bab iii metodologi penelitian 3.1 metodologieprints.umm.ac.id/41892/4/bab 3.pdf · bab iii...
TRANSCRIPT
25
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metodologi
Metodologi yang di gunakan dalam memodifikasi mesin diesel tipe
CROWN CD-20 ini adalah sebagai berikut:
1. Menganalisa mesin standart
Analisa ini merupakan langkah awal yang bertujuan untuk mengetahui
secara langsung bentuk mesin diesel crown cd 20 serta spesifikasi daya dan torsi
serta ukuran dari komponen - komponen mesin standart.
2. Memodifikasi mesin
Dari analisa spesifikasi mesin standart dapat dilanjutkan pada
memodifikasi bagian komponen mesin diesel yang bertujuan untuk menaikan
daya dan torsi pada mesin. Dalam penelitian ini yang dimodifikasi pada mesin
diesel crown cd 20 adalah bagian crank offset dari 27 mm menjadi 27,4 mm.
Crank offset adalah panjang dari sumbu titik tengah crank shaft sampai ke sumbu
titik tengah batang conecting rod yang menghubungkan antara conecting rod
dengan crank shaft. Gambar crank offset dapat dilihat pada gambar 3.1 dengan
tanda huruf (a).
26
Gambar 3.1 gambar crank offset ditandai dengan huruf a
http://jendohotomotif.wordpress.com/category/uncategorized/
3. Perhitungan dan pembahasan
Setelah menentukan bagian komponen yang dimodifikasi dilanjutkan
dengan perhitungan parameter engine untuk mengetahui berapa daya dan torsi
yang dihasilkan serta pertambahan volume silinder
4. Membandingkan hasil perhitungan mesin yang dimodifikasi dengan mesin
standart
Dari perhitungan mesin yang sudah dimodifikasi dapat diketahui
perbandingan perubahan spesifikasi mesin diesel standart dengan mesin diesl
yang sudah dimodifikasi.
27
5. Kesimpulan
Setelah membandingkan data spesifikasi mesin diesel standart
dengan yang sudah dimodifikasi dapat diambil kesimpulan dari pengaruh
panjang crank offset untuk kenaikan daya dan torsi pada mesin diesel.
28
3.2 Diagram Alir
Menganalisis data
spesifikasi mesin standart
Membandingkan hasil penelitian mesin
standart dengan mesin yang sudah dimodifikasi
selesai
Memodifikasi mesin diesel
Mulai
kesimpulan
Pembahasan
Hasil Penelitian
29
3.3 Spesifikasi Mesin Diesel
Mesin diesel crown CD-20 merupakan mesin diesel tipe 1 silinder dengan
sistem berpendingin udara dan siklus pembakaran dengan 4 langkah yang
tergolong mesin diesel dengan kapasitas kecil karena daya dan torsi yang
dihasilkan tidak terlalu besar. Spesifikasi mesin diesel crown CD-20 dapat dilihat
pada tabel 3.1
Tipe engine Crown CDF 20, pendingin udara, 1
silinder, SOHC, 4 langkah
Diameter x langkah 70 x 54
Isi silinder (cc) 207,8
Volume ruang bakar (cc) 12,22
Tenaga max (hp) 3
Putaran max (rpm) 3000
Konsumsi bahan bakar (ml/hp/h) 235
Starter systim Recoil stater
Arah putar dilihat dari flywheel Searah jarum jam
Sistim pendinginan Air cooler
Kapasitas tanki bahan bakar (L) 3
Kapasitas oli 0,7
Dimensi P x L x T (mm) 395 x 305 x 361
Berat besih (kg) 20
Siklus pembakaran 4 langkah
Ruang bakar Kamar muka
3.1 Tabel Spesifikasi Motor Diesel
Buku spesifikasi mesin diesel crown cdf-20
30
3.4 Parameter engine
Parameter menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin. Secara umum
torsi berbanding lurus dengan volume langkah sedangkan volume langkah
dipengaruh dari jarak crank offset dan crank angle. Parameter tersebut relatif
penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi
kecepatan operasi dan tingkat pembebanan
Gambar 3.2 Parameter Engine
Buku (Williard W. Pulkrabek:36)
31
3.4.1 Kecepatan Piston Rata-rata
Pergerakan piston dari TMA-TMB tentu memiliki kecepatan , tepat dititik
TMA – TMB kecepatan piston adalah nol dan tercepat di tengah-tengah langkah.
Oleh karena itu kecepatan piston ditunjukkan oleh kecepatan rata-rata dengan
rumus: (Williard W. Pulkrabek:35).
UP = 4SN
Dimana S = Stroke
N = Putaran mesin
3.4.2 Jarak Antara Sumbu Poros Engkol Dengan Sumbu Poros Pin Pada
Piston Dapat diitulis : (Williard W. Pulkrabek:37).
s = √
3.4.3 Rasio Kecepatan Piston Seketika Dibagi Dengan Kecepatan Piston
Rata- rata Dapat Ditulis : (Williard W. Pulkrabek:37).
=(
) √
Dimana R = r/a
R adalah Rasio yang menghubungkan panjang connecting rod dengan
panjang crank offset.
