study karakteristik pengabutan nozzle engine …
TRANSCRIPT
STUDY KARAKTERISTIK PENGABUTAN NOZZLE ENGINE
SHANGHAI SC11B220G2B1 DENGAN VARIASI TEKANAN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi Strata I
Pada Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Oleh :
DENI AZIZ
D200 150 092
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2020
2
HALAMAN PERSETUJUAN
STUDY KARAKTERISTIK PENGABUTAN NOZZLE ENGINE
SHANGHAI SC11B220G2B1 DENGAN VARIASI TEKANAN
PUBLIKASI ILMIAH
Oleh:
DENI AZIZ
NIM : D 200 150 092
Sudah diperikasa dan disetujui oleh:
Dosen
Pembimbing
Ir. Subroto, M.T.
i
3
HALAMAN PENGESAHAN
STUDY KARAKTERISTIK PENGABUTAN NOZZLE ENGINE
SHANGHAI SC11B220G2B1 DENGAN VARIASI TEKANAN
Oleh:
DENI AZIZ
NIM : D 200 150 092
Telah dipertahankan dihadapan Dewan Penguji
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Pada Hari Kamis 10 Februari2020
Dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Dewan Penguji:
Ketua : Ir. Subroto, M.T. (............................)
Anggota 1 : Ir. Sartono Putro, M.T. (............................)
Anggota 2 : Ir. Tri Tjahyono, M.T. (............................)
Dekan Fakultas Teknik,
Ir. Sri Sunarjono, M.T,PhD. IPM
ii
4
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam publikasi ilmiah ini, tidak
terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu
perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau
pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan orang lain, kecuali secara tertulis
diacu dalam naskah dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Apabila kelak terbukti ada ketidakbenaran dalam pernyataan saya di atas,
maka akan saya pertanggung jawabkan sepenuhnya.
Surakarta, Maret 2020
Penulis
Deni Aziz
D 200 150 092
iii
3
1
STUDY KARAKTERISTIK PENGABUTAN NOZZLE ENGINE
SHANGHAI SC11B220G2B1 DENGAN VARIASI TEKANAN
ABSTRAK
Study ini bertujuan untuk mengetahui panjang tip penetrasi pengabutan dan sudut
pengabutan nozzle dengan menggunakan variasi tekanan 100 bar, 150 bar, 200
bar, 250 bar, dan 300 bar. Pengujian dilakukan dengan cara mengatur tekanan dari
injector tester nozzle terlebih dahulu, kemudian memulai merekam pengabutan
menggunakan kamera high divination. Data karakteristik pengabutan tersebut
selanjutnya diproses menggunakan software image j untuk dapat menghasilkan
gambar pengabutan yang lebih jelas. Hasil pengukuran panjang tip penetrasi
pengabutan disetiap variasi tekanan memiliki hasil yang sama yaitu 20 cm,
sedangkan pengukuran sudut pengabutan pada tekanan 100 bar =15 , 150 bar =
17 , 200 bar =17 , 250 bar =19 , dan 300 bar =21 .
Kata kunci :Nozzle, Pengabutan, Panjang Tip PenetrasiPengabutan, Sudut
Pengabutan
ABSTRACT
This study aims to determine the length of the fission penetration tip and the
friction angle by using variations in pressure of 100 bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar
and 300 bar. The measurement is done by first adjusting the pressure of the
injector tester nozzle, then starting rocording the fading using a high divination
camera. The fog characteristics date are then processed using image j software to
produce clearer fog images. The measurement results of the fission penetration tip
length in each pressure variation have the same result which is 20 cm. The
measurement results of the fog angle at a pressure of 100 bar = 15 °, 150 bar = 17
°, 200 bar = 17 °, 250 bar = 19 °, and 300 bar = 21 °.
Keywords: Nozzle, fogging, fog tip penetration length, fogging angle
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Diesel Engine adalah jenis motor bakar torak yang biasanya disebut Motor
Pembakaran Dalam (internal combustion engine). Pembakaran yang terjadi
dalam ruang bakar dilakukan dengan cara menyemprotkan bahan bakar kedalam
silinder motor yang terisi dengan udara yang bertekanan dan bertemperatur
tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi.
Salah satu komponen utama sistem pembakaran diesel engine yaitu
nozzle, berfungsi sebagai pengabut. Nozzle pada diesel engine berfungsi untuk
2
menyalurkan bahan bakar kedalam selinder pada akhir langkah kompresi saat
piston berada pada 14° sebelum TMA, pada langkah ini nozzle menyemprotkan
bahan bakar dalam bentuk kabut secara berkala dan teratur sesuai firring order.
