengembalikan fluida kerja pada kondisi awal.
Semua proses pembentuk siklus udara standar dalam motor bakar adalah proses
ideal, yaitu proses reversibel internal.
2.2.1 Siklus Otto
Siklus standar udara pada motor bensin disebut Siklus Otto, berasal dari nama
penemunya, yaitu Nicholas Otto seorang Jerman pada tahun 1876. Diagram P – V
dari Siklus Otto untuk motor bensin dapat dilihat pada gambar 2.3
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 7
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
Gambar 2.3 Diagram Siklus Otto Ideal
Sumber: Cengel (1994, p. 457)
Langkah kerja dari Siklus Otto terdiri dari :
1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)
2. Langkah penambahan panas pada volume konstan (2-3)
3. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)
4. Langkah pembuangan panas secara isokhorik (4-1)
Dalam siklus udara standar langkah buang dan langkah isap tidak diperlukan
karena fluida kerja udara tetap berada didalam silinder. Apabila tekanan gas dan
volume silinder secara bersamaan pada setiap posisi torak dapat diuraikan maka
dapat digambarkan siklus aktual motor bensin yang bentuknya seperti ditunjukkan
pada gambar 2.4
Gambar 2.4 Siklus Aktual Otto
Sumber: Cengel (1994, p.457)
8 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
Langkah siklus motor bensin aktual terdiri dari :
1. Langkah Kompresi
2. Langkah pembakaran bahan bakar dan langkah ekspansi
3. Langkah pembuangan
4. Langkah isap
2.2.2 Siklus Diesel
Pada tahun 1890 di Jerman Rudolph Diesel merencanakan sebuah motor
dengan menkompresikan udara sampai mencapai temperatur nyala dari bahan bakar,
kemudian bahan bakar diinjeksikan dengan laju penyemprotan sedemikian rupa
sehingga dihasilkan proses pembakaran pada tekanan konstan. Penyalaan terhadap
bahan bakar diakibatkan oleh satu kompresi dan bukan oleh penyalaan busi seperti
halnya motor cetus api (S.I Engine)
Gambar 2.5 Diagram P-V dan T-S siklus diesel
Sumber: Cengel (1994, p.464)
Langkah siklus ini terdiri dari :
1. Langkah kompresi (1-2) secara isentropik
2. Langkah pemasukan kalor (2-3) secara isobarik
3. Langkah kerja (3-4) secara isentropik
4. Langkah pelepasan kalor secara isokhorik (4-1)
PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX | 9
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
2.2.3 Siklus Trinkler
Siklus trinkler merupakan gabungan antara siklus otto dengan siklus diesel.
Pada siklus ini pemasukan kalor sebagian pada volume konstan seperti dalam siklus
otto, dan sebagian lagi pada tekanan konstan dalam siklus diesel. Kombinasi
demikian merupakan gambaran yang lebih baik pada motor-motor pembakaran
dalam modern.
Gambar 2.6 Diagram Siklus Dual Motor Diesel
Sumber: Cengel (1994, p.466)
Langkah kerja siklus dual motor diesel teoritis terdiri dari :
1. Langkah kompresi adiabatis reversibel (1-2)
2. Langkah pemberian panas pada volume konstan (2-X)
3. Langkah pemberian panas pada tekanan konstan (X-3)
4. Langkah ekspansi adiabatis reversibel (3-4)
5. Langkah pembuangan panas (4-1)
2.3 Pengertian Karakteristik Kinerja Motor Bakar
Karakteristik kinerja motor bakar adalah karakteristik atau bentuk – bentuk
hubungan antara indikator kerja sebagai variabel terikat dengan indikator
operasionalnya sebagai variabel bebas. Dengan adanya bentuk hubungan antara
kedua indikator tersebut maka dapat diketahui kondisi optimum suatu motor bakar
harus dioperasikan, atau apakah kondisi suatu motor bakar masih baik dan layak
untuk dioperasikan.
10 | PRAKTIKUM MOTOR BAKAR KELOMPOK XX
LABORATORIUM MOTOR BAKAR FT - UB SEMESTER GANJIL TAHUN AKADEMIK 2018/2019
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
Konsep torsi dalam fisika, diawali dari kerja Archimedes dalam lever.
Informalnya, torsi dapat dipikir sebagai gaya rotasional. Analog rotational
dari gaya, masa, dan percepatan adalah torsi, momen inersia dan percepatan
angular. Gaya yang bekerja pada lever, dikalikan dengan jarak dari titik tengah
lever, adalah torsi. Contohnya, gaya dari tiga newton bekerja sepanjang
dua meter dari titik tengah mengeluarkan torsi yang sama dengan satu newton
bekerja sepanjang enam meter dari titik tengah. Ini menandakan bahwa gaya
dalam sebuah sudut pada sudut yang tepat kepada lever lurus.
2. Daya Indikatif (Ni)
Daya yang dihasilkan dari reaksi pembakaran bahan bakar dengan udara
yang terjadi di ruang bakar.
z
inVdPNi i
=
45,0……………………..……………………...…...(2-1)
Dimana :
Ni : Daya Indikatif (PS)
Pi : Tekanan indikasi rata-rata (kg/cm²)
Vd : Volume langkah satu silinder = 𝜋.𝐷2.𝐿
4 (m³)
D : Diameter silinder (m)
L : Panjang langkah torak (m)
n : Putaran mesin (rpm)
i : Jumlah piston
z : Jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus
untuk 4 langkah z = 2, dan untuk 2 langkah z = 1
3. Daya Efektif (Ne)
Daya efektif motor bakar adalah proporsional dengan perkalian torsi yang
terjadi pada poros output (T) dengan putaran kerjanya (n). Karena putaran kerja
poros sering berubah terutama pada mesin kendaraan bermotor, besar torsi