Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung PERHITUNGAN EFISIENSI SIKLUS OTTO DAN PEMODELAN TORSI POROS ENGKOL SAMB4L Dani Hidayatuloh Nim.23209321 Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2011

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Produk) Kesulitan menjelaskan hal abstrak mengenai prinsip kerja motor bakar yang sebenarnya. Kurangnya fasilitas yaitu keterbatasan ketersediaan engine stand (mesin berupa bahan praktik).

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Produk) Dorongan kebutuhan metode pembelajaran alternatif melalui media pembelajaran berbasis komputer. Simulator sebagai media belajar yang bersifat interaktif, editable, mampu memproses data menjadi informasi yang akurat, visualisasi pemodelan (2D/3D) sesuai atau mendekati kenyataan yang sebenarnya.

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Produk) Diperlukan simulator yang dapat menjelaskan prinsip kerja motor bakar. Karakteristik simulator yang representatif menjawab masalah adalah dengan spesifikasi : motor bakar 4 langkah merk Toyota 4K -OHV

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Produk) Latar belakang nilai kebutuhan dibuat simulator dengan spesifikasi motor bakar 4 langkah merk Toyota 4K –OHV, yaitu. - Konvensional = nilai dasar. - Tipe mesin Toyota 4K – OHV sangat populer  kemudahan servis, mesin “bandel” dan lain-lain.

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Tesis) Motor Bakar 4 Langkah merupakan Heat Engine yang sangat kompleks untuk disimulasikan. Hal ini menyangkut requirement-requirement sbb. Motor bakar ini sebagai proses konversi termodinamika dan kimia menjadi mekanis yang sifatnya abstrak.

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Tesis) Perhitungan termodinamika teoritis = pendekatan bersifat ideal, artinya tidak semua parameter perhitungan sesuai kondisi nyata. Dengan membahasakannya secara sederhana, maka hal ini menyangkut 2 variabel utama. Udara, bagaimana pengelolaannya? Bahan bakar, bagaimana pengelolaannya? Relasi udara & bahan bakar terhadap sistem motor bakar ?

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Tesis) Bagaimana menganalisis sistem motor bakar (dengan spesifikasi motor bensin 4 langkah, 4K –OHV) ? Sistem bahan bakar ? Sistem pengapian ? Sistem pendinginan ? Sistem pelumasan ? Sistem starter ? Sistem pengisian ?

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Tesis) Bagaimana menganalisis kerja mekanis komponen, seperti. Mekanisme poros engkol ? Mekanisme torak ? Mekanisme katup ?

LATAR BELAKANG MASALAH (Terkait Tesis) Bagaimana relasi termodinamika terhadap sistem motor bakar yang bekerja secara mekanis ? Sampai dihasilkan parameter keluaran: Daya ? Torsi ? Konsumsi bakar ? Emisi gas buang ? Rpm ?

LATAR BELAKANG MASALAH (Relasi Produk dan Tesis) Diperlukan analisis perhitungan termodinamika untuk menetapkan perancangan dan pemodelan simulasi motor bakar yang mendekati kondisi sebenarnya. Pemodelan torsi poros engkol mewakili analisis relasi perhitungan termodinamika terhadap perhitungan mekanis yang dicari model matematisnya untuk dikonversi ke dalam bahasa pemrograman.

LATAR BELAKANG MASALAH (Relasi Efisiensi Siklus Otto dengan Pemodelan Torsi Gas Poros Engkol) Analisis perhitungan efisiensi siklus Otto diperlukan untuk mendapatkan nilai tekanan pembakaran sebagai gaya gas yang menghasilkan torsi gas. Pemodelan torsi gas poros engkol adalah langkah menyimulasikan model matematis terhadap bahasa pemrograman yang variabelnya adalah gaya gas.

RUMUSAN MASALAH Perhitungan termodinamika motor bakar secara teoritis. Pemodelan torsi gas poros engkol dan visualisasinya pada simulator 3D motor bakar 4 langkah.

TUJUAN PENELITIAN TESIS Menghitung secara teoritis proses termodinamika yang terjadi di motor bakar (dalam silinder) untuk mendapatkan nilai tekanan pembakaran (P3) sebagai gaya gas (Fg) sebagai variabel torsi gas poros engkol melalui perhitungan efisiensi siklus( ) Otto dan memodelkan torsi gas poros engkol pada simulator 3D motor bakar 4 langkah.

BATASAN MASALAH Perhitungan termodinamika berdasarkan perhitungan siklus udara ideal (siklus P-V) pada volume konstan, dibatasi menghitung efisiensi siklus Otto yang di dalam prosesnya didapatkan gaya gas atau nilai P3/Fg.

BATASAN MASALAH Pengaruh gaya gas terhadap torsi gas poros engkol saat simulasi belum dapat ditampilkan dalam bentuk angka ataupun grafik.

BATASAN MASALAH Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV.