Nozzle didalam mekanismenya dibantu oleh komponen–komponen penunjang
agar mendapatkan kinerja maksimal di dalam mengabutkan bahan bakar. Apabila
pengabutan nozzle tidak mencapai standarnya, maka akan menyebabkan yang
tidak maksimal dan menyebabkan emisi gas buang menjadi berlebih.
1.2 Rumusan Masalah
1. Bagaimana mengetahui pengujian panjang tip penetrasi pengabutan Nozzle
pada tekanan 100 bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar Engine
Shanghai SC11CB220G2B1.
2. Bagaimana mengetahui pengujian sudut pengabutan Nozzle pada tekanan 100
bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar Engine Shanghai
SC11CB220G2B1.
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan laporan Tugas Akhir ini adalah :
1. Mengetahui pengujian panjang tip penetrasi pengabutanNozzle pada tekanan
100 bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar Engine Shanghai
SC11CB220G2B1.
2. Mengetahui pengujian sudut pengabutan Nozzle pada tekanan 100 bar, 150
bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar Engine Shanghai SC11CB220G2B1.
1.4 Batasan Masalah
1. Menganalisa panjang tip penetrasi pengabutan NozzleEngine Shanghai
SC11CB220G2B1.
2. Menganalisa sudut pengabutan NozzleEngine Shanghai SC11CB220G2B1.
2. METODE
2.1 Pembakaran Diesel Engine
Pembakaran merupakan suatu proses reaksi kimia anrtara suatu bahan
bakar dengan oksidan disertai dengan produksi panas yang kadang disertai cahaya
3
dalam bentuk api. Yang mempengaruhi pembakaran diesel engine adalah bahan
bakar, oksigen, dan panas.
Gambar 1 Pembakaran Diesel Engine
Pembakaran diesel engine berlangsung dalam empat periode sebagai berikut :
1) Pembakaran tertunda (Ignition Delay) (A-B)
Tahap ini merupakan persiapan sebelum terjadi pembakaran. Bahan bakar
disemprotkan (mulai dari titik A) oleh nozzle berupa kabut ke udara panas
dalam ruang bakar dan bercampur sehingga menjadi campuran yang mudah
terbakar. Pada tahap ini bahan bakar belum terbakar atau dengan kata lain
pembakaran belum dimulai. Pembakaran akan mulai pada titik B.
Peningkatan tekanan terjadi secara konstan karena piston terus bergerak ke
TMA.
2) Rambatan api (Explosive combustion period) (B-C)
Campuran bahan bakar dan udara yang mudah terbakar telah terbentuk dan
merata diseluruh bagian dalam silinder. Awal pembakaran mulai terjadi
dibeberapa bagian dalam silinder. Pembakaran ini berlangsung sangat cepat
sehingga terjadi letupan. Letupan ini berakibat tekanan dalam silinder
meningkat dengan cepat pula.
3) Pembakaran langsung (Direct combustion period) (C-D)
Injektor nozzle terus menyemprotkan bahan bakar dan berakhir pada titik D.
Karena injeksi bahan bakar terus berlangsung maka tekanan beserta suhu
4
tinggi akan terus berlanjut di dalam silinder. Akibatnya bahan bakar yang
disemprotkan akan langsung terbakar oleh panas. (titik D adalah tekanan
maksimum yang dicapai dalam proses dalam pembakaran tersebut).
Pembakaran dikontrol oleh jumlah bahan bakar yang disemprotkan, sehingga
tahap ini dapat disebut juga tahap pengontrolan bahan bakar.
4) Pembakaran sisa (post-combustion period) (D-E)
Pada titik D injeksi bahan bakar sudah berhenti, namun bahan bakar belum
terbakar seluruhnya. Pada periode (dari titik D-E) ini sisa bahan bakar dan
udara yang belum terbakar diharapkan akan terbakar seluruhnya. Apabila
tahap ini terlalu panjang akan menyebabkan suhu gas buang meningkat dan
effisiensi pembakaran menjadi berkurang.
