jurnal teknik mesin jtm journal of mechanical engineering
advertisement
JTM JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING JTM JURNAL TEKNIK MESIN ISSN 2089-7235 Volume 03, Nomor 3, Oktober 2014 ISSN 2089 - 7235 JTM JURNAL TEKNIK MESIN Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi Volume 03, Nomor 3, Oktober 2014 1 ANALISA PENGARUH KECEPATAN FEEDING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN DRAW BAR MESIN MILLING ACIERA DENGAN PROSES CNC TURNING Isya Prakoso 2 PERANCANGAN MODEL AIR ALIRAN SILANG (CROSS FLOW TURBINE) DENGAN HEAD 2 m DAN DEBIT 0,03 m3/s Ridwan 3 KONSEP DESAIN MEKANISME TELESKOPIS AS/RS (AUTOMATED STORAGE AND RETRIEVAL SYSTEM) DAN ANALISIS BEBAN PADA GUIDE RAIL Febriansyah, Dadang S. Permana 4 ANALISA COVER SUB ASSY BATTERY UNTUK KENDARAAN BERMOTOR RODA EMPAT Rizky Satrio Putra 5 ANALISIS PENGGUNAAN ELEKTROLISER TERHADAP EMISI GAS BUANG CO DAN HC PADA SEPEDA MOTOR 4 LANGKAH MERK SUZUKI SHOGUN 125 CC TAHUN PEMBUATAN 2010 Sigit Mahendro 6 ANALISA SISTEM BAHAN BAKAR INJEKSI PADA MESIN BENSIN MENGGUNAKAN SCAN TOOLS DAN GAS ANALYZER Septa Pamungkas KATA PENGANTAR Kami mengucapkan syukur kepada Allah SWT karena dengan karunia dan hidayah-Nya, Redaksi mampu menerbitkan jurnal JTM, Volume 03, Nomor 3 Tahun 2014. Edisi jurnal kali ini menyajikan enam makalah hasil kerja Tugas Akhir mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana. Dalam makalahnya, beberapa mahasiwa mempresentasikan judul yang erat kaitannya dengan desain dan analisis proses. Antara judul yang disajikan adalah analisis pengaruh kecepatan feeding proses pemesinan terhadap kekasaran bahan menggunakan mesin CNC, analisis penggunaan elektroliser terhadap emisi gas buang CO dan HC dan perancangan model aliran silang pada turbin. Kami mengucapkan penghargaan dan ucapan terima kasih kepada seluruh anggota Dewan Redaksi, Redaktur Pelaksana serta semua pihak yang telah memberikan kontribusinya selama proses penyiapan, penyusunan sampai penerbitan. Semoga keberadaan Jurnal Teknik Mesin ini dapat dimanfaatkan sebaik-baiknya oleh civitas akademika secara umum dan semua kolega di Universitas Mercu Buana secara khususnya. Jakarta, Oktober 2014 Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang Pemimpin Redaksi ISSN 2089 - 7235 JTM JURNAL TEKNIK MESIN Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi Pemimpin Redaksi : Prof. (Em.) Dr.-Ing. Ir. Darwin Sebayang (UMB) Dewan Redaksi : : Prof. Dr. Ir. Chandrasa Soekardi (UMB) Dr. Kontan Tarigan (UMB) : Dr. Nurdin Ali (UMB) : Dr. Poempida Hidayatullah (UMB) : : Prof. Dr. Bambang Suharno (Universitas Indonesia) Dr. Nasrudin (Universitas Indonesia) : Dr. Ing.Puji Untoro (Universitas Surya) : Dr. Ing Kusnanto (Universitas Gajah Mada) : : Dr. Sagir Alva (UMB) Ir. Yuriadi Kusuma (UMB) : Dr. Sulistyo (Universitas Diponegoro) : Dr. Abdul Hamid (UMB) : Haris Wahyudi (UMB) : Nurato (UMB) : Edijon Nopian (UMB) : Fakultas Teknik, Kampus Menara Bhakti, Universitas Mercu Buana Redaktur Pelaksana Alamat Redaksi Jl. Meruya Selatan No. 01, Kembangan, Jakarta Barat 11650, Indonesia Email: [email protected] Telp/Fax: +62 21 5871335 Jurnal ilmiah JTM diterbitkan 3 (tiga) kali dalam setahun pada bulan Februari, Juni dan Oktober. Redaksi menerima tulisan ilmiah tentang hasil penelitian, karsa cipta, penerapan dan kebijakan teknologi yang berkaitan dengan Teknik Mesin. ISSN 2089 - 7235 JTM JURNAL TEKNIK MESIN Jurnal Penelitian, Karsa Cipta, Penerapan dan Kebijakan Teknologi Volume 03, Nomor 3, Oktober 2014 DAFTAR ISI 1 ANALISA PENGARUH KECEPATAN FEEDING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN DRAW BAR MESIN MILLING ACIERA DENGAN PROSES CNC TURNING 1-6 Isya Prakoso 2 PERANCANGAN MODEL AIR ALIRAN SILANG (CROSS FLOW TURBINE) DENGAN HEAD 2 m DAN DEBIT 0,03 m3/s 7-12 Ridwan 3 KONSEP DESAIN MEKANISME TELESKOPIS AS/RS (AUTOMATED STORAGE AND RETRIEVAL SYSTEM) DAN ANALISIS BEBAN PADA GUIDE RAIL 13-18 Febriansyah, Dadang S. Permana 4 ANALISA COVER SUB ASSY BATTERY UNTUK KENDARAAN BERMOTOR RODA EMPAT 19-26 Rizky Satrio Putra 5 ANALISIS PENGGUNAAN ELEKTROLISER TERHADAP EMISI GAS BUANG CO DAN HC PADA SEPEDA MOTOR 4 LANGKAH MERK SUZUKI SHOGUN 125 CC TAHUN PEMBUATAN 2010 27-37 Sigit Mahendro 6 ANALISA SISTEM BAHAN BAKAR INJEKSI PADA MENGGUNAKAN SCAN TOOLS DAN GAS ANALYZER Septa Pamungkas MESIN BENSIN 38-45 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 1 ANALISA PENGARUH KECEPATAN FEEDING TERHADAP KEKASARAN PERMUKAAN DRAW BAR MESIN MILLING ACIERA DENGAN PROSES CNC TURNING ISYA PRAKOSO Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta E-mail: [email protected] Abstrak -- Dalam industri manufaktur terdapat banyak yang menggunakan proses pemesinan seperti: mesin milling, mesin turning, mesin frais, dan lain-lain. Di dalam mesin milling merk Aciera terdapat part yang sering rusak yaitu Draw Bar yang berfungsi untuk memasang dan mengencangkan arbor pada kepala mesin. Pembuatan Draw Bar pada dasarnya dilakukan dengan proses turning CNC. Untuk mendapatkan Draw Bar sesuai produk yang aslinya, penulis mencoba melakukan penelitian untuk membuat Draw Bar dimulai dengan pemilihan material yang kekerasanya sama atau mendekati kekerasan Draw Bar aslinya dan proses pemesinan dengan melakukan variasi perubahan feed rate (kecepatan pemakanan) menggunakan mesin CNC turning type Tornado 100. Dari hasil analisis pengaruh feed rate terhadap kekasaran permukaan pada proses pembubutan Draw Bar meggunakan mesin CNC turning menunjukkan bahwa adanya pengaruh yang signifikan antara perubahan feed rate dengan hasil kekasaran permukaan Draw Bar dari hasil pengujian (eksperimen). Nilai hasil uji kekasaran yang di dapat adalah 1.91 µm dengan putaran spindle = 2400 RPM dan feeding 240 mm/menit. Dari hasil 21 uji coba kekasaran berarti semakin tinggi feed rate maka kekasaran permukaan Draw Bar yang dihasilkan akan semakin kasar. Hasil pengujian menggunakan surface roughness tester,pada bagian Draw Bar menunjukkan hasil permukaan pada part original nya adalah 1.90 µm. Kata kunci: Draw Bar, Mesin CNC Turning, Feed Rate dan Kekasaran Permukaan Abstract -- In manufacturing industries, there are various machinery processes for instance milling machine, turning machine, frais machine and etc. Inside Aciera milling machine there is one part that often break called Draw Bar. Draw Bar is used to install and tightened arbor to machine heads. Draw Bar machine is built using the process of turning CNC. In order to obtain the replication, writers have done research on processing building Draw Bar from scratch by choosing materials that has identical hardness as the original Draw Bar. Later the research is continued to the machinery process of doing various feed rates using CNC different turning type of Tornado 100 machine. On the analysis result of the feed rate influence on surface roughness draw bar turning process by cnc machine shows the significant effect between feed rate changes and the result of the surface roughness from the experiments. The result value of the roughness testing is 1.91 µm with spindle speed = 2400 Rpm and feeding speed = 240 mm/minute.From the result on 21 roughness testing means that more high the feed rate then roughness the surface.The test result by surface roughness tester on draw bar shows the surface roughness on its original part it’s 1.90 µm. Keyword: Draw Bar, Mesin CNC Turning, Feed Rate dan Kekasaran Permukaan 1. PENDAHULUAN Dengan kemajuan teknologi yang berkembang tak ubahnya seiring dengan berkembangnya industri manufaktur selaku pembuat atau produsen. Dalam mengembangkan