bab ii new.pdf

of 23/23
Proposal Tugas Akhir Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada saat ini mesin telah banyak digunakan dalam berbagai bidang seperti transportasi dan perindustrian. Namun effektifitas dari mesin masih kecil, menurut Heisler(1999)[9] panas yang diubah menjadi kerja antara 35-45%, yang dibuang melalui gas buang 30-40% dan yang ditransfer ke system pendingin 22-28% , karena hal ini dikembangkan berbagai cara untuk meningkatkan effisiensi thermal, tetapi karena setiap komponen saling berkaitan maka dengan dengan meningkatkan salah satu parameter akan berakibat turunnya parameter yang lain. Salah satu cara untuk meningkatkan effisiensi termal adalah dengan meminimalkan cooling system, tetapi karena temperature ruang bakar dapat mencapai 1925 o C [2] maka akan terjadi over heating yang akan merusak komponen mesin, seperti piston, valve dan cylinder head. Tetapi jika cooling system dimaksimalkan atau terjadi over cooling maka effisiensi termal akan turun dan daya yang dihasilkan juga akan turun. Karena adanya keterbatasan pada pengembangan dari cooling system mak perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan operasi maksimal dari sebuah mesin. Gambar 1.1 Sistem Pendingin pada mobil Oliet dan Oliva [1] meneliti tentang parameter yang mempengaruhi performa radiator, meliputi laju aliran masa dan temperature masuk pada dua fluida. Dalam penelitian ini juga di teliti tentang pengaruh geometri radiator dalah hal ini fin pitch menggunakan metode ε-NTU dan CFD. George Thomas Hall [4] Meneliti tentang perpindahan panas dan pressure drop pada beberapa jenis fin.Pada penelitian kali ini akan dilakukan pengujian system pendinginan dengan memvariasikan geometri radiator. Sehingga diharapkan didapatkan data optimum operasi mesin untuk tiap radiator 1.2 Rumusan Masalah Sehubungan dengan penelitian mengenai pengaruh geometri radiator terhadap performa mesin bensin maka permasalahan yang diteliti adalah : 1. Bagaimana pengaruh cooling system terhadap performa dari mesin Sinjay 2. Bagaimana pengaruh perbedaan geometri radiator terhadap cooling system pada mesin Sinjay

Post on 19-Jan-2016

49 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tugas akhir

TRANSCRIPT

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1

    BAB I PENDAHULUAN

    1.1 Latar Belakang

    Pada saat ini mesin telah banyak digunakan dalam berbagai bidang seperti transportasi

    dan perindustrian. Namun effektifitas dari mesin masih kecil, menurut Heisler(1999)[9] panas yang diubah menjadi kerja antara 35-45%, yang dibuang melalui gas buang 30-40% dan yang ditransfer ke system pendingin 22-28% , karena hal ini dikembangkan berbagai cara untuk meningkatkan effisiensi thermal, tetapi karena setiap komponen saling berkaitan maka dengan dengan meningkatkan salah satu parameter akan berakibat turunnya parameter yang lain.

    Salah satu cara untuk meningkatkan effisiensi termal adalah dengan meminimalkan cooling system, tetapi karena temperature ruang bakar dapat mencapai 1925 oC [2] maka akan terjadi over heating yang akan merusak komponen mesin, seperti piston, valve dan cylinder head. Tetapi jika cooling system dimaksimalkan atau terjadi over cooling maka effisiensi termal akan turun dan daya yang dihasilkan juga akan turun. Karena adanya keterbatasan pada pengembangan dari cooling system mak perlu dilakukan penelitian untuk mendapatkan operasi maksimal dari sebuah mesin.