2.2 Nozzle
Nozzle bahan bakar disebut juga dengan pengabut atau ada yang menyebut
dengan injektor. Disebut injektor karena tugas dari komponen ini adalah
menginjeksikan bahan bakar, dan disebut pengabut karena bahan bakar yang
keluar dari komponen ini dalam bentuk kabut, sedangkan disebut nozzlekarena
ujung komponen ini luas penampangnya makin mengecil.
2.2.1 Fungsi nozzle
Nozzle berfungsi untuk mengabutkan bahan bakar dari fuel injection pump
(fip) ke dalam silinder pada setiap akhir langkah kompresi dimana torak
mendekati posisi TMA. Injektor yang dirancang sedemikian rupa merubah
tekanan bahan bakar dari fuel injection pump (fip) yang bertekanan tinggi untuk
membentuk kabut dengan tekanan minimum 60 kg/cm2 dan tekanan maksimum
200 kg/cm2. Tekanan ini mengakibatkan peningkatan suhu pembakaran didalam
silinder meningkat menjadi 600 .
Pengabutan bahan bakar ini hanya berlangsung satu kali pada setiap
siklusnya yakni pada setiap akhir langkah kompresi dalam kapasitas tertentu.
Nozzle dilengkapi dengan jarum yang berfungsi untuk menutup atau membuka
saluran, bahan bakar yang tidak mengabut akan dialirkan kembali ke tangki bahan
bakar sebagai kelebihan aliran (overflow).
5
2.3 Panjang Tip Penetrasi Pengabutan
Penetrasi pengabutan secara efektif dapat meningkatkan atomisasi,
mencapai bahan bakar yang mudah terbakar dan mengoptimalkan kinerja
pembakaran dan emisi. Standar panjang tip penetrasi dari diesel engine yaitu 16
cm – 20 cm, semakin besar tekanan maka kecepatan pengabutan akan naik.
Apabila panjang tip penetrasi dibawah standar maka konsumsi bahan bakar yang
diperlukan menjadi berkurang dan menyebabkan penurunan pada daya motor,
dan apabila panjang tip penetrasi melebihi standar akan terjadi periode
pembakaran yang lama, akan mengakibatkan sebagian bahan bakar belum sempat
terbakar dan keluar melalui katub buang, karena faktor katub buang yang sudah
mulai terbuka. Hal ini menyebabkan bahan bakar menjadi boros .
(Sumber : Borman, 1998)
2.4 Sudut Pengabutan
Sudut pengabutan merupakan sudut yang terjadi akibat tekanan ini
melebihi kekuatan pegas, maka nozzle needle akan terdorong keatas oleh tekanan
bahan bakar dan nozzle needle terlepas dari nozzle body seat. Kejadian ini
menyebabkan nozzle menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar. Sudut satndar
diesel engine adalah 14 -19 . Apabila sudut pengabutan melebihi standar, maka
akan menaikkan efisiensi tehadap penggunaan bahan bakar sehingga
menyebabkan keborosan bahan bakar. Apabila sudut pengabutan dibawah standar,
maka akan terjadi pembakaran yang tidak maksimal.
(Sumber :Borman, 1998)
6
2.5 Diagram Alir Pelaksanaan
Gambar 2 Diagram Alir Pelaksaan
2.6 Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada pengujian karakteristrik
penyemprotan nozzle antara lain :
1. Nozzle
2. Injector Tester Nozzle
3. Akrilik Berbentuk Kotak
4. Kamera
Mulai
Studi Literatur
Alat dan Bahan
Panjang Tip Penetrasi
Pengabutan
Sudut Pengabutan
Tekanan 100 bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, 300 bar
Hasil Pengujian
Selesai
Kesimpulan
Pengujian
7
Gambar 3 Skema Alat Pengujian
Keterangan :
1. Nozzle
2. Pressure Gauge
3. Katup Shut Off
4. Tangki bahan bakar
5. Tuas
6. Akrilik
7. Kamera
2.7 Pelaksanaan Pengujian
Pada pelaksanaan pengujian ini dilakukan terlebih dahulu dengan
membuat simulasi alat pengabutan bahan bakar yang menyerupai sistem
pengabutan pada diesel engine. Simulasi alat pengabutan yang dibuat terdiri dari
akrilik yang berbentuk balok dilengkapi dengan nozzle pada bagian samping dan
injector tester nozzle sebagai sumber tekanan. Kemudian bahan bakar
disemprotkan pada balok akrilik bagian dalam tersebut melalui nozzle dan dengan
tekanan 100 bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar. Pada bagian dinding
akrilik tersebut dipasang kamera yang berfungsi untuk merekam proses
pengabutan bahan bakar tersebut. Kamer high divination (HD) digunakan pada
pengukuran ini agar data yang diperoleh memiliki tingkat keakuratan yang tinggi.