teknologi yang berkualitas industri manufaktur melakukan pengembangan dalam proses produksinya. Secara umum mesin-mesin yang digunakan dalam industri manufaktur tidak banyak mengalami perubahan yang sangat signifikan dalam proses produksinya. Mesin milling adalah suatu mesin perkakas yang menghasilkan sebuah bidang datar dimana pisau berputar dan benda bergerak pemakanan. melakukan langkah Sedangkan proses milling adalah suatu proses permesinan yang pada umumnya menghasilkan bentukan bidang datar (bidang datar ini terbentuk karena pergerakan dari meja mesin) dimana proses pengurangan material benda kerja terjadi karena adanya kontak antara alat potong (cutter) yang berputar pada spindle dengan benda kerja yang tercekam pada meja mesin. Mesin milling jika dikolaborasikan dengan suatu alat bantu atau alat potong ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 pembentuk khusus, akan dapat menghasilkan beberapa bentukan-bentukan lain yang sesuai dengan tuntutan produksi, misal: Uliran, Spiral, Roda gigi, Cam, Drum Scale, Poros bintang, Poros cacing dan lain-lain. Dalam bagian mesin milling terdapat komponen yang sering rusak yaitu pada bagian Draw Bar. Draw Bar merupakan poros untuk memasang dan mengencangkan arbor pada kepala mesin. Untuk mendapatkan Draw bar tersebut dan membutuhkan waktu yang lama karena memesan langsung ke pabriknya. Oleh karena itu digunakan adalah mesin bubut untuk membuat Draw Bar tersebut. Mesin bubut merupakan salah satu mesin yang sangat diandalkan oleh industri manufaktur dalam membuat berbagai produknya. Mesin ini dapat memenuhi kebutuhan produksi untuk berbagai produk dengan bentuk yang kompleks. Seperti memproduksi perkakas-perkakas penting yaitu komponen yang memiliki tuntutan kualitas yang tinggi baik secara geometri maupun tingkat kekasaran permukaan hasil pemotongannya. Pada proses pemotongan, mesin bubut mempunyai tiga gerakan utama yaitu gerakan berputarnya benda kerja/spindle (main motion), kecepatan gerak potong (feed motion) dan kedalaman potong (adjusting motion / depth of cut). 2. 2 2.1 Penjelasan Diagram Alir Diagram alir adalah diagram yang menggambarkan bagaimana jalankan program mulai dari awal hingga akhir. Setiap diagram alir harus mempunyai titik awal dan titik akhir. Diagram alir dibentuk dengan memanfaatkan simbol-simbol tertentu. 2.2 Bahan Dan Alat Penilitian Dalam hal ini, material yang digunakan untuk membuat Draw Bar sesuai dengan originalnya adalah material logam atau metal. Untuk mengetahui tingkat kekerasan Draw Bar tersebut maka perlu dilakukan uji hardness tester. Gambar 2.1 Hasil Uji Hardness Tester Part Original (30.8 HRC) METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui hubungan antara feeding dengan kekasaran permukaan pada proses pembubutan Draw Bar. FLOW CHART Mulai Studi Pustaka Data Awal Penelitian : 1.Pemilihan Materials sample objek penelitian. 2.Pengumpulan Data penelitian . 3.Pengambilan Data penelitian Gambar 2.2 Hasil Test Material SS400 adalah 49.1 HRA Pengujian Parameter: 1.n = Tetap 2.Depth Of Cut = Tetap Analisis Hasil Kesimpulan Selesai Gambar 2.3 Hasil Test Material SCM4 adalah 30.2 HRC ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 3 Alat Penelitian yang digunakan sesuai kebutuhan seperti Dial Caliper, Hardness Tester, Profile Projector, Surface Roughness Tester. 1 Carbide Insert Navi sirkular. Profile projector memperbesar profil benda kerja ke dalam sebuah layar menggunakan tipe pencahayaan diascopic illumination. Dimension benda kerja dapat diukur langsung dari layar atau dibandingkan dengan referensi standar perbesaran. Agar akurat, saat pengukuran jangan mengubah sudut pandang (perspektif) objek. Gambar 2.4 Pahat Carbide Insert 2 Dial caliper Dial caliper sering juga disebut sigmat atau jangka sorong adalah sebuah alat ukur yang dapat dipakai untuk mengukur diameter luar, diameter dalam, ketebalan dan kedalaman celah. Gambar 2.6 Profile Projector 1. Perhitungan Kekerasan Material Gambar 2.5 Dial Caliper Uji kekerasan (Hardness tester) adalah salah satu sifat mekanik (Mechanical properties) dari suatu material. Kekerasan suatu material harus diketahui khususnya untuk material yang dalam penggunaanya akan mangalami pergesekan (frictional force) dan dinilai dari ukuran sifat mekanis material yang diperoleh dari deformasi plastis (deformasi yang diberikan dan setelah dilepaskan, tidak kembali ke bentuk semula akibat indentasi oleh suatu menda sebagai alat uji. Berdasarkan rumus: Indentation depth = 100 – HRC = t units = 100 – 30.8 HRC= 69.2 units = 69.2 X 0.002 mm = 0.14 mm. Berdasarkan rumus: RHN = 100 – 500 t = 100 – 500 X 0.14 mm = 100 – 70 = 30 HRC 2. Perhitungan berdasarkan profile projector Tabel 2.1 Uji Hardness Tester Beberapa Material Hasil uji kekerasan (HRC) Ratarata 6.6 HRC 5.9 HRC 8.4 HRC 6.97 HRC Hasil profile projector = 0.540 mm / 2 = 0.27 mm. SS400 49.1 HRA 48.1 HRA 50.9 HRA 49.37 HRA 90° SCM4 30.2 HRC 29.4 HRC 29.1 HRC 29.57 HRC Material S45C 3 Gambar 2.7 Hasil Profil Proyektor 0.27 mm 30° Profile Projector Profile Projector adalah perangkat pengukuran optikal yang memperbesar permukaan objek kerja dan diproyeksikan dalam skala linier/ 60° ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 0.27 = Sin 60 X 4 proses pemesinan. Alat untuk mengukur Ra adalah roughness tester. Sin 30 X 0.867 = 0.5 x 0.27 2.4. Analisis Hasil X 0.867 = 0.135 X = 0.16 mm. Dalam melakukan analisis hasil dari data yang telah diolah, penulis menggunakan metode Anova Satu Faktor Untuk membuktikan hasil pengaruh Cutting technology antara feeding dengan nilai kekasaran permukaan yang dihasilkan pada proses pembubutan Draw Bar mnggunakan mesin CNC turning. e. Surface Roughness Tester Surface Roughness Tester merupakan alat pengukuran kekasaran permukaan. Setiap permukaan komponen dari suatu benda mempunyai beberapa bentuk yang bervariasi menurut struktumya maupun dari hasil proses produksinya. Surface Roughness Tester didefinisikan sebagai ketidak halusan bentuk yang menyertai proses produksi yang disebabkan oleh pengerjaan mesin. Nilai kekasaran dinyatakan dalam Roughness Average (Ra).Ra merupakan parameter kekasaran yang paling banyak dipakai secara intemasional. Ra didefinisikan sebagai rata-rata aritmatika dan penyimpangan mutlak profil kekasaran dari garis tengah ratarata. 2.5. Kesimpulan Dari uraian metode penelitian diatas, untuk mencapai hasil yang optimal maka alur penelitian tersebut harus dapat berjalan sesuai dengan urutannya. 3. ANALISA Untuk mengetahui material yang sesuai dengan part original maka dilakukan pengujian sebagai berikut: 3.1 Menentukan Parameter Setting Sebelum melakukan pengujian tingkat kekasaran permukaan berdasarkan putaran spindle (spindle speed) kedalaman potong (depth of cut) dan kecepatan gerak potong (feed rate) pada proses bubut, perlu dilakukan perhitungan parameter setting untuk mendapatkan parameter yang sesuai. Berikut perhitungan untuk putaran spindle (material specimen SCM 4 memiliki cutting speeds 140 320 m/min dengan menggunakan alat potong carbide jenis insert tip): 3.1.1 Gambar 2.8 Mesin Penguji kekerasan (hardness tester) Kedalaman Potong (Depth of Cut) Nilai dari kedalaman pemotongan finishing ditetapkan 0.2 mm. 3.1.2 Menentukan Putaran Spindle (RPM) 2.3 Prosedur 2.3.1 Machining Machining adalah proses pembuatan benda kerja dengan menghilangkan material yang tidak diinginkan dari benda kerja dalam bentuk chip. 2.3.2 Berdasarkan tabel cutting speed dapat diperoleh besar putaran spindle (spindle speed) dengan persamaan (2.1) dalam satuan rpm: Pengujian / Pengukuran Pengujian kekasaran permukaan pada benda kerja dilakukan untuk mengetahui nilai kekasaran draw bar apakah ada pengaruh antara perubahan nilai feed rate dengan permukaan benda kerja yang dihasilkan dari n = 2342 rpm, dibulatkan menjadi n = 2400 rpm. 3.1.3 Menentukan (Feeding) Kecepatan Potong ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 5 Nilai fr = (0.05 – 0.24) = 0.88 mm / menit dalam satuan mm / menit. 