    Gambar 1.1 Sistem Pendingin pada mobil

    Oliet dan Oliva [1] meneliti tentang parameter yang mempengaruhi performa radiator, meliputi laju aliran masa dan temperature masuk pada dua fluida. Dalam penelitian ini juga di teliti tentang pengaruh geometri radiator dalah hal ini fin pitch menggunakan metode -NTU dan CFD. George Thomas Hall [4] Meneliti tentang perpindahan panas dan pressure drop pada beberapa jenis fin.Pada penelitian kali ini akan dilakukan pengujian system pendinginan dengan memvariasikan geometri radiator. Sehingga diharapkan didapatkan data optimum operasi mesin untuk tiap radiator

    1.2 Rumusan Masalah

    Sehubungan dengan penelitian mengenai pengaruh geometri radiator terhadap performa mesin bensin maka permasalahan yang diteliti adalah : 1. Bagaimana pengaruh cooling system terhadap performa dari mesin Sinjay 2. Bagaimana pengaruh perbedaan geometri radiator terhadap cooling system pada mesin

    Sinjay

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2

    3. Bagaimana pengaruh perbedaan geometri radiator terhadap performa mesin Sinjay 4. Dengan geometri radiator yang manakah didapatkan unjuk kerja terbaik dari mesin 1.3 Batasan Masalah

    Dalam penelitian ini batasan yang digunakan adalah: 1. Mesin yang digunakan adalah mesin Sinjay 650 cc yang terdapat di Laboratorium Teknik

    Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS. 2. Kondisi mesin dalam keadaan standard 3. Kondisi temperature dan tekanan udara setempat 4. Performa yang digunakan adalah effisiensi, BHP dan BSfc, dan tidak membahas performa

    tersebut secara detail. 5. Saat pengujian mesin dalam keadaan stationer 1.4 Tujuan Penelitian

    Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Mendapatkan mapping performa mesin LJ 276 MT-2 terhadap perubahan geometri

    radiator 2. Mengetahui performa dari tiap radiator 3. Mengetahui geometri radiator yang menghasilkan unjuk kerja mesin terbaik 1.5 Manfaat Penelitian

    Dari penelitian ini diharapkan dapat memberi manfaat, sebagai berikut: 1. Dapat menentukan radiator yang terbaik bagi mesin Sinjay LJ 276 MT-2 sehingga

    menghasilkan unjuk kerja terbaik 2. Memberikan informasi untuk penelitian selanjutnya dan untuk peningkattan effisiensi dari

    mesin pembakaran dalam

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 3

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    2.1 Mesin Bensin 4 Langkah Merupakan alat yang merubah energi kimia dari bahan bakar dalam hal ini adalah bensin menjadi energi gerak melalui pembakaran. Dan yang dimaksud 4 langkah adalah dalam 1 kali siklus kerja dilakukan dengan 4 langkah piston atau 2 kali siklus crank shaft. 4 Langkah tersebut meliputi langkah hisap, langkah kompresi, langkah kerja dan langkah buang.

    Gambar 2.1 Tahapan satu siklus kerja mesin bensin

    2.1.2 Proses Pembakaran Motor Bensin Empat Langkah Pembakaran yang terjadi didalam ruang bakar pada motor bensin terdiri dari beberapa

    tahapan seperti pada diagram dibawah ini.

    Gambar 2.2 Tahapan pembakaran dalam SIE

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 4

    Tahap pertama, disebut ignition lag merupakan fase persiapan yang mana terjadi pertumbuhan dan perkembangan dari inti api. Tahapan ini tergantung sepenuhnya pada sifat alami bahan bakar, seperti, temperatur, tekanan, sifat gas buang, dan laju percepatan oksidasi dalam ruang bakar. Ignition lag terjadi dari A-B pada saat kompresi berlangsung sehingga garis A-B disebut garis kompresi. Tahap kedua disebut propagation of flame dimana terjadi perubahan temperatur , tekanan, dan sifat bahan bakar akibat oksidasi. Perubahan tekanan terjadi disepanjang garis pembakaran (B-C). Pada grafik diatas, titik C menunjukan selesainya perjalanan api. Namun, pembebasan panas dari bahan bakar masih berlangsung meskipun tidak memberikan kenaikan tekanan didalam silinder dikarenakan pada saat itu sudah terjadi proses ekspansi. Oleh karena itu, tahapan ini dikenal dengan istilah pembakaran lanjut (after burning). 2.2 Sistem Pendinginan pada Mesin Pada saat mesin beroperasi maka temperatur gas pembakaran dapat mencapai temperature sekitar 1925 oC [1]. Karena adanya perbedaan temperature antara gas dan dinding maka akan terjadi perpindahan panas sehingga mesin akan menyerap sebagian panas yang dihasilkan oleh gas pembakaran, banyaknya panas yang diserap tergantung pada perbedaan temperature, luasan yang kontak dengan gas dan lamanya kontak dengan gas pembakaran. Sehingga semakin lama temperature mesin akan meningkat dan kemungkinan akan mencapai melting point dari material. Karena itu untuk mencegah terjadinya kerusakan pada mesin dilakukan pendinginan dengan media air yang dilewatkan melalui water jacket.