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. BATASAN MASALAH Parameter yang mempengaruhi dinamika torsi gas poros engkol dibatasi pada: manipulasi campuran gas di karburator oleh tombol Idle Mixture Adjusting Screw (IMAS); manipulasi volume gas oleh tombol Idle Speed Adjusting Screw (ISAS); dan manipulasi derajat pengapian oleh tombol pengatur waktu pengapian. Selain dari itu, parameter yang mempengaruhi kerja motor bakar semua dianggap sudah ideal.

BATASAN MASALAH Pengaturan IMAS, ISAS dan waktu pengapian merupakan manipulasi saat mesin kondisi idle/stationary/tanpa beban (diam).

BATASAN MASALAH Manipulasi IMAS, ISAS dan waktu pengapian belum diinformasikan dalam bentuk parameter keluaran secara grafik/angka. Pengaruh manipulasinya sebatas visualisasi dinamika kecepatan putaran poros engkol.

BATASAN MASALAH Indikator keluaran dari parameter-parameter yang mempengaruhi dibatasi pada visualisasi dinamika kecepatan putaran poros engkol, tidak dalam bentuk angka/grafik.

KONTRIBUSI PENELITIAN TESIS Membuat pemodelan torsi gas poros engkol pada simulator motor bakar 4 langkah yang memberikan informasi tentang prinsip kerja motor bakar pada motor bensin 4 langkah tipe 4K-OHV yang dibangun oleh mekanisme poros engkol dalam visualisasi 3D.

METODE PENELITIAN TESIS Kontribusi penelitian tesis ini adalah membuat pemodelan torsi gas poros engkol pada simulator motor bakar 4 langkah yang memberikan informasi tentang prinsip kerja motor bakar pada motor bensin 4 langkah tipe 4K-OHV yang dibangun oleh mekanisme poros engkol dalam visualisasi 3D. METODE PENELITIAN TESIS Tahap Persiapan Studi literatur, ekplorasi software yang representatif. Impelemntasi dan Simulasi Model torsi gas poros engkol diimplementasikan dan disimulasikan menggunakan BGE 2.49b dan Python 2.6.2. Pembahasan dan Hasil Pemodelan dan Simulasi

Perancangan Torsi Gas Poros Engkol

Flowchart Perancangan Pemodelan Mulai Penyetelan ? Penyetelan IMAS (mengatur nilai Ga&Gf) Penyetelan ISAS (mengatur nilai G) Penyetelan derajat pengapian (mengatur nilai l) Selesai Identifikasi Ga, Gf, G, l, P0, T0, 0, P3/Fs Pembakaran (menghasilkan P3/Fg) Tg = Fg r sin cos ^ Tampilkan matematik model Ya Tidak

Logic Break, Teknik Pemodelan

Use Case Diagram Perancangan Torsi Gas Poros Engkol

Sequence Diagram Perancangan Torsi Gas Poros Engkol

Class Diagram Perancangan Torsi Gas Poros Engkol

Class Diagram Perancangan Torsi Gas Poros Engkol

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

ALUR DI APLIKASI

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL Implementasi Visualisasi Untuk menjalankan simulator ini, dibutuhkan komputer dengan spesifikasi hardware minimum sebagai berikut : CPU/ Laptop, Processor i386 1,7 GHz. memory 256 MB. VGA 128 MB. Ruang kosong Harddisk 200 MB. Keyboard dan mouse. Software : Blender Game Engine versi 2.49b Bahasa pemrograman : python 2.6.2

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL Implementasi torsi gas poros engkol dengan melakukan perhitungan matematis dengan persamaan sebagai berikut. Tg21 = Fg r sin .t (1+ r/l . cos .t )k^ Diterjemahkan dalam Blender 2.49b : own.hasil= own.tambah * own.putaran + float(mydata1[2])

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL Tidak semua persamaan matematis tersebut diterjemahkan per variabel, namun ada beberapa variabel yang ditangani oleh sistem pada Blender 2.49b yaitu sistem logic break yang terdiri dari sensors, controllers dan actuators.

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL Pengujian dilakukan di Dinas Pendidikan Sekolah Menengah Kejuruan Negeri 8 Bandung. Pengujian melibatkan peserta diklat kelas XI TKR di semester 4. Konsep desain poros engkol adalah: * memberi gambaran bentuk poros engkol dan * pergerakan poros engkol terutama hal-hal utama yang menyebabkan poros engkol bergerak dan bekerja sama dengan mekanisme lainnya seperti: mekanisme torak, mekanisme engkol, mekanisme katup, sistem bahan bakar dan sistem pengapian.

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL

IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN MODEL Pengujian Fungsional

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS belum diputar, maka torsi = 0 (motor bakar mati).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  200 searah jarum jam, nilai torsi = 0,00400 (motor bakar sudah bergerak perlahan).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  450 searah jarum jam, nilai torsi = 0,003600 (motor bakar bergerak lebih cepat).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  850 searah jarum jam, nilai torsi = 0,030600 (motor bakar bergerak makin cepat).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  1950 searah jarum jam, nilai torsi = 0,167200 (motor bakar bergerak sangat cepat).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  2700 searah jarum jam, nilai torsi = 0,420900 (motor bakar semakin bergerak sangat cepat).