3.1.4 Maka di tetapkan nilai fr = 0.1 mm. Pada proses finishing,maka untuk masingmasing nilai f (feeding) diatas dilakukan percobaan sebanyak 3 benda kerja, jadi total benda kerja keseluruhan adalah sebanyak 21 pcs, dengan rincian sebagai berikut : f1= 150 mm/putaran 3 benda kerja f2= 180 mm/putaran 3 benda kerja f3= 210 mm/putaran 3 benda kerja f4= 240 mm/putaran 3 benda kerja f5= 270 mm/putaran 3 benda kerja f6 = 300 mm/putaran 3 benda kerja f7 = 330 mm/putaran 3 benda kerja Feeding = 0.1 x 2400 (rpm) = 240 mm/ menit. Berdasarkan perhitungan diatas kecepatan feeding yang didapat adalah 240 mm/menit, maka penulis mengambil variable feeding yaitu: 3 (tiga) ke atas dan 3(tiga) ke bawah. Dengan putaran spindle tetap yaitu 2400 rpm dan Kedalaman pemotongan tetap yaitu 0.2 mm. Berdasarkan pada persamaan (2.3) dalam satuan mm / menit. 212 = 240 / Menentukan Waktu Pemotongan Tabel 3.1 Level Variasi Nilai Feeding Feeding Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 Level 5 Level 6 Level 7 (f) (f₁) (f₂) (f₃) (f₄) (f₅) (f₆) (f₇) Satuan 150 180 210 240 270 300 330 (mm / mnt) 3.2 MenentukanKekasaran Rata-Rata Berdasarkan pada persamaan (2.4) 1. Ra untuk f = 150 mm/menit Ra = 1.90/3 = 0.64 μm 2. Ra untuk f = 180 mm/menit Ra = 3.66/3 = 1.22 μm 3. Ra untuk f = 210 mm/menit Ra = 4.73/3 = 1.58 μm 4. Ra untuk f = 240 mm/menit Ra = 5.72/3 = 1.91 μm 5. Ra untuk f = 270 mm/menit Ra = 7.29/3 = 2.43 µm. 6. Ra untuk f = 300 mm/menit Ra = 9.10/3 = 3.03 µm. 7. Ra untuk f = 330 mm/menit Ra = 12.58/3 = 4.19 μm. Tabel 3.2 Uji Coba Variasi Kecepatan Feeding Uji tabel kontingensi dilakukan dengan langkahlangkah sebagai berikut : 1. Hipotesis Ho : Persentasi nilai kekasaran adalah sama dengan part original . H1 : Persentasi nilai kekasaran adalah tidak sama dengan part original. 2. X= 0,05. Berdasarkan table. 3. Dalam uji ini yang digunakan adalah distribusi probabilitas chi-kuadrat,x². Tabel kontingensi di atas memiliki 3 baris (r=3) dan 21 kolom. 4. (c=21),maka df = v = (r-1) (c-1) =(31)(21-1) = 40. 5. Batas-batas daerah penolakan/ batas kritis uji. Dari table X² untuk x= 0,05; dv = 40; diperoleh X² = 55,758. ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 6 6. Aturan keputusan Tolak Ho dan terima H1 jika RUX² > 55,758. Jika tidak demikian terima Ho. 7. Rasio Uji : Perhitungan dilakukan dengan tabulasi berikut: O E 1,84 1,84 1,83 2,59 1,74 3,02 2,51 4,2 2,68 1,63 2,41 1,11 3,15 0,7 2,9 1,98 2,85 0,68 4,17 4,29 4,04 3,1 4,14 1,69 1,6 1,61 1,77 3,18 1,42 1,01 1,03 4,35 1,23 0,57 1,01 2,45 0,67 2,03 0,7 2,41 0,68 1,51 134,98 134.98 134,98 O-E 0 -0,76 -1,28 -1,69 1,05 1,3 2,45 0,92 2,17 -0,12 7,14 2,45 -0,01 -1,41 0,41 -3,32 0,66 -1,39 -1,33 -1,71 -0,83 4. KESIMPULAN 1. Dapat menentukan material untuk membuat Draw Bar yaitu SCM 4. Tabel 3.3 Rasio Uji Benda 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Jumlah Dengan hasil uji beberapa kecepatan pemakanan berdasarkan perhitungan, maka kecepatan pemakanan yang sesuai adalah 240 mm/menit. (O-E)² (O-E)² / E² 0 -1,84 0,58 -2,01 1,64 -1,38 2,86 -1,34 1,1 -0,53 1,69 0,58 6 5,3 0,85 -1,13 4,71 4,03 0,01 -4,28 50,98 47,88 6 4,31 0 -1,61 1,99 -1,19 0 -1,01 11,02 6,67 0 -0,57 17,25 14,8 1,77 -0,26 2,92 0,51 0 -1,51 39,61 Sumber: (Prinsip-Prinsip Statistik Untuk teknik Dan Sains, Harinaldi,2002,hal.201) RUx² = X² test = Σ (O-E)² = 39.61 Pengambilan keputusan: Karena RUx₂< 55,758 maka Ho diterima. Kesimpulannya adalah Persentasi nilai kekasaran adalah sama dengan part original. Kekasaran (Ra/µm) 2. Mendapatkan produk yang mendekati atau sama dengan produk kualitas aslinya yaitu dengan hasil kekasaran pada part original adalah 1.84 µm. Setelah melakukan analisis hasil penelitian, yang mendekati kekasaran dari part original adalah 1.90 µm dengan Parameter Pemotongan sebagai berikut: Putaran spindle (n) = 2400 rpm Kedalaman pemotongan (doc) = 0.2 mm Kecepatan pengumpanan (F) = 240 mm/menit Dari penelitian didapatkan juga bahwa untuk mendapatkan hasil kekasaran yang lebih halus, maka kecepatan feed rate nya semakin rendah. Sebaliknya apabila kecepatan feed rate nya semakin tinggi, maka hasilnya semakin kasar. DAFTAR PUSTAKA 1. Donald R. Askeland. The Science And Engineering Of Materials,Sixth Edition. University Of California. 2. Harinaldi. Prinsip – Prinsip Statistik Untuk Teknik Dan Sains. 2002. Ciracas. Jakarta. 1. James F. Shackelford. Materials Science For Engineers, Sixth Edition. 2000. University Of Missouri. 2. James Madison. CNC Machining Handsbook. Industrial Press Inc. 5. Steven R. Schmid, Manufacturing Engineering And Technology, Prentice Hall International. Gambar 3.1 Grafik Perbandingan Feeding Terhadap Kekasaran (Ra) ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 7 PERANCANGAN MODEL AIR ALIRAN SILANG (CROSS FLOW TURBINE) DENGAN HEAD 2 m DAN DEBIT 0,03 m3/s Ridwan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana, Jakarta Abstrak - Pembangkit listrik tenaga mikrohidro merupakan pembangkit listrik skala kecil yang menggunakan air sebagai penggeraknya dan penggerak mula adalah turbin. Sistem pembangkit ini sangat tepat digunakan di pedesaan karena sistem ini mudah dibuat, menghasilkan daya listrik yang cukup besar dan biaya pembuatan yang lebih relatif murah. Atas dasar diatas maka perlu dirancang suatu turbin yang mendukung sistem pembangkit ini, diantaranya adalah Turbin Aliran Silang. Untuk merancang sebuah turbin air agar tidak terjadi kesalahan dalam perancangan (seperti hal-nya biaya pembuatannya) maka dilakukan perancangan prototipenya. Sebuah prototipe Turbin Aliran Silang dirancang dalam kegiatan tugas akhir ini dengan debit (Q) = 0,03 m3/s, head (H) = 2 m dengan efisiensi 0,80. Spesifikasi teknik utama dari hasil perancangan turbin adalah diameter runner (D) = 0,195 m dengan putaran turbin 281,39 rpm daya keluaran efektif sebesar 470,4 W. Keywords: Mikrohidro, Turbin, Listrik 1. Pendahuluan Pada saat sekarang ini, listrik merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam segala aktifitas manusia. Upaya pemerintah untuk memenuhi kebutuhan listrik sampai saat ini masih tetap berlangsung. Termasuk melalui beberapa metode pengkonversian energi, misalnya dengan sistem pembangkit listrik tenaga air (PLTA), sistem pembangkit listrik tenaga diesel (PLTD), sistem pembangkit listrik tenaga uap (PLTU), dan sistem lainnya. Tetapi masih belum mencukupi kebutuhan listrik yang ada. Salah satu alternatif yang sudah digunakan adalah penggunaan sistem pembangkit listrik tenaga mikrohidro (PLTMH) yang merupakan solusi tepat untuk dikembangkan. Dimana energi air sejauh ini adalah alternatif yang menarik. Sumber energi air dalam ukuran kecil dan sedang banyak tersedia. Telah dilakukan banyak pemanfaatan dengan menggunakan turbin aliran silang, namun sejauh ini turbin tersebut bekerja pada tingkat efisiensi rancangan sekitar 76%. Dalam usaha mendapatkan pengetahuan yang lebih banyak tentang turbin aliran silang, direncanakan untuk membuat alat uji turbin. Tugas akhir ini dikhususkan merancang turbin yang akan digunakan untuk alat uji tersebut. mengubah energi air (energi potensial, tekanan dan energi kinetik) menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Putaran