    Gambar 2.3 Sistem Pendinginan pada Mesin bensin

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 5

    2.2.1 Radiator Radiator digunakan sebagai alat penukar panas untuk menurunkan temperature coolant yang berasal dari water jacket . Sebelum coolant masuk kembali ke mesin, dengan melepaskan panas kelingkungan melalui fin dan tube.

    Gambar 2.4 Radiator Radiator memiliki banyak tipe berdasarkan bentuk tube dan bentuk fin dalam buku Kays and London di sebutkan beberapa bentuk fin compact heat exchanger,

    Gambar 2.5 Jenis-jenis fin

    Sedangkan bentuk tube yang biasa digunakan ada dua jenis yaitu circular tube dan flat

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 6

    Gambar 2.6 Jenis tube pada radiator

    2.2.2 Fan Fan digunakan untuk membantu mempercepat aliran udara yang melewati radiator. Putaran fan tergantung pada putaran mesin, karena penggerak fan berhubungan lansung dengan putaran mesin. Sehingga semakin tinggi putaran mesin putaran fan akan semakin tinggi.

    Gambar 2.5 Fan pada mesin Sinjay

    2.3 Performa Mesin Bensin 2.3.1 Parameter unjuk kerja motor bensin Performa mesin menunjukan tingkat kesuksesannya dalam mengkonversi energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi mekanik. Untuk itu, ada beberapa parameter yang yang digunakan sebagai ukuran terhadap performa atau unjuk kerja agar mesin tersebut dapat bekerja secara optimal sesuai tujuan penggunaanya. Selain parameter

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 7

    performa, mesin juga harus diketahui kandungan emisinya sehingga pengaruhnya terhadap lingkungan dapat diketahui. Ada beberapa parameter yang digunakan untuk mengevaluasi unjuk kerja dari mesin bensin antara lain: 1. Torsi Kemampuan mesin dalam menghasilkan kerja ditunjukan dengan nilai torsi yang dihasilkannya. Dan didalam keadaan sehari-hari torsi digunakan untuk akselerasi kendaraan untuk mendapatkan kecepatan tinggi. Torsi merupakan perkalian antara gaya tangensial dengan panjang lengan. Rumus untuk menghitung torsi pada engine adalah sebagai berikut :

    Torsi = P. R (N.m) .(2.1) dimana: P = gaya tangensial (N) R = panjang lengan waterbrake dynamometer (m) 2. Daya (bhp)

    Tujuan dari pengoperasian mesin adalah untuk menghasilkan daya atau power. Brake horse power merupakan daya yang dihasilkan dari poros output mesin yang dihitung berdasarkan laju kerja tiap satuan waktu. Nilai daya sebanding dengan gaya yang dihasilkan dan kecepatan linearnya atau sebanding dengan torsi poros dan kecepatan sudutnya. Untuk menghitung daya motor digunakan perumusan : dimana : T = Torsi (N.m) n = putaran poros waterbrake dynamometer (rps) 3. Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc)

    Konsumsi bahan bakar (fuel consumption) merupakan banyaknya jumlah bahan bakar yang digunakan oleh mesin selama satuan waktu tertentu. Sedangkan, sfc (spesific fuel consumption) merupakan jumlah konsumsi bahan bakar mesin selama satuan waktu tertentu untuk menghasilkan satu daya efektif. Karena perhitungan sfc didasarkan pada bhp (brake horse power) maka disebut bsfc (brake spesific fuel consumption).

