3. Rumus Perhitungan Motor Bakar.pdf



Kemampuan mesin motor bakar untuk merubah energi yang masuk yaitu bahan bakar sehingga menghasilkan daya berguna disebut kemampuan mesin atau prestasi mesin.



Daya/Power (N)

1. Daya indikasi/indicated horse power (Ni) adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar dari hasil pembakaran dalam ruang bakar  Ni

Dimana : pi = Vd = D = L = n = z =



 pi .V d  .n.i 0,45. z 

 (PS)

tekanan indikasi rata-rata (kg/cm2) volume langkah = (m3) diameter silinder (m) panjang langkah torak (m) putaran mesin (rpm) jumlah putaran poros engkol untuk setiap siklus : untuk 4 langkah, z = 2 untuk 2 langkah, z = 1

 2. Daya Efektif/Brake Horse Power (Ne) Adalah daya aktual yang dihasilkan pada poros. Karena adanya kerugian gesekan dan sebagian daya yang digunakan untuk menggerakkan peralatan tambahan, maka Ne < Ni. Daya ini dibagi menjadi 3 bagian, yaitu : • , adalah tenaga yang dapat dicapai tanpa terjadinya penurunan putaran selama waktu ± 1 menit. , adalah daya yang dapat dibangkitkan • oleh motor bakar tanpa terjadinya penurunan putaran dalam waktu operasi misalnya 1, 5, 12 jam. • , adalah daya yang dihasilkan oleh motor bakar yang beroperasi pada kecepatan rata-rata dalam waktu tertentu tanpa terjadinya penurunan dalam waktu lebih dari 24 jam.  Adapun daya efektif yang dihasilkan (Ne) dapat dicari dengan persamaan :  Ne   Ni  Nm Atau  Ne 

Dimana :

Nm pe

= =

 pe .V d .n.i 0,45. z 

 (PS)

Daya mekanis (PS) tekanan efektif rata-rata (kg/cm2)

3. Daya Mekanis (Nm) Adalah daya yang hilang akibat adanya kerugian dan daya yang digunakan untuk peralatan tambahan mesin yang besarnya :  Nm 

 pm .V d .n.i 0,45. z 

 (PS)

 N m

  N   fr    N vent   N auk  (PS)

Dimana Nfr  = daya yang hilang karena gesekan Nvent = daya yang hilang akibat kerugian dari bagian-bagian yang bergerak seperti flyeheel, gear, dsb. Nauk = daya yang hilang karena digunakan untuk menggerakkan perlengkapan mesin seperti pompa bahan bakar, pompa air, pendingin, kipas radiator, dsb. pm = tekanan mekanis rata-rata (kg/cm2)

Momen Torsi (T) Hubungan dengan daya efektif : 

T   716,2

 Ne n

 (kg.m)

Dimana : F = besar gaya putar yang terbaca pada timbangan dinamometer (kg) L = panjang lengan dinamometer



Tekanan efektif rata-rata (pe)  pe



0,45. Ne. z 

V d .n.i

2

 (kg/cm )

 1.

Spesific Fuel Consumption Spesific fuel consumption efektif (SFCe) SFCe 

2.

 Ne

 (kg/PS.jam)

Spesific fuel consumption indicated (SFCi) SFCi 



 FC 

 FC   Ni

 (kg/PS.jam)

Analisa Gas Buang



Aliran Udara melalui Nozzle (Gs) 2

Gs 

 . . .d 

4

2. g .  a  p1   p2   (kg/det)

Dimana : α = koefisien kemiringan nozzle  = koefisien udara a = berat jenis udara pada kondisi ruangan pada saat pengujian

Dimana :  = ps = w =  = d = g =

relative humidity tekanan udara standart pada temperatur tertentu berat jenis air pada temperatur tertentu temperatur bola kering diameter nozzle = 0,448 m gravitasi = 9,81 m/det



Kapasitas Aliran Gas Buang (Gg) Gg   Gs  Fc 3600  (kg/det)