poros turbin ini akan diubah oleh generator menjadi tenaga listrik. Sistem pembangkit tenaga yang memanfaatkan tenaga aliran air secara maksimal adalah sistem pembangkit tenaga air. Tetapi karena umumnya sistem pembangkit ini digunakan untuk membangkitkan tenaga listrik, maka sistem ini disebut sistem Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA). Sistem ini menggunakan turbin air sebagai alat utama untuk membangkitkan tenaga. Penggerakan turbin ini adalah memanfaatkan tenaga aliran yang didapat daripada aliran air. Yaitu dengan memanfaatkan kecenderungan air yang selalu mengalir ke tempat yang lebih rendah sehingga didapatkan energi potensial air. Turbin Cross Turbin Flow Prototipe H 20 2 M Q 0,3 0,03 m3/s N 500 281,39 Rpm ns 90,69 90,69 Rpm Pt 44,7336 0,4704 kWatt D1 0,345 0,195 M Satuan 2. Tinjauan Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik. Turbin air berperan untuk Energi tersebut didapat dengan cara mengalirkan air dari suatu ketinggian dengan laju aliran tertentu melalui suatu saluran yang ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 biasanya disebut dengan pipa pesat kesuatu unit turbin. Kecepatan dan tekanan air yang yang terjadi akibat perbedaan ketinggian tersebut digunakan untuk memutar runner (roda turbin atau bagian turbin yang berputar), runner tersebut mempunyai fungsi menerima energi tekan dan kecepatan dari air. Energi yang diterima sudu-sudu, kemudian dirubah menjadi energi mekanis dalam bentuk daya dan putaran pada poros turbin. 8 Secara garis besar turbin air terdiri dari dua bagian utama, yaitu stator dan rotor. Rotor adalah bagian-bagian dari turbin yang bergerak atau berputar seperti roda turbin, poros, kopling, roda gaya, pulley dan bagian lainnya yang dipasang pada poros atau roda turbin. Stator adalah bagian-bagian dari turbin air yang diam seperti saluran masuk, rumah-rumah, bantalan poros, sudu antar, saluran buang dan lain-lain, seperti yang diperlihatkan pada gambar. 2.2 Kontruksi Dasar Gambar 2.1 Skema : Konstruksi Dasar Turbin Air (Sumber: Steeter. VL. 1998. Hal 105) Roda turbin (runner) adalah bagian utama dari turbin air yang berfungsi untuk merubah tenaga potensial dan tenaga kinetis aliran air menjadi tenaga mekanis yang berupa putaran poros. Runner ini terdiri dari bagian hub dimana sejumlah sudu-sudu gerak dipasang pada sekelilingnya. Hub ini dipasang pada poros dengan sebuah pasak memanjang dan mur pengikat. Poros, kopling dan pulley adalah bagian dari rotor turbin air yang berfungsi untuk mentransmisikan daya, sedangkan roda gaya untuk meratakan putaran turbin. Saluran buang untuk menyalurkan air yang keluar dari roda turbin ke pembuangan (tail race). Pada turbin aksi saluran buang ini berupa ruang terbuka saja. Jadi dalam hal ini air keluar dari roda turbin langsung jatuh ke pembuangan. Namun pada turbin-turbin reaksi saluran buang ini pada umumnya berupa tabung vakum (draft tube). Tabung ini disamping berguna untuk menyalurkan air buangan juga menambah head dari instalasi sehingga meningkatkan effisiensinya. Saluran masuk dan rumah turbin air adalah bagian utama dari stator turbin dimana sudusudu antara atau nozzle dan bantalan poros dipasangkan. Pada turbin-turbin reaksi seperti turbin Kaplan dan turbin Francis, saluran masuk atau rumah-rumah berupa ruang pusaran rumah siput (scroll casing) dimana sejumlah sudu-sudu antar yang berfungsi untuk mengatur atau mengarahkan aliran air dipasang. Sedangkan pada turbin aksi, seperti turbin Pelton dan turbin Cross Flow saluran masuk berupa nozzle yang dilengkapi dengan tombak-tombak (spear) atau sudu antar yang berguna untuk mengatur aliran air masuk roda turbin. Pada turbin Propeller, rumah-rumah turbin berupa suatu tabung lurus dua lapis yang antara keduanya dipasang sudu-sudu antar. 2.3 Kriteria Pemilihan Jenis Turbin Air Ada beberapa faktor yang mendasari perencanaan dan pemilihan suatu turbin air. Faktor-faktor tersebut yang terutama antara lain adalah: 1. Debit aliran air 2. Head atau tinggi air jatuh 3. Kecepatan spesifik 4. Putaran turbin 5. Putaran pesawat yang digerakkan 6. Posisi poros turbin 7. Biaya pembangunan instalasi Dari sekian banyak faktor tersebut di atas, yang paling menentukan adalah debit dan head ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 9 aliran air. Ukuran atau dimensi turbin air sangat tergantung kepada debit dan head air ini. Debit air yang besar pada head tertentu akan memerlukan turbin air ukuran besar, sedangkan untuk head air yang besar pada debit tertentu, dimensi turbin air cenderung lebih kecil. Dengan demikian debit dan head air ini secara tidak langsung akan menentukan biaya pembuatan turbin air berikut pembangkitnya, sperti pada gambar: Disamping itu debit dan head air ini beserta jumlah putaran pesawat yang digerakkannya akan mempengaruhi juga dalam penentuan putaran turbin sekaligus kecepatan spesifiknya. Sedangkan kecepatan spesifik itu sendiri akan menentukan pula terhadap jenis turbin yang digunakan. Demikian juga debit dan head air ini akan menentukan juga posisi turbin, yang mana turbin-turbin dengan debit air yang besar biasanya mempunyai poros vertikal. Seleksi awal dari jenis turbin yang cocok untuk suatu keperluan paling tepat dilakukan dengan menggunakan Kecepatan spesifik (nS). Ada beberapa faktor yang menentukan dalam pemilihan debit dan head air yang direncanakan untuk suatu pemilihan turbin. Penentuan pontensi sumber air dan keadaan tanah atau topografi sekitar lokasi dan kapasitas listrik yang dibutuhkan, serta kemampuan dana yang diperlukan untuk membangun instalasinya. Kita mengenal tinggi air jatuh total (gross head = H) dan tinggi jatuh air effektif (effective head = Hef). Head total ini adalah perbedaan ketinggian antara permukaan antara head race dengan tail race, sedangkan effective head adalah tinggi jatuh air total dikurangi dengan kerugian tinggi tekan akibat gesekan pada pipa pesat dan peralatan lainnya. 2.4 Konsep Turbin Aliran Silang Salah satu jenis turbin aksi ini juga dikenal dengan nama Turbin Michell-Banki yang merupakan penemunya. Selain itu juga disebut Turbin Osberger yang merupakan perusahaan yang memproduksi turbin Cross Flow. Turbin Cross Flow dapat dioperasikan pada debit 0,2 m3/s hingga 10 m3/s dan head antara 1 s/d 200 m. Sebagai suatu turbin aliran radial atmosferik, yang berarti bekerja pada tekanan atmosfir, turbin aliran silang menghasilkan daya dengan mengkonversikan energi kecepatan pancaran air. Meninjau karakteristik kecepatan spesifiknya, ia berada di antara turbin Pelton dan turbin Francis aliran campur. Turbin aliran silang (Cross Flow) terdiri atas dua bagian utama, nosel dan runner. Dua buah piringan sejajar disatukan pada lingkarnya oleh sejumlah sudu membentuk konstruksi yang disebut runner. Nosel berpenampang persegi, mengeluarkan pancaran air ke selebar runner dan masuknya dengan sudut 16o ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 10 terhadap garis singgung lingkar luar runner. Bentuk pancaran adalah persegi, lebar dan tidak terlalu tebal. Air masuk ke sudu-sudu pada rim runner, mengalir diatasnya, ke luar, memintas ruang kosong di antara bagian dalam rim, masuk ke sudu-sudu pada sisi dalam rim dan akhirnya keluar dari runner, seperti terlihat pada gambar di bawah. 