    Apabila dalam pengujian diperoleh data mengenai penggunaan bahan bakar mbb (kg) dalam waktu t (detik) dan daya yang dihasilkan sebesar bhp (kW), maka pemakaian bahan bakar per jam (bb) adalah :

    bhp = . T bhp = 2 . n . T (Watt) bhp = 2 . n . T / 746 (hp)....(2.2)

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 8

    )3.2......(....................)........./(m

    3600 bb jamkgt

    m bb

    Sedangkan besarnya pemakaian bahan bakar spesifik adalah :

    bhpSfc

    bbm (kg/kW.jam)(2.4)

    dimana : mbb = massa bahan bakar yang dikonsumsi mesin (kg)

    bbm = pemakaian bahan bakar tiap satuan waktu (kg/detik atau kg/jam)

    t = waktu konsumsi bahan bakar (detik) sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp.jam) bhp = Daya efektif poros mesin dalam satuan kilowatt (kW) 4. Efisiensi termal (th)

    Besarnya pemanfaatan energi panas yang tersimpan dalam bahan bakar untuk diubah menjadi daya efektif oleh motor pembakaran dalam dinyatakan dalam efisiensi termal (th). Setiap bahan bakar memiliki nilai kalor yang berbeda sehingga efisiensi termal yang dihasilkan juga akan berbeda pula. Secara teoritis efisiensi termal bahan bakar dinyatakan dalam persamaan :

    )5.2.........(..................................................%.........100Bhp

    xQmbb

    th

    merupakan laju aliran bahan bakar (kg/s) dan Q nilai bahan bakar. Nilai kalor adalah jumlah energi panas maksimum yang dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi pembakaran sempurna per satuan massa atau volume bahan bakar. Nilai kalor bawah (NKB) atau low heat value (LHV).

    2.4 Perhitungan Heat Exchanger 2.4.1 Konduksi

    Konduksi adalah perpindahan panas tanpa disertai perpindahan bagian-bagian zat perantaranya, dimana energi panas dipindahkan dari satu molekul ke molekul lain dari benda tersebut, dengan rumus:

    =

    ....(2.6)

    2.4.2 Konveksi

    Konveksi adalah perpindahan panas dimana molekul-molekul benda membawa energi

    panas dari satu titik ke titik lainnya. Umumnya pada benda cair dan gas.Perpindahan konveksi dibagi menjadi dua, yaitu konveksi paksa merupakan perpindahan yang dilakukan secara

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 9

    paksa dengan bantuan alat, dan konveksi bebas/alami merupakan perpindahan panas tanpa ada factor dari luar karena ada buoyancy force. Dengan rumus Besarnya laju perpindahan panas dapat dirumuskan:

    = ()...(2.7)

    Persamaan untuk overall heat transfer coefficient:

    =

    ....(2.8)

    = ..(2.9)

    2.4.3 NTU efectifnes Untuk menentukan effectiveness dari heat exchanger, pertama harus ditentukan perpindahan panas maksimum (qmax) dari heat exchanger. Untuk Cc < Ch

    = ( )..(2.10)

    Untuk Ch < Cc = ( ).....(2.11)

    Sehingga dapat ditulis, sebagai berikut :

    = ( ).(2.12)

    Dimana Cmin adalah nilai yang terkecil antara Cc dan Ch. Effectiveness adalah perbandingan antara perpindahan panas sebenarnya dengan

    perpindahan panas maksimum, dengan rumus :

    =

    .(2.13)

    Dari persamaan perpindahan panas, dimana = ( ) didapatkan effectiveness

    = ()

    ()..(2.14)

    Atau

    = ()

    ()...(2.15)

    Nilai effektiveness antara 0 1. Effectiveness sangat berguna untuk menentukan perpindahan panas jika yang diketahui adalah , Thi, Tci dengan rumus :

    = ( )..(2.16) Dan untuk semua heat exchanger dapat di simpulkan bahwa

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 10

    = ,

    ....(2.17)

    Dimana Cmin / Cmax adalah Cc / Ch atau Ch / Cc tergantung dari besarnya kapasitas perpindahan panas antara fluida panas dan dingin. NTU (number of transfer units) adalah besaran tanpa dimensi yang biasanya digunakan untuk menganalisis heat exchanger.