Neraca Panas

Yaitu keseimbangan antara panas atau energi yang dimasukkan dalam mesin (jumlah panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar) dengan jumlah panas yang dimanfaatkan menjadi kerja dan panas yang terbuang secara radiasi atau konveksi. 1. Panas hasil pembakaran (Q b) Qb

  Fc. LHVbb  (kcal/jam)

Dimana : LHV = Low Heating Value Untuk : Solar = 10500 kcal/kg Premium = 11000 kcal/kg

2. Kerugian panas pendinginan (Q w)

Qw

 W w .Cpw .T wo  T wi   (kcal/jam)

Dimana : Ww = debit air pendingin Cpw = panas jenis air ( 1 kcal/jam ) Two = temperatur air keluar (C) Twi = temperatur air masuk (C)

3. Panas yang terbawa gas buang (Q eg) Qeg 

 Gg .Cp g . T eg   T ud  .3600 (kcal/jam)

Dimana : Gg = debit aliran buang (kg/det) Cpg = panas jenis gas buang = 0,285 (kcal/kg.C)

4. Panas hasil pembakaran yang diubah menjadi daya efektif (Q e) 5. Panas yang hilang karena sebab lain (Q pp) Q pp

 Qb  Qeg   Qw  Qe  (kcal/jam)



Efisiensi ()

1.

Efisiensi mekanis (m)

2.

Efisiensi thermal efektif (e)

3.

Efisiensi thermal indikasi (i)

4.

Efisiensi volumetrik (v) Dimana

a 5.

: berat jenis udara aktual

Efisiensi friction ( ηf  ) ηf = 100 – ( ηg – ηw – ηe )

ηf =

 Nf   .100% Qf  



Perhitungan perbandingan udara bahan bakar ( R ) R=

Gs  FC .  

Dimana : R = rasio udara bahan bakar ( Kg udara/ Kg bahan bakar ) γ = berat jenis spesifik bahan bakar pada temperature pengujian ( Kg/l )



Perhitungan factor kelebihan udara ( λ ) λ  =

 R  Ro

dimana : Ro = rasio udara bahan bakar teoritis ( kualiatas udara teoritis ) (Kg udara / Kg bahan bakar )   c    34 , 48   Ro  h    3    C = 0,86 dan h = 0,14

Dimana : C dan h adalah masing- masing % berat laju konsentrasi bahan bakar



Faktor Koreksi

Dimana : pst = p = tst = t = 

760 mmHg tekanan udara atmosfir 25 C temperatur ruangan

Daya Efektif Standar (Ne)st

 Ne st    A.Ne  (PS)



Torsi Efektif Standar (T)st

T  st    A.T    

(kg.m)

Pemakaian Bahan Bakar Efektif Standar (SFCE)st SFCe  st  

SFCe   A

 (kg/PS.jam)

Perbandingan kompresi :

r = V max   /V min r = V B DC  /V TDC

Prata-rata

D

A

C

VL

r  

V  max V  min

B



V  BDC  V TDC 

Tekanan E fektif R ata-R ata : Tekanan tertentu yang konstan yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja per-siklus yang sama dengan siklus yang dianalisis.

 P ratarata 

kerja  per -  si klus volumelangkahtorak 

 Kerja  per  si klus   P ratarata xV  L

 Daya

yang dihasilkan oleh Motor B akar : 1  N    P ratarata  x V  L  x z  x n x a x 60 x100  PS   x 75



 P ratarata  x V  L  x z  x n x a 450.000

 PS 

 dimana :  Ｎ 

: daya motor (PS)

P rata^rata  V L  z   n a

: tekanan efektif rata-rata (kg/cm 2   )



: volume langkah torak (cm 3 ) : jumlah silinder : putaran poros engkol (rpm) : jumlah siklus per-putaran motor 2 langkah (a=1) motor 4 langkah (a=1/2)

1 PS = 75 kg.m/detik

Siklus aktual motor Diesel 4 langkah

Dalam kenyataan tidak ada s atu sik lus pun merupakan s ik lus volume kons tan, tekanan kons tan, maupun tekanan terbatas .