3. Koefisien empiris - 0,95 Efisiensi turbin - 0,80 Massa jenis air a Kg/m3 1000 Gravitasi bumi g m/s2 9,81 Metodologi Perancangan kali ini adalah perancangan untuk prototipe turbin Cross Flow sebagai alat uji di laboratorium. Turbin prototipe dibuat dengan debit dan head yang lebih rendah, dengan data sebagai berikut: Tinggi jatuh air, H Debit air, Q = 2m = 0,03 m3/s Tabel Hasil Perhitungan Diameter Runner Diameter runner, D1 = 0,195m Besaran Berdasarkan data prototipe yang ada dilakukan perencanaan turbin prototipe dengan perhitungan yang meliputi: • • • • • • • • • • Segi Tiga Kecepatan Perencanaan Dinding Runner Perencanaan Sudu Lengkung Pemasukan Titik Berat Sudu Perhitungan Gaya Impuls Perencanaan Sabuk Perencanaan Poros Perencanaan Pasak Perhitungan Umur Bantalan Satuan Nilai Daya turbin Pt kW 0,4704 Putaran turbin N rpm 281,39 Kecepatan spesifik ns rpm 90,69 Diameter runner D1 m 0,195 Jari-jari runner R1 m 0,0975 Tabel Hasil Perhitungan Segitiga Kecepatan 4. Hasil Perhitungan Perancangan Spesifikasi teknik turbin air aliran silang hasil perancangan adalah sebagai berikut: Tabel Data Perancangan Besaran Simbol Simbol Satuan Nilai Debit Q m3/s 0,03 Head H m 2 Konstanta kecepatan k - 0,087 Sudut masuk 1 (o) 16 Besaran Simbol Satuan Nilai Kecepatan absolut air masuk turbin C1 m/s 5,95 Kecepatan tangensial ujung sudu U1 m/s 2,86 Kecepatan relatif air terhadap sudu W1 m/s 3,29 Sudut kecepatan nisbi 1 (o) 30 Jari-jari dalam turbin R2 m 0,0639 Kecepatan arah radial W2 m/s 2,51 Kecepatan tangensial U2 m/s 1,87 arah ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 Sudut antara kecepatan arah absolut dengan kecepatan arah tangensial 11 2 ( o) 53,31 Kecepatan absolut C2 m/s 3,13 Kecepatan absolut aliran masuk tingkat II C3 m/s 3,13 Kecepatan arah radial aliran masuk tingkat II W3 m/s 2,51 Kecepatan arah tangensial aliran masuk tingkat II U3 m/s 1,87 Kecepatan arah tangensial aliran keluar tingkat II U4 m/s 2,86 Kecepatan arah radial aliran keluar tingkat II W4 m/s 3,29 Kecepatan absolut aliran keluar tingkat II C4 m/s 1,64 Dari hasil perhitungan dengan data yang diberikan untuk membandingkan antara model dengan prototipe dengan Q = 0,03 m/s3 dan H = 2 m, maka didapatkan diameter runner sebesar 0,195 m dan kecepatan spesifik sebesar 90,69, atas dasar kecepatan spesifik ini maka sesuai dengan nilai kecepatan spesifik untuk turbin Cross Flow (dengan Ns = 40 – 180). Dalam penentuan pipa untuk sudu, dipilih pipa baja yang ada dipasaran, jadi tebal yang didapatkan dari perhitungan disesuaikan dengan tebal pipa yang ada dipasaran, demikian juga halnya dengan panjang sabuk hasil dari perhitungan disesuaikan dengan panjang sabuk yang ada dipasaran. didapatkan dari perancangan gambar sebesar 427 mm. Sedangkan untuk bahan pasak dipilih bahan yang memiliki kekuatan tarik yang kurang dari kekuatan tarik poros, sehingga pasak akan lebih dahulu rusak dari pada poros atau naf. Ini disebabkan harga pasak lebih murah dan mudah menggantinya. Untuk penentuan umur bantalan didapatkan umur bantalan A selama 49,95 tahun dan umur bantalan B selama 2230,39 tahun. Dari perbedaan umur bantalan A dan B dapat diketahui bahwa gaya yang bekerja pada masing-masing bantalan tidaklah sama. 6. Kesimpulan Dengan dibuatnya turbin prototipe dari turbin Cross Flow sebagai alat uji labor maka diharapkan akan mempermudah dalam perancangan dan pembuatan turbin Cross Flow yang sebenarnya untuk mendapatkan aliran listrik yang tentunya dengan perawatan yang relatif mudah dan murah. Dalam kegiatan Tugas Akhir ini berdasarkan hasil perhitungan dan perancangan dimensi turbin prototipe dari turbin Cross Flow maka dapat disimpulkan: 1. Pada perancangan prototipe dari turbin Cross Flow ini direncanakan ditempatkan pada kondisi debit air 0,03 m3/s dengan tinggi air jatuh sebesar 2 m dan putaran turbin direncanakan 500 rpm. Dengan diameter runner 0,195 m dan efisiensi turbin sebesar 0,80. Dengan menghasilkan potensi tenaga air turbin yang dapat membangkitkan energi listrik dengan daya effektif sebesar 470,4 W. 2. Sudu yang digunakan adalah dari pipa baja dengan jumlah sudu dan jari-jari sudu masing-masing 18 buah dan 32 mm. 3. Poros yang digunakan untuk menggerakkan runner tersebut digunakan poros baja ST 37 dengan diameter poros 25 mm dan panjang poros 427 mm. Dan pasak yang digunakan Ball Single-row 200 dengan lebar, tinggi, dan panjang pasak adalah masing-masing 6 mm, 4 mm , dan 20 mm. 4. Sabuk yang digunakan adalah sabuk V tipe B, dengan panjang sabuk 1408,95 mm. 5. Bantalan yang digunakan adalah bantalan peluru dengan umur bantalan A selama 49,95 tahun dan umur bantalan B selama 2230,39. DAFTAR PUSTAKA Sedangkan untuk penentuan poros digunakan bahan baja ST 37. Dimana diameter poros didapatkan dari hasil perhitungan sebesar 25 mm dengan panjang poros 1. Alex Arte, Ueli Meier, SKAT, Seri Memanfaatkan Tenaga Air dalam Skala Kecil Buku 2, Pedoman Rekayasa Tenaga Air, Jakarta ,1991. ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 2. C. A. Mockmore Professor of Civil Engineering and Fred Merryfield Professor of Civil Engineering, Engineering The Banki Water Turbine, Experiment Station Oregon State System of Higher Education Oregon State College Corvallis Buletin Series No. 25, 1949. 12 10 Rochim, Taufik, Teori dan teknologi Proses Pemesinan, Lab. Teknik Produksi Pemesinan, Jurusan Teknik Mesin, ITB, Bandung, 1993 11 Sefriko, Maiyoni. No.BP : 98 171 017. Penyusunan Komputasi Perancangan Turbin Cross Flow Menggunakan Bahasa Pemrograman Matlab V6.5. Tugas Akhir Mahasiswa Teknik Mesin Universitas Andalas Padang, 2004. 12 Sularso, Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin Edisi Ke-6, PT. Pradnya Paramita, Jakarta, 1987 3 Dietzel, Fritz, Dakso Sriyono, Turbin Pompa dan Kompressor, Erlangga, Jakarta, 1993. 4 Dr Ingeniero de Minas, Layman's Handbook on How to Develop a Small Hydro Site (Second Edition), European, 1998. 13 5 DTI, Hydropak, Concept Design and Analysis of a Packaged Cross Flow Turbine, Europa, 2004. Spotts, M.F., Design of Machine Element Sixth Edition 14 European Small Hydropower Association ESHA, Guide on How to Develop a Small Hydropower Plant, Thematic Network on Small hydropower (TNSHP), 2004. The British Hydropower Association, A Guide to UK Mini-Hydro Developments, Version 1.2, 2005. 15 Zuhal, Dasar Tenaga Listrik, Penerbit ITB, Bandung, 1991 16 http://home.carolina.rr.com/microhydro 17 http://www.hydropowerdams.com/atlas/industry.html 6 7 MHPG Series Harnessing Water Power on a Small Scale, Cross Flow Turbine Design and Equipment Engineering, Volume 3, SKAT, Swiss, 1993. 8 Niemann G, Elemen Mesin, Edisi II, Jilid 1, Erlangga, Jakarta, 1999. 9 Popov, E.P, terjemahan Astamar Z, Mekanika Teknik, Edisi kedua, Erlangga, Jakarta, 1991. 