1
2
4
5
6
7
3
8
Adapun skema dari simulasi alat pengabutan bahan bakar ini seperti terlihat pada
gambar berikut ini.
Gambar 4 Pelaksanaan Pengujian
Data yang ingin diperoleh dari pengujian ini meliputi data panjang tip
penetrasi pengabutan (L), dan sudut pengabutan (𝞱) dengan variasi tekanan 100
bar, 150 bar, 200 bar, 250 bar, dan 300 bar. Diharapkan dapat diketahui
karakteristik pengabutannozzle tersebut dan perbedaan disetiap variasi tekanan.
Pengujian dilakukan dengan mengatur tekanan dari injector tester
nozzleterlebih dahulu, kemudian menekan tuas injector tester nozzle. Dan
memulai merekam proses pengukuran tersebut menggunakan kamera high
divination (HD). Setelah didapat perekaman karakteristik pengabutan tersebut,
kemudian diproses menggunakan software Image Jguna mendapatkan hasil data
yang lebih akurat.
Untuk dapat menentukan nilai dari panjang tip penetrasi pengabutan (L)
dan sudut pengabutan (𝞱), data mentah dari pengamatan video rekaman kamera
kemudian diubah dalam format (jpg). Gambar 5 menunjukan salah satu hasil
pengukuran yang telah diubah menjadi format gambar (jpg).
9
Gambar 5 Pengolahan Data Awal Pengabutan Dengan Software
Image J
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Hasil pengujian
3.1.1 Hasil pengujian pada tekanan 100 bar
Gambar 6 Hasil Pengujian Pada Tekanan 100 Bar
Dari dari gambar 6 hasil pengujian pada tekanan 100 bar didapatkan
panjang tip penetrasi pengabutan sebesar 20 cm, dengan sudut pengabutan 15 .
Dan pada tabel 1 didapatkan waktu tempuh 0,44 s dengan kecepatan 33,9 m/s
3.1.2 Hasil pengujian pada tekanan 150 bar
Gambar 7 Hasil Pengujian Pada Tekanan 150 Bar
15
17
10
Dari gambar 7 hasil pengujian pada tekanan 150 bar didapatkan panjang tip
penetrasi pengabutan sebesar 20 cm, dengan sudut pengabutan 17 . Dan pada
table 1 didapatkan waktu tempuh 0,38 s dengan kecepatan 35,8 m/s.
3.1.3 Hasil pengujian pada tekanan 200 bar
Gambar 8 Hasil Pengujian Pada Tekanan 200 Bar
Dari gambar 8 hasil pengujian pada tekanan 200 bar didapatkan panjang tip
penetrasi pengabutan sebesar 20 cm, dengan sudut pengabutan 17 . Dan pada
tabel 1 didapatkan waktu tempuh 0,28 s dengan kecepatan 43,5 m/s.
3.1.4 Hasil pengujian pada tekanan 250 bar
Gambar 9 Hasil Pengujian Pada Tekanan 250 Bar
Dari gambar 9 hasil pengujian pada tekanan 250 bar didapatkan panjang tip
penetrasi pengabutan sebesar 20 cm, dengan sudut pengabutan 19 . Dan pada
tabel 1 didapatkan waktu tempuh 0,25 s dengan kecepatan 44,4 m/s.
17
19
11
3.1.5 Hasil pengujian pada tekanan 300 bar
Gambar 10 Hasil pengujian pada tekanan 300 bar
Dari gambar 10 hasil pengujian pada tekanan 300 bar didapatkan panjang
tip penetrasi pengabutan sebesar 20 cm, dengan sudut pengabutan 21 . Dan pada
tabel 1 didapatkan waktu tempuh 0,21 s dengan kecepatan 45,5 m/s.