 Penyebab penyimpang an s ik lus udara (ideal) : 1.

Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tak sempurna

2.

Katup tidak tidak dibuka dan ditutup tepat pad TMA dan TMB, karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.

3.

Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses.

4.

Pada motor bakar torak yang sebenarnya, ketika torak berada pada posisi TMA, tidak terdapat  pemasukan kalor seperti pd siklus ideal. Kenaikan temperatur dan tekanan fluida kerja terjadi akibat  proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder.

5.

Proses pembakaran memerlukan waktu, jadi berlangsung tidak spontan.

6.

Terdapat kerugian kalor akibat ada transfer panas dari fluida kerja ke fluida pendingin.

7.

Terdapat kerugian kalor bersama gas buang.

8.

Terdapat kerugian energi akibat gesekan.

 A ntara effis iens i s iklus udara (ideal) dan s iklus s ebenarnya terdapat hubung an tertentu  yaitu pada effis iens i indikator. E ffis iensi i ndikator diperoleh dari has il peng ukuran dan di definis ikan s ebag ai :

 i



kerja  per  siklus sebenarnya energi  yg  dimasukkan per - siklus

 i bensin

≈ 0,5 – 0,75

 i  diesel 

≈ 0,75 – 0,85

 i  volume konstan

≈ 0,65 – 0, 80

dimana  i  bensin  i  diesel 

≈ 0,25 – 0,45 ≈ 0,40 – 0,55

 i  tekanan terbatas  i  tekanan konstan



 Jika Pi rata-rata diketahui, maka daya indikator dapat dihitung sebagai

 N i 

  P i ratarata  xV  L  x z  x n x a x 4501.000  PS 

Dalam siklus aktual kalor input tidak dimasukkan dari luar, melainkan diperoleh dari hasil pembakaran di dalam silinder. Jumlah energi bahan bakar (Q m) tersebut adalah o

o

Qm  G  f    x Qc  Ga  x   f   x Qc kcal /  jam atau o

Qm  G  f    x Qc  x

o

427 3600 x 75

 PS 

o

427  PS   Ga  x  f   x Qc  x 3600  x 75

o

G f    jumlah bahan bakar  yang  digunakan kg /  jam 

o

Ga Qc



 jumlah udara  yang  digunakan kg /  jam



nilai kalor  bahan bakar  (kcal / kg )

1  P   Ga  x  f   x Qc  x 632 o

 f  



o

G f  / Ga



 perbanding an bahan bakar  udara 



Dengan efisiensi termal indikator ( i) dapat dinyatakan sebagai  i

 N i



 x

o

3600 x 75 427

G  f   . Qc



 N i



632

o

G  f   . Qc

 P i ratarata  x V  L  x z  x n x a o

 x

3 427 x 5

G  f   . Qc 

Misalkan dari pengukuran diagram indikator sebuah motor bakar torak diketahui Pi rata-rata = 7,5 kg/cm2. Apabila VL = 900 cm3 , z = 6, n = 2000 rpm, motor 2 langkah (a=1), jumlah bahan bakar yang terpakai G f  = 25,29 kg/jam dan Q c = 10000 kcal/kg. maka 1  N i

 N i



 P  i rata



rata

 x V    x  z  x n  x a  x  L

 PS 

 7,5 x 900 x 6 x 2000 x1 x 4501.000  180 PS 

dan  i

45 0.00 0



180 25, 29 x 10.000

 x

 0,45 45%

3600 x 75 427



 Jelaskan pengertian dari HHV dan LHV !

REFERENSI 1. Handout Kuliah (ppt) Motor Bakar Dr. Eng Nurkholis Hamidi, S.T., M.Eng, Teknik Mesin FT UB, Malang 2. Basyirun, Winarno, Karnowo, Mesin Konversi Energi, Unnes, 2008 3. Laporan Praktikum Motor Bakar Teknik Mesin, FT UB, Malang

TERIMA KASIH SAG OL