    =

    ..(2.18)

    Pada buku incopera digambarkan korelasi antara NTU dan effectivenes, dan untuk compact heat exchanger korelasinya sebagai berikut:

    Gambar 2.6 Grafik effektivnes fungsi NTU untuk crosflow heat exchanger

    a) both fluid flow unmixed b) one fluid mixed and the other unmixed

    2.4.4 Compact Heat Exchanger Compat heat exchanger digunakan saat dibutuhkan luasan perpindahan panas per unit volume yang besar dan salah satu fluidanya adalah gas. Banyak susunan yang berbeda baik dari pipa maupun platenya, dimana perbadaanya pada susunan fin dan desainnya. Berikut beberapa contoh

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 11

    Perpindahan panas pada compact heat exchanger merupakan korelasi antara Colburn j factor jH = St Pr

    2/3 dan Reynold number, dimana (St = h/Gcp) dan Reynold (Re = GDh/) berdasarkan maximum mass velocity

    = . =.

    =

    =

    ......................................(2.19)

    Pada gambar dibawah ditunjukan korelasi antara Colburn faktor dan friction factor terhadap Reynold number pada circular tube heat exchanger

    Gambar 2.7 Tipe Compact heat exchanger (a).Flat tubes,continuous plate fin (b).Circular tubes, continuous plate fin (c) Circular tubes, circular fin (d) Plate fin ( single pass ) (e) Plate fin ( multipass )

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 12

    Gambar 2.7 Heat transfer dan friction factor untuk circular tube - circular fin heat exchanger

    Gambar 2.8 Heat transfer dan friction factor untuk circular tube - continous fin heat

    exchanger

    2.5 Penelitian Terdahulu 2.5.1 George Thomas Hall dan James Edwin Marthinuss Jr Pada artikel George Thomas Hall dan James Edwin Marthinuss Jr yang berjudul Air Cooled Heat Exchanger Design meneliti tentang pengaruh beberapa parameter yang menjadi

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 13

    pertimbangan untuk design HE meliputi perpindahan panas, pressure drop, ukuran dan berat. Hasil penelitian sebagai berikut:

    Gambar 2.9 Grafik Heat transfer per unit pressure drop fungsi Reynold number untuk beberapa jenis fin

    Gambar 2.10 Grafik Heat transfer per height fungsi Reynold number untuk beberapa jenis fin

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 14

    Dari gambar 2.8 dapat diketahui bahwa untuk pressure drop yang sama, perpindahan panas yang paling baik adalah fin lurus, sedangkan untuk tinggi yang sama perpindahan panas yang paling baik adalah pin fin. Tabel 2.1 Perbandingan semua parameter.

    Fin Configuration P Size Weight Cost Average

    Straight 1 5 4 2 3

    Offset 4 3 3 4 3.5

    Pin 5 1 5 1 3

    Wavy 3 4 2 3 3

    Louver 2 2 1 5 2.5

    Kesimpulan dari artikel ini adalah untuk beberapa parameter yang diteliti, yang terbaik adalah Louver fin. 2.5.2 C. Oliet dan A. Oliva C. Oliet dan A. Oliva meneliti beberapa parameter yang mempengaruhi performa dari salah satunya adalah fin pitch/ jarak antar pitch

    Gambar 2.11 Pengaruh fin pitch terhadap kapasitas pendinginan dan presure drop

    Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa semakin kecil fin pitch maka kapasitas pendinginannya semakin besar, tetapi pressure drop juga akan semakin besar. Dan dengan semakin besar laju aliran udara maka akan semakin besar pendinginan tetapi pressure drop juga akan semakin tinggi 2.5.3 A. R. Esmaeili Sany dan M. H. Said A. R. Esmaeili Sany dan M. H. Said meneliti tentang performa radiator pada mobil menggunakan -NTU method dan juga secara experimental dengan salah satu hasilnya sesuai dengan grafik berikut.