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Karburator : IMAS-ISAS diputar  450 berlawanan arah jarum jam, nilai torsi = 0 (motor bakar mati).

Berdasarkan grafik, maka dapat disimpukan semakin besar derajat putar pada IMAS-ISAS maka akan semakin besar pula nilai torsi, dengan demikian torsi yang makin besar menyebabkan kecepatan rotasi poros engkol semakin bertambah cepat.

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Distributor : Tombol pengatur waktu pengapian pada  100 sebelum TMA nilai torsi = 0,010500.

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Distributor : Tombol pengatur waktu pengapian pada  80 sebelum TMA nilai torsi = 0,080500.  

Pengujian Torsi Gas Poros Engkol dari Edit Distributor : Tombol pengatur waktu pengapian pada  50 sebelum TMA nilai torsi = 0,130500.

Berdasarkan grafik, maka dapat disimpukan semakin besar nilai derajat putar tombol waktu pengapian maka akan semakin besar pula nilai torsi, dengan demikian torsi yang makin besar menyebabkan kecepatan rotasi poros engkol semakin bertambah cepat.

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN Pemodelan torsi gas poros engkol pada penelitian tesis ini pada dasarnya dibatasi pengaruh dua paramater: Manipulasi IMAS-ISAS di proses edit karburator. Pengaturan waktu pengapian di proses edit distributor.

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN IMAS diperuntukkan mengelola AFR ideal pada saat kondisi idle atau diperhitungan disimbolkan dengan G yaitu massa gas yang dibentuk dari massa udara (Ga) dengan massa bahan bakar (Gf). ISAS diperuntukkan mengelola efisiensi pemasukan G dari karburator menuju intake manifold hingga pada akhirnya dengan mengabaikan perhitungan mekanisme katup, G diasumsikan masuk ke dalam silinder untuk kemudian menghasilkan tekanan pembakaran (P3) berupa gaya gas (Fg) saat pembakaran di ruang bakar.

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN Konsep manipulasi tombol pengaturan waktu pengapian merupakan proses (momen busi memercikan bunga api (l)) yang mengatur kapan G dibakar saat proses pembakaran di akhir langkah kompresi. Sehingga manipulasi IMAS-ISAS dan tombol pengatur waktu pengapian merupakan pengondisian dihasilkannya gaya gas (Fg). Nilai putaran dengan derajat yang semakin besar di IMAS-ISAS ataupun di tombol pengaturan pengapian akan menghasilkan torsi gas (Tg) yang semakin besar juga.

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN Pemodelan torsi gas poros engkol pada dasarnya dilakukan dengan menghitung torsi gas (Tg) yang dipengaruhi variabel-variabel seperti gaya gas (Fg), sudut engkol () dan rasio poros engkolnya sendiri pada putaran engkol yang bervariasi. Selain penggunaan script program python 2.6.2, bantuan Blender Game Engine dengan sistem Game Logic Break digunakan untuk mengondisikan nilai sudut engkol () dan rasio poros engkolnya sendiri pada putaran engkol yang bervariasi. Perhitungan matematis tersebut dimodelkan menjadi bentuk gerakan putar poros engkol yang berhubungan dengan mekanisme torak dan mekanisme katup. Implementasi tersebut kemudian dilakukan uji pengujian fungsi dan uji pengguna

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN Pengujian fungsi didapatkan bahwa semua fungsi pemodelan torsi poros engkol sesuai konsep desain. Hasil uji pengguna menunjukkan responden sangat setuju, pemodelan dapat menginformasikan bentuk dan cara kerja torsi poros engkol seperti yang sebenarnya (Skor rata-rata 106,04 dari skor maksimal yaitu 125).

Pemodelan torsi gas poros engkol divisualisasikan mengikuti prinsip kerja motor bensin 4 langkah tipe 4K – OHV. KESIMPULAN Pemodelan torsi gas poros engkol pada dasarnya dilakukan dengan menghitung torsi gas (Tg) yang dipengaruhi variabel-variabel seperti gaya gas (Fg), sudut engkol () dan rasio poros engkolnya sendiri pada putaran engkol yang bervariasi. Selain penggunaan script program python 2.6.2, bantuan Blender Game Engine dengan sistem Game Logic Break digunakan untuk mengondisikan nilai sudut engkol () dan rasio poros engkolnya sendiri pada putaran engkol yang bervariasi. Perhitungan matematis tersebut dimodelkan menjadi bentuk gerakan putar poros engkol yang berhubungan dengan mekanisme torak dan mekanisme katup. Implementasi tersebut kemudian dilakukan uji pengujian fungsi dan uji pengguna. Pengujian fungsi didapatkan bahwa semua fungsi pemodelan torsi poros engkol sesuai konsep desain. Hasil uji pengguna menunjukkan responden sangat setuju, pemodelan dapat menginformasikan bentuk dan cara kerja torsi poros engkol seperti yang sebenarnya (Skor rata-rata 106,04 dari skor maksimal yaitu 125).