18 http://europa.eu.int/en/comm/dg17/hydro/ layman2.pdf 19 http://lingolex.com/bilc/engine.html 20 http://en.wikipedia.org/wiki/Kaplan_turbine 21 www.itpower.co.u ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 13 KONSEP DESAIN MEKANISME TELESKOPIS AS/RS (AUTOMATED STORAGE AND RETRIEVAL SYSTEM) DAN ANALISIS BEBAN PADA GUIDE RAIL Febriansyah, Dadang S. Permana Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Mercu Buana Email: [email protected] Abstrak - Sistem penyimpanan barang semakin berkembang pemakaiannya, terutama pada industriindustri maju. Hal ini disebabkan semakin banyaknya jumlah permintaan akan barang-barang kebutuhan baik industri maupun rumah tangga. Oleh karena itulah dikembangkan sistem penyimpanan dan pengambilan barang secara otomatis yang biasa dikenal dengan AS/RS. Untuk merancang sistem penyimpanan dan pengambilan barang tersebut, perlu terlebih dahulu memilih model sistem yang digunakan. Dalam perancangan ini dipilih model Telescopic Shuttle, dengan pertimbangan lebih efisien dari sisi pemakain ruang.Untuk merancang Telescopic Shuttle menggunakan bantuan software Autodesk Inventor Professional 2015, yang kemudian dibandingkan dengan perhitungan manual tegangan serta efek defleksi terjadi. Kata kunci : AS/RS, Telescopic Shuttle, Tegangan, Defleksi Abstract - Storage system usage is growing, especially in advanced industries. This is due to the increasing number of requests for goods needs of both industry and households. Therefore developed goods storage and retrieval system automatically commonly known as AS / RS. To design the storage and retrieval systems such goods, it is necessary to first select a model system used. In the design of the model choosen Telescopic Shuttle, with consideration more efficient in terms of usage space .For designing Telescopic Shuttle are using assistance of Autodesk Inventor Professional 2015 software, which was then compared to manual calculation stress and deflection effects occur. Keywords: AS/RS, Telescopic Shuttle, Stress, Deflection 1. PENDAHULUAN Pemindahan bahan atau material adalah suatu aktivitas yang sangat penting dalam kegiatan produksi maupun distribusi dan memiliki kaitan erat dengan perencanaan tata letak fasilitas produksi dan distribusi. Aktivitas ini merupakan aktivitas “non produktif” sebab tidak memberikan nilai perubahan apa-apa terhadap material atau bahan yang dipindahkan,tidak akan terjadi perubahan bentuk, dimensi, maupun sifat-sifat fisik atau kimiawi dari material yang berpindah. Kegiatan pemindahan bahan/material tersebut akan menambah biaya (cost). Pada masa sekarang ini sistem penyimpanan dan pengambilan barang secara otomatis banyak digunakan oleh perusahaanperusahaan besar. Sistem tersebut biasa disebut dengan ASRS (Automated Storage and Retrieval Systems). Pada ASRS yang akan penulis coba rancang adalah kosep Telescopic Shuttle. Keuntungan menggunakan Telescopic Shuttle ini pastinya tidak memerlukan tempat yang luas, seperti pada pengangkutan manual yang menggunakan Fork Lift. Penggunaan sistem secara otomasi, menyebabkan campur tangan manusia dalam pengoperasiannya tidak diperlukan. Dengan demikian sistem ini dapat digunakan untuk barang-barang berbahaya, seperti produk yang mengandung bahan kimia tertentu atau dapat digunakan pada ruangan yang steril.. Berdasarkan latar belakang, maka dalam konsep rancangan ini ditentukan beberapa masalah yaitu: a. Bentuk telescopic shuttle yang akan dibuat . b. Analisis beban telescopic shuttle yang akan dirancang. c. Defleksi yang terjadi. Dengan permasalahan yang ada di atas, maka dilakukan perancangan yang memiliki tujuan berikut ini. Tujuan penelitian ini adalah membuat desain teleskopis yang akan digunakan sesuai dengan spesifikasi yang ditentukan dan melakukan pembandingan perhitungan analisis secara manual dengan hasil yang didapat piranti lunak Autodesk Inventor Proffesional 2015. 2. METODOLOGI 2.1. Diagram alir perancangan Diagram alir studi perancangan dari desain Teleskopis AS/RS diberikan pada gambar dibawah ini. ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 14 pengamatan langsung di lapangan dan mencari permasalahan. 2.3. Telescopic Shuttle Frame Dimensi frame membatasi dimensi dari telescopic shuttle seperti lebar dan tingginya. Frame tersebut berfungsi sebagai dudukan dari telescopic shuttle dan merupakan bagian yang bergerak naik dan turun. Dimensi frame tersebut sudah tetap dan tidak boleh diubah-ubah. Frame ini terbuat dari aluminium profil x. Berikut adalah bentuk frame dari aluminium pada Gambar 1. Gambar 1 Frame dari telescopic shutlle Kemudian data pengukuran rak , yaitu gambar berikut: 2.2. Metode Pengumpulan Data Pengumpulan data dikelompokan berikut: sebagai 1. Data yang diperoleh dari pengamatan secara langsung dan meminta keterangan dari karyawan yang terlibat langsung. Data yang diperoleh antara lain adalah data mengenai dimensi atau ukuran. 2. Data yang tidak langsung diamati. Data ini merupakan dokumentasi perusahaan, hasil rancangan yang sudah lalu dan data lainnya. 3. Data yang dikumpulkan nantinya digunakan dalam perancangan, antara lain: a. Ukuran Transfer Line ASRS Ukuran Frame Teleskopis Ukuran rak Pallet Data-data lainnya. b. Data alat penunjang. Data Material. Data Bearing Cam Follower. Gambar 2 Rak dari telescopic shutlle 2.4. Upper Level dari Telescopic Shuttle Bagian tersebut dibentuk dari sheet metal dengan tebal 2 mm, panjang 350 mm, dan lebar ±390 mm yang akan ditekuk seperti pada gambar. Studi pendahuluan diperlukan untuk mempelajari lebih lanjut apa yang akan menjadi permasalahan. Studi pendahuluan terdiri dari ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 15 3.2. Gambar 3 Bentuk sheet metal setelah ditekuk Dari bagian yang sudah ditekuk tadi memiliki dimensi panjang 350 mm, lebar 250 mm, dan tinggi 54 mm. Di sisi bagian dalamnya akan disisipi dengan guide rail sebagai lintasan dari cam follower. Mekanisme Rantai Gambar 6 Mekanisme Rantai Poin-poin mekanisme Rantai ini adalah: 1. Hanya memerlukan 1 motor penggerak 2. Biaya lebih murah 3. Proses produksi lebih murah Desain ini sedapat mungkin dibuat agar terlihat compact dan memiliki fleksibilitas tinggi sehingga dalam proses manufakturnya mudah dilakukan. Dimensi panjang yang tidak terlalu besar agar teleskopis tersebut mampu mengambil dan menaruh barang dengan memanjang ke depan dan belakang. Hal ini ditunjukkan pada gambar dibawah. Gambar 4 Guide rail sebagai lintasan cam follower 3. ANALISIS 3.1. Mekanisme Rack Gear Gambar 7 Gerakan mengambil pallet dari rak Gambar 5 Mekanisme Rack Gear Poin-poin mekanisme Rack Gear ini adalah: 1. Memerlukan beberapa motor penggerak 2. Biaya lebih mahal 3. Proses produksi lebih sulit karena harus membuat rack gear Gambar 8 Gerakan menaruh pallet pada conveyor ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 Dari gambar terlihat bahwa teleskopis tersebut bergerak memanjang ke arah sumbu x positif untuk menjangkau box dari rak dan bergerak memanjang ke arah sumbu x negatif untuk meletakkan box ke belt conveyor. Untuk peletakan telescopic shuttle diposisikan pada tengah-tengah rangka agar pada saat kondisi stand by strukturnya menjadi stabil. 3.3. 16 Dari gambar penampang tersebut didapatlah nilai inersia sebesar 4,78 x 10-8 m4. Selanjutnya mencari nilai momen untuk perhitungan tegangan berdasarkan diagram momen berikut. Perhitungan Beban Manual Bentuk pembebanan dilakukan untuk menghitung tegangan dan defleksi maksimum diasumsikan sebagai batang cantilever dengan beban seragam dan ujung tetap. Asumsi ini telah didiskusikan dengan pembimbing untuk mengetahui tegangan maksimum, jika batang dengan beban tepusat dan ujung terikat masih memiliki tegangan di bawah kekuatan luluh material. Dengan asumsi seperti ini defleksi yang terjadi akan maksimum dan dapat diketahui lendutannya masih berada pada batas yang diperbolehkan atau tidak. Daerah pembebanan dikonsentrasikan pada guide rail dan perhitungan hanya dilakukan pada salah satu guide rail sehingga bebannya terbagi dua dari beban Pallet 400N menjadi 200N. ntuk mendapatkan batas atau standard kebocoran suatu produk perlu dilakukan beberapa kali percobaan sehingga kita dapat menetukan batas kebocoran suatu produk. Gambar 11 Shear dan Momen diagram Didapatlah nilai momen sebesar 23,11 Nm yang selanjutnya digunakan untuk perhitungan nilai tegangan yaitu sebesar = 12,08 Mpa dan besar nilai defleksi adalah = 0,0836 mm. 3.4. Gambar 9 Model pembebanan upper level Kemudian dilakukan perhitungan inersia berdasarkan bentuk penampang guide rail seperti pada gambar berikut: Perhitungan Komputasi Pada analisis ini pembebanan dibuat sedemikian rupa sehingga mirip dengan kondisi nyata pembebanan teleskopis. Analisis ini menggunakan program analisis tegangan yang telah terintegrasi pada Autodesk Inventor Professional 2015. Berikut adalah gambar pembebanan pada guide rail yang merupakan pembebanan terdistribusi merata. Gambar 12 Pembebanan pada guide rail Gambar 10 Penampang dari guide rail Dengan beberapa parameter yang telah ditentukan seperti jenis material dan dimensi ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 diperoleh nilai tegangan maksimum sebesar 11,5697 MPa yang diperlihatkan pada gambar berkut. Gambar 13 Tegangan yang terjadi Dan besarnya defleksi berdasarkan perhitungan komputasi adalah 0,0592996 mm yang ditunjukkan pada gambar. 