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 15

    Gambar 2.12 Grafik perpindahan panas pada radiator fungsi kecepatan mobil

    Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa semakin cepat laju mobil maka heat transfer pada radiator akan meningkat

    Gambar 2.13 Grafik perpindahan panas pada radiator terhadap Reynold Number

    Pada grafik diatas dapat diketahui bahwa semakin besar nilai Reynold Number maka akan semakin besar heat transfer yang terjadi pada radiator

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 16

    BAB III METODOLOGI

    Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental untuk mengetahui pengaruh perubahan luasan heat exchanger terhadap performa dari mesin bensin. Metode yang digunakan adalah dengan memvariasikan luasan radiator yang digunakan dengan mesin besin putaran variable (variable speed test) mulai dari 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000 dan 5500 rpm dengan bukaan katup penuh ( fully open throttle ) Pengujian dilakukan membuka throttle secara penuh, dan putaran divariasikan dengan mengatur beban dengan water brake dynamometer. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh luasan heat exchanger terhadap performa mesin. 3.1 Diagram alir Percobaan Pada digram alir di bawah ini akan ditunjukkan urutan dari percobaan yang akan dilakukan:

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 17

    3.2 Pengujian Engine 3.2.1 Peralatan Pengujian Peralatan uji yang digunakan dalam penelitian antara lain, sebagai berikut : 1. Mesin bensin 4 langkah 650 cc, 2 silinder 2. Blower

    Digunakan untuk membantu pendinginan mesin selama pengujian agar tidak terjadi overheating

    3. Pompa air 4. Alat ukur

    Alat ukur yang digunakan selama pengujian terdiri dari: Waterbrake Dynamometer Stop watch Tabung ukur waktu konsumsi bahan bakar Strobotester ( alat ukur putaran mesin ) Thermocouple dan thermometer digital Rotameter Pressure gage

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 18

    3.2.2 Skema Pengujian

    Gambar 3.1 Skema alat uji

    Gambar 3.2 Skema Pengujian

    Keterangan Titik Pengukuran: 1. Temperatur dan Tekanan masuk Radiator

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 19

    2. Flow udara 3. Temperatur dan Tekanan keluar Radiator 4. Temperatur masuk mesin 5. Flow coolant 6. Temperatur keluar mesin 7. Temperatur Block mesin 8. Temperatur Knalpot

    Selain pada system pendinginan diambil juga data : 9. Flow bahan bakar 10. Torsi

    3.2.3 Data Radiator Standard Dari pengkuran dimensi radiator di Laboratorium TPBB didapatkan data ukuran

    radiator sebagai berikut : Tabel 3.1 Data radiator yang digunakan di Laboratorium

    No Data Nilai 1 Tipe radiator Compact heat exchanger circular tube continuous fin

    2 Volume radiator PxLxT = 495mm x38.1mmx255mm 3 Diameter tube 6 mm 4 Panjang tube 255 mm 5 Jumlahbaris tube 2 6 Jumlah tube tiapbaris 26 7 Jarakantar tube 11 mm 8 Jumlah tube arahtransfersal 2 9 Jumlah tube arah longitudinal 26 10 Tebal fin 0.3 mm 11 Jumlah fin 192 12 Panjang fin 495 mm 13 Lebar fin 16 mm

    Gambar 3.3 Sketsa radiator yang digunakan 3.2.4 Rancanga Eksperimen

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 20

    Pengujian dilakukan dengan 2 buah variasi radiator yang memilik bentuk geometri yang berbeda yaitu louver fin dan straight fin, seperti gambar berikut :

    Gambar 3.4 Variasi radiator yang digunakan a) Radiator dengan straight fin, b) Radiator dengan louver fin

    Tabel 3.1 Data Pengujian Putaran (rpm)

    Radiator Mesin Water break Tin Tout Tin Tout Tsilinder

    block Torsi putaran

    5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000

    3.2.3 Tahapan Pengujian

    a b

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 21

    Pada penelitian ini, pengujian mesin sinjai dilakukan dengan variasi luasan heat exchanger. Dan pengujian dilakukan pada kondisi full open throttle dengan variasi kecepatan menggunakan beban Waterbrake Dynamometer. Pengujian dilakukan menggunakan dua tahapan, yaitu: A. Persiapan pengujian

    1. Memeriksa kondisi fisik mesin, minyak pelumas, system pendinginan, system pemasukan bahan bakar, dan system kelistrikan.

    2. Memeriksa kondisi air yang digunakan untuk pembebanan Waterbrake Dynamometer. 3. Memeriksa alat ukur yang akan digunakan. 4. Memeriksa tambel pengambilan data.