Tabel 1 Data Hasil Pengujian
No Tekanan
P
(Bar)
Sudut
𝞱 (Deg)
Jarak
L
(cm)
Waktu
t
(s)
Kecepatan
v
(m/s)
1 100 15 20 0,44 33,9
2 150 17 20 0,38 35,8
3 200 17 20 0,28 43,5
4 250 19 20 0,25 44,4
5 300 21 20 0,21 45,5
21
12
Gambar 11 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Panjang Tip Penetrasi
Pengabutan
Gambar 12 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Sudut Pengabutan
0
5
10
15
20
25
100 Bar 150 Bar 200 Bar 250 Bar 300 Bar
Jara
k (c
m)
Tekanan (P)
0
5
10
15
20
25
100 Bar 150 Bar 200 Bar 250 Bar 300 Bar
Sud
ut
(Deg
)
Tekanan (P)
13
Gambar 13 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Waktu Tempuh
Gambar 14 Grafik Pengaruh Tekanan Terhadap Kecepatan
Pengabutan
3.1.6 Pembahasan
1. Dari pengujian panjang tip penetrasi pengabutan disetiap variasi tekanan
memiliki hasil yang sama yaitu 20 cm. Standar pajang tip penetrasi
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
100 Bar 150 Bar 200 Bar 250 Bar 300 Bar
Wak
tu T
emp
uh
(s)
Tekanan (P)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
100 Bar 150 Bar 200 Bar 250 Bar 300 Bar
Ke
cep
ata
n (
m/s
)
Tekanan (P)
14
pengabutan diesel engine adalah 16 cm – 20 cm. Apabila dibawah standar
maka konsumsi bahan bakar yang diperlukan menjadi berkurang dan
menyebabkan penurunan pada daya motor, dan apabila melebihi standar akan
terjadi periode pembakaran yang lama, dan mengakibatkan sebagian bahan
bakar belum sempat terbakar akan keluar melalui katub buang, karena faktor
katub buang yang sudah mulai terbuka. Hal ini menyebabkan bahan bakar
menjadi boros.
2. Standar sudut pengabutan diesel engine adalah 14 -19 . Dari pengujian sudut
pengabutan didapatkan hasil yang melebihi standar, yaitu pada tekanan 300
bar dengan sudut 21 maka akan terjadi kenaikan efisiensi terhadap
penggunaan bahan bakar sehingga menyebabkan keborosan bahan bakar.
Apabila sudut pengabutan dibawah standar, maka akan terjadi pembakaran
yang tidak maksimal.
3. Dari grafik diatas tekanan berpengaruh terhadap sudut pengabutan, waktu
tempuh, dan kecepatan pengabutan. Semakin besar tekanan maka akan terjadi
kenaikan pada sudut pengabutan, waktu tempuh, dan kecepatan pengabutan.
4. PENUTUP
4.1 Kesimpulan
Dari hasil pengukuran diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Hasil pengujian panjang tip penetrasi pada tekanan 100 bar, 150 bar, 200 bar,
250 bar, dan 300 bar didapatkan hasil yang sama yaitu 20 cm. Standar
panjang tip penetrasi pada diesel engine yaitu 16 cm – 20 cm. Maka hasil
pengukuran tersebut memenuhi standar.
2. Hasil pengujian sudut pengabutan pada tekanan 100 bar =15 , 150 bar = 17 ,
200 bar =17 , 250 bar =19 , dan 300 bar =21 . Standar sudut pengabutan dari
diesel engine yaitu 14 -19 . Terdapat sudut pengabutan yang melebihi standar
yaitu pada tekanan 300 bar dengan sudut 21 , maka bahan bakar menjadi
boros.
15
4.2 Saran
Adapun beberapa saran yang dapat disampaikan :
1. Sebaiknya melakukan pemeriksaan secara berkala dan memperhatikan
mekanisme pengabutan Nozzle untuk menjaga kondisi engine agar tetap
maksimal.
2. Untuk melakukan pengujian selanjutnya, maka sebaiknya menggunakan alat
ukur yang lebih baik dan akurat sehingga dapat dibuat analisis yang lebih
akurat.
DAFTAR PUSTAKA
Borman, GL. and Rangland, K.W., 1998. Combustion Engineering, Mc Graw Hill
Publishing Co, New York.
Mechanic Development. 2004. Perawatan. Jakarta: PT. Pama Persada Nusantara.
Kristanto, P. 2015. Motor Bakar Torak-Teori & Aplikasinya. Yogyakarta: Andi.
Liguang,etal.2007. Experimental study of the spray characteristics of
biodiesel.Journal homepage:www.elsevier.com/locate/biotechad.
SudarmantaBambang, etal.2005,Transesterifikasi crude palm oil dan uji
karakteristik semprotan menggunakan injector motor diesel. Skripsi.
ITS,Surabaya.