17 memiliki beberapa perbedaaan. Dari perhitungan numerik diperoleh hasil defleksi sebesar 0,0836 mm sedangkan dari perhitungan AUTODESK INVENTOR didapat 0,0592996 mm. Hal ini menunjukkan hasil yang cukup besar, adapun perbedaan ini disebabkan pada perhitungan numerik, bentuk benda dan beban di sederhanakan menjadi Cantilever Beam-Uniform Load-Fixed End seperti pada gambar-9. Dari gambar gambar-13 deformasi maksimum terjadi pada bagian ujung dari guide rail dan bentuknya melengkung ke samping. Hal ini disebabkan karena adanya momen puntir pada guide rail tersebut, walaupun sudah di minimalisir dengan membuat tumpuan beban menjadi sejajar tumpuan bantalan. Berdasarkan dari perhitungan numerik didapat tegangan maksimal sebesar 12,08 Mpa dan berdasarkan hasil komputasi sebesar 11,5697 MPa. Jika dilihat angka ini masih berada dibawah kekuatan luluh material yaitu 48 Mpa (dari data material), sehingga walaupun terjadi defleksi masih bisa kembali ke bentuk semula karena masih berada pada daerah elastis. Gambar 14 Defleksi yang terjadi Gambar 15 Defleksi pada penampang 4. KESIMPULAN Berdasarkan solusi alternatif desain maka terpilihlah mekanisme teleskopis menggunakan sistem rantai. Dari hasil perhitungan manual menggunakan rumus-rumus yang ada dibandingkan dengan hasil perhitungan menggunakan AUTODESK INVENTOR DAFTAR PUSTAKA 1. Mesin Perkakas Produksi dan Otomasi Balai Penelitian dan Pengkajian Teknologi, Serpong. 2. Hibler,R.C., Mechanic of Material, 5th ed., Pearson Education, Inc., New Jersey, 2003. 3. Khurmi. (2009). Machine Design(ch-01). 4. Wiratmaja Puja, IGN.2007. BAHAN KULIAH MS 2214 ELEMEN MESIN 1,LAB PERNCANGAN MESIN DEPARTEMEN TEKNIK MESIN ITB. 5. ASRS.(2010),website:http://www.innerspa ceeng.com/asrs. 6. AS/RS.(2010),website:http://www.mhia.org /industrygroups/as-rs 7. ASRS.(2010),website:http://www.rollhandli ng.com/pictures/auto-roll-stor-syst/asrs.jpg 8. Automated Storage and Retrieval Systems (ASRS).(2010),website:http://en.wikipedia. org/wiki/Automated_Storage_and_Retrieva l_System 9. Automated Storage and Retrieval Systems. (2010),website:http://www.answers.com/A utomated-Storage-and-Retrieval-System 10. Automated Storage and Retrieval Systems (ASRS).(2010),website:http://www.bastian solutions.com/products/automatedstorage-and-retrieval-systems/default.asp 11. Automated Storage and Retrieval Systems. ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 (2010),website:http://en.wikipedia.org/Auto mated_Storage_and_Retrieval_System 12. eFunda Properties of Aluminum Alloy AA 5050. (2010),website:http://www.efunda.com/mat erials/alloys/aluminum/show_aluminum.cf m?ID=AA_6061&show_prop=all&Page_Tit le=AA%206061 13. Storage Equipment. (2010), website: http://www.ise.ncsu.edu/kay/mhetax/StorE q/index.htm 18 14. Our Machines AS/RS. (2010), website: http://www.asrs.net/our_machines.php 15. PatentStorm.(2010),website:http://www.pat entstorm.us/patents/005839873.pdf 16. Telescopic Cantilever Gate. (2010), website: http://www.amcsecurity.com/GATES/_Telescopic/Copy_of_Telescopic_Cantilev er_Gate_-_IBM.JPG ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 19 ANALISA COVER SUB ASSY BATTERY UNTUK KENDARAAN BERMOTOR RODA EMPAT Rizky Satrio Putra Program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana, Jakarta Email: [email protected] Abstrak - Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektroda-elektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya. Didalam bateri mobil terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan negatif dalam bentuk plat. Plat-plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan didalamnya dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan didalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam elektrolit. Kata kunci: sel listrik, elektrokimia, elektrokimia reversibel, elektroda Abstract - Batteries or accumulators, or it could be accu is a power cell where it takes place in a reversible electrochemical process (it can turn over) with a high efficiency. An electrochemical reversible process is inside the battery can last the process of conversion of chemical into electrical power (emptying), and otherwise of electric power into energy chemistry, re-charging by the regeneration of the electrodes used, namely by passing electric in the direction (polarity) opposite in the cell. Or in a car battery is used to store electrical energy in the form of chemical energy, which will be used to supply (supply) system to the electric starter, ignition system, lights and other electrical components. Inside the car battery contained sulfuric acid electrolyte, the positive and negative electrodes in the shape of the plate. Plates are made of tin or tin comes from. Therefore batteries of this type are often called lead batteries, inside the room is divided into several cells (usually 6 cell, for car batteries) and within each cell there are some elements that are submerged in electrolyte. Keywords: electro cell, elektrokimia, elektrokimia reversibel, elektroda I. Pendahuluan Mobil adalah kendaraan darat yang digerakkan oleh tenaga mesin, beroda empat atau lebih (selalu genap), biasanya menggunakan bahan bakar minyak (bensin atau solar) untuk menghidupkan mesinnya. di dalam mobil terdapat banyak komponen - komponen penting, diantaranya engine, accu, transmisi, axlee dan komponen-komponen lainnya sebagai pendukung. Adapun energi di dalam mobil yaitu, mekanik, kinetik, listrik & kimia. System di dalam mobil terdiri dari, pembakaran, pendinginan dan sistem kelistrikan. Sistem kelistrikan merupakan suatu rangkaian yang secara sistematis menghubungkan satu komponen dengan komponen lain dengan menggunakan arus listrik. Setiap komponen mempunyai cara kerja dan fungsi yang berbeda tetapi mempunyai tujuan untuk mendukung system secara keseluruhan. Untuk mendukung sistem kelistrikan dibutuhankan sumber listrik, yang diperoleh dari baterai. Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 kembali dengan cara regenerasi dari elektrodaelektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Baterai atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya. Umur baterai dipengaruhi oleh faktor eksternal dan internal. Suhu yang ekstrim sangat mempengaruhi umur baterai, karena dapat merusak sel-sel pada baterai. 