    B. Pengujian Percobaan ini dilakukan pada putaran mesin yang bervariasi mulai dari putaran 2000 rpm

    hingga 5000 rpm . Pengaturan putaran mesin dilakukan melalui pembebanan Waterbrake Dynamometer yang telah dikople dengan poros mesin sinjai dengan menggunakan air. Berikut adalah langkah langkah yang dilakukan untuk pengujian: 1. Menghidupkan mesin Sinjai, kemudian dibiarkan dalam keadaan idle selama 10 menit

    untuk mencapai kondisi steady state. 2. Membuka katup bahan bakar secara penuh ( full open throttle). Pada kondisi ini putaran

    mesin sebesar 5500 rpm dan merupakan putaran maksimum dari mesin Sinjai. Pada putaran maksimum tidak diberikan beban melalui Waterbrake Dynamometer.

    3. Jika putaran mesin telah stabil maka pencatatan data dapat dilakukan meliputi data putaran mesin (rpm), putaran poros waterbrake dynamometer (rpm), torsi (Nm), waktu konsumsi bahan bakar (detik), temperature keluar dan masuk radiator (oC), temperature keluar dan masuk mesin (oC), temperature engine block (oC), temperature gas buang (oC) tekanan keluar dan masuk radiator (Pa), kapasitas aliran coolant (lpm), kecepatan udara (m2/s)

    4. Setelah pengambilan data selesai beban air dialirkan ke waterbrake dynamometer sehingga putaran mesin akan turun. Putaran mesin di turunkan dalam beberapa tahap mulai dari 5000 rpm, 4500 rpm, 4000 rpm, 3500 rpm, 3000 rpm, 2500 rpm dan 2000 rpm dengan cara mengontrol air yang melalui waterbrake dynamometer.

    5. Pada setiap tahap penurunan putaran mesin dilakukan pencatatan seperti pada poin 3. 6. Ulangi langkah tersebut di atas dengan mengganti Radiator. 3.2.4 Keterangan Alat Uji

    Peralatan uji yang digunakan dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut :

    1. Mesin bensin 4 (empat) langkah dengan spesifikasi : Model : LJ276MT-2 Jumlah Silinder : 2 Silinder segaris Pendinginan mesin : Radiator Diameter x langkah : 76 x 71 mm Rasio kompresi : 9,0 : 1 Daya maksimum : 18 kW pada putaran 4500 rpm Torsi maksimum : 49 N.m pada putaran 2700 3300 rpm

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 22

    Kecepatan idle : 900 50 rpm Volume langkah : 0,322 liter per silinder

    2. Alat ukur Alat ukur yang digunakan selama pengujian terdiri dari :

    a. Waterbrake Dynamometer - Merk : DYNOmite - Ukuran : 9 single rotor absorber - Kebutuhan air : Minimum 1 G.P.M. - Tekanan air : Minimum 8 Psi - Kemampuan : Pengukuran sampai 120 Hp

    Gambar 3.4 Waterbrake Dynamometer

    b. Stop Watch - Merk : CASIO

    - Tipe : HS-3 - Akurasi : 0,01 detik

    Gambar 3.5 Stop Watch

    c. Tabung ukur waktu konsumsi bahan bakar - Merek : IWAKI pyrex - Kapasitas : 25 ml - Akurasi : 0,03 ml

  • Proposal Tugas Akhir

    Konversi Energi

    Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Sepuluh Nopember 23

    Gambar 3.6 Tabung Ukur d. Thermocouple digital

    Untuk mengukur temperatur gas buang, temperatur udara masuk, temperatur mesin, temperatur pendingin (radiator), dan temperatur minyak pelumas.

    Gambar 3.7 Thermocouple Digital

    e. Tachometer

    Gambar 3.8 Tachometer

    3.3 Grafik yang Diperoleh

    Dari penelitian ini diperoleh grafik sebagai berikut :

    1. Grafik effectiveness fungsi NTU untuk tiap radiator 2. Grafik pressuredrop fungsi flow coolant

    3. Grafik Heat rejected, BHP, Bsfc, th fungsi kecepatan mesin untuk tiap radiator

    4. Grafik Heat rejected fungsi kecepatan untuk ketiga radiator