32
Gambar 3.3. Grafik Efek R Pada UP/ŪP
Buku (Williard W. Pulkrabek:37)
3.5 Kapasitas Engine (Volume Efektif)
Kapasitas mesin (displacement) dengan satuan (V) adalah menghitung
sebuah volume yang didapat dari perbindahan piston dari TMB menuju TMA,
dimana untuk menghitung volume tersebut, bisa dihitung dengan sebuah rumus :
(Williard W. Pulkrabek:38)
V =
Keterangan :
B : Diameter silinder (cc)
S : Langkah (cc)
𝜋 : Rumus absolute sebuah lingkaran
n : Jumlah silinder
33
3.5.1 Rasio Kompresi
Rasio kompresi mesin adalah perbandingan volume keseluruhan ruang-
ruang bakar (saat piston berada di puncak bawah/titik mati bawah) terhadap
volume ruang kompresi (saat piston berada dipuncakatas/titik mati atas) dengan
rumus (Williard W. Pulkrabek: 41).
=vd
vc
r = perbandingankompresi
vd = volume efektif (cc)
vc = volume sisa / volume ruang bakar (cc)
3.6 Siklus Diesel
Siklus diesel adalah siklus teoritis untuk compression-ignition engine atau
mesindiesel.Sebuah motor dengan mengkompresikan 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 diakibatakan oleh suatu
kompresi dan bukan oleh penyalaan busi seperti halnya motor cetus api (S.I
engine). Oleh karena itu motor diesel disebut motor penyalaan kompresi (C.I
engine)Karena alasan ini siklus Diesel disebut siklus tekanan konstan. (Williard
W. Pulkrabek:91).
34
Gambar 3.4 Diagram Siklus Diesel
Buku (Williard W. Pulkrabek:92)
Proses dari gambar 3.4 siklus diesel tersebut yaitu
1) Langkah (6-1) adalah langkah hisap udara, pada tekanan konstan.
2) Langkah (1-2) adalah langkah kompresi, pada keadaan isentropik.
3) Langkah (2-3) adalah langkah pemasukan kalor, pada tekanan konstan.
4) Langkah (3-4) adalah langkah ekspansi, pada keadaan isentropik.
5) Langkah (4-5) adalah langkah pengeluaran kalor, pada tekanan konstan.
6) Langkah (5-6) adalah langkah buang, pada tekanan konstan.
1) Process 6-1 Langkah hisapudara pada tekanan konstandiPokatup hisapterbuka
dankatup buangtertutup.
= ( - )
35
2) Process 1-2 langkah kompresipada keadaan isentropiksemua katuptertutup
= =
= (
= (
=
= 0
= ( - )
3) Process 2-3 langkah pemasukan kalor, pada tekanan konstan semua katup
tertutup
= = (
= (AF+1) (
=
=
Cutoff ratio didefinisikan sebagai perubahan dalam volume yang terjadi selama
pembakaran, diberikan persamaan sebagai :
β =
Efisiensi termal dari siklus diesel
36
= 1 ( - / ( -
Dengan pengaturan ulang ini dapat ditunjukkan untuk persamaan
= 1 – (1/ [( -1) / {k(β-1)}]
4) Process 3-4 langkah ekspansi, pada keadaan isentropik semua katup tertutup
= 0
= ( /
= ( /
= ( - )
5) Process 4-5 langkah pengeluaran kalor, pada tekanan konstan katup buang
terbuka dan katup hisap tertutup
= = =
= 0
= (
6) Process 5-6 adalah langkah buang, pada tekanan konstan katup buang dibuka
dan katup hisap ditutup
=
Keterangan :
AF = Rasio bahan bakar udara [Kga/KGf]
= nilai bahan bakar [kJ/kg]
R = konstanta gas [kJ/kg-K]
Q = perpindahan panas [kJ]
Po = tekanan standart [kPa] [atm]
V = Volume silinder [L] [mm3][cc]
= massa udara mengalir [kg/sec]
37
= massa bahan bakar mengalir[kg/sec]
= specifik internal energi [kj/kg]
P = tekanan [kPa] [atm]
T = temperatur [ ] [ K] [ ]
= volume spesifik/volume jenis [m3/kg]
Vtdc = cilinder volume at top dead center [L3] [cc] [mm]
v bdc = specifik volume at botom dead center [L3] [cc] [mm]
= massa campuran bahan bakar dan udara mengalir [kg]
= panas spesifik pada volume konstan [Kj/Kg-K]
= panas spesifik pada tekanan konstan [Kj/Kg-K]
= combustion eficiency
W = kerja per siklus
q = heat tansfer
= Compression ratio
β = cut off ratio
k = cp/cv
= kerja spesifik
3.7 Daya
Daya adalah kemampuan mesin untuk melakukan kerja yang dinyatakan
dalam satuan Nm/s, Watt, ataupun HP. Daya yang dihasilkan oleh mesin dapat
dinyatakan dengan rumus sebagai berikut. (Williard W.Pulkrabek :51).
P = WN/n
Keterangan :
P = Daya
P rata-rata =tekanan rata-rata (mep)
38
3.8 Torsi
Torsi bisa juga diartikan sebagai momen puntir yang diberikan pada suatu
benda, sehingga menyebabkan benda tersebut berputar. yang dinyatakan dalam
satuan kgm/kgcm atau N.m. Perhitungan torsi bisa dirumuskan sebagai berikut.
(wiranto aris munandar:24).
T =
Keterangan:
T = torsi
p = daya engine
n = putaran enginge (rpm)