2. LANDASAN TEORI Baterai atau aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan) dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektrodaelektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah (polaritas) yang berlawanan di dalam sel. Baterai atau aki pada mobil berfungsi untuk menyimpan energi listrik dalam bentuk energi kimia, yang akan digunakan untuk mensuplai (menyediakan) listik ke sistem starter, sistem pengapian, lampu-lampu dan komponen komponen kelistrikan lainnya. Didalam bateria mobil terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan negatif dalam bentuk plat. Plat plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan didalamnya dibagi menjadi beberapa sel (biasanya 6 sel, untuk baterai mobil) dan didalam masing masing sel terdapat beberapa elemen yang terendam didalam elektrolit Pada mobil banyak terdapat komponenkomponen kelistrikan yang digerakkan oleh tenaga listrik. Diwaktu mesin mobil hidup komponen kelistrikan tersebut dapat digerakkan oleh tenaga listrik yang berasal dari alternator dan baterai (aki), akan tetapi pada saat mesin mobil sudah mati, tenaga listrik yang berasal dari alternator sudah tidak digunakan lagi, dan hanya berasal dari baterai saja. Contoh bentuk pemakaian energi listrik saat mesin mobil dalam kondisi off (mati) adalah pada lampu parkir, lampu ruangan, indikator 20 pada ruangan kemudi, peralatan audio (tape recorder), peralatan pengaman dan lain-lain. Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan sebagai sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan amper jam (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 volt 60 AH, berarti baterai baterai tersebut mempunyai tegangan 12 volt dimana jika baterai tersebut digunakan selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 amper, maka kapasitas baterai tersebut setelah 1 jam akan kosong (habis). Kapasitas baterai tersebut juga dapat menjadi kosong setelah 2 jam jika arus pemakaian hanya 30 amper. Disini terlihat bahwa lamanya pengosongan baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus listrik dari baterai tersebut. Semakin besar arus yang digunakan, maka akan semakin cepat terjadi pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus yang digunakan, maka akan semakin lama pula baterai mengalami pengosongan. Besarnya kapasitas baterai sangat ditentukan oleh luas permukaan plat atau banyaknya plat baterai. Jadi dengan bertambahnya luas plat atau dengan bertambahnya jumlah plat baterai maka kapasitas baterai juga akan bertambah Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel baterai, dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira 2 sampai 2,1 volt. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai standar tersebut adalah 12 volt sampai 12,6 volt. Biasanya setiap sel baterai ditandai dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi elektrolit aki. 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Metodologi Penelitian Dalam bagian ini dikemukakan antara lain populasi, sampel dan cara pemilihannya, ukuran sampel, variabel dan instrumen yang akan digunakan. Jika menggunakan data sekunder atau primer yang dikumpulkan oleh peneliti lain atau lembaga tertentu, hal-hal tersebut juga dikemukakan banyak sekali metode yang digunakan, berdasar pengalaman sering digunakan metode analitis statistika, yang merupakan perhitungan-perhitungan matematis untuk melihat kecenderungan suatu obyek penelitian. Ditinjau dari variabel yang diteliti dapat juga digunakan metode analisis multivariat yang menghubung-hubungkan proses antara berbagai variable Untuk memecahkan masalah atau melakukan proses analisa terhadap permasalahan pada kendaraan, penulis ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 21 mengumpulkan data-data yang dibutuhkan dalam pembahasan analisa problem kendaraan tidak dapat distater. Untuk mengetahui akar permasalahan ini penulis menggunnakan metode Fish Bone. 3.2. Fish Bone MACHINE MAN METHODE Alternator is not function Low maintanance from user Driving Habit User didn't check battery condition frequently Alternator belt is broken Seldom driving car User think car as good as usual Alternator belt was beyond of service Short distance driving User didn't recognize about maintanance Lack of maintanance Gambar 4.2 Simulasi pengambilan data BATTERY DEAD Chemical compund attached on pole Element of cell is damage Electrolyte spilled on pole Gassing/ deterioration Careless filling electrolyte to battery Over heat condition around battery Bad condition of road Heat engine temp. Approach battery easily Can loosen connection or crack the case Position of battery and engine is close Pole Corrotion Vibration Battery cell not function Over heat temperature ENVIRONMENT MATERIAL Gambar 3.1 Fish Bone 3.3. Testing Methode BATTERY DEAD TESTING CAUSE VALID BACK TO TREE INVALID MAN MACHINE Unrecognize about maintanance Lack of alternator maintanance EVIDENCE EVIDENCE User check their car frequently. Alternator and other component is OK METHODE MATERIAL Short distance travel Overheat condition around EVIDENCE EVIDENCE Costumer use car for daily activity working and another necessaty. Liquid battery temperature up to 64C and more. MATERIAL ENVIRONMENT Vent cap installed unproperly Over heat temperature EVIDENCE EVIDENCE Visual condition and check show that vent cap was already installed properly. Position of engine and battery is close and make battery easy to be approached by engine heat. Alat ukur yang digunakan untuk mengambil temperatur adalah termometer. Termometer dimasukkan kedalam baterai melalui celah kecil untuk mengukur temperatur baterai dan untuk mengukur temperatur lingkungan termometer ditempelkan pada tiang penyangga baterai. Kemudian data yang terkumpul nantinya akan dijadikan landasan untuk menentukan Cover S/A Battery baru. Sehingga dapat diperoleh penyelesaian pada permasalahan ini yaitu menentukan Cover S/A Battery yang dapat mengurangi transfer panas dari lingkungan ke battery. Adapun data yang telah diambil yaitu temperatur battery dengan menggunakan Cover S/A Battery current dan temperatur lingkungan sebagai berikut. Urethane ENVIRONTMENT Loosen connector or crack case EVIDENCE Visual condition check is OK. No loosen connector or crack in case. 4. DATA & ANALISA 4.1. Pengambilan data Testing Methode Tahap pengambilan data diperoleh dari pengamatan mengenai temperatur lingkungan, temperatur battery dengan Cover S/A Battery current & temperatur battery dengan Cover S/A Battery improve. CURRENT Gambar 4.3 Cover S/A Battery current Condition: AC ON. : Outside temp. 28 -31 C : Time 180 minutes : Idle up to 980 rpm : 11.00 ~ 14.00 WIB : Tanjung Priuk area Gambar 4.1 Termometer Gambar 4.4 Condition Trial ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 22 Waktu Temp. (Menit) Lingkungan °C 0 32 15 66 30 71.3 45 72.3 60 73.8 75 74 90 73.7 105 73.4 120 73.6 135 73.2 150 73 165 72.5 180 73 Battery Temp. (current cover)°C 27.5 30.8 36 40.7 45 48.4 51.4 54.1 56.8 59.5 61.4 63.5 67 Tempe Tabel 4.1 Pengukuran Temp. Lingkungan dan battery Tabel 4.2 Trial menentukan Cover S/A Battery No. Sample Workability Full urethane 1 Reason : Cover battery didn't fit to carrier Cover battery can't down and come inside carrier because of dimension of cover didn't match with carrier. NG Lower sheet Cover bottom dimension is not match with carrier : Operator hard to install cover, need two hands and additional lead time to make sure cover battery touch and come inside carrier. Full urethane Lower and cover are combined 2 NG Lower sheet Hubungan antara Temp. Dengan Life time Battery Need two hands to install cover battery : No problem in workability But lower sheet is PP Full urethane 3 Folding NG Lower sheet possible to Creep Dari data-data yang diambil dapat diperkirakan bahwa Cover S/A Battery current tidak effective. Setelah pengetesan selama tiga jam temperatur liquid battery meningkat sampai 67°C. Countermeasure untuk masalah ini ialah dengan memodifikasi Cover S/A Battery. Dengan design baru diharapkan dapat menyamai atau lebih baik dari Cover S/A Battery competitor yaitu 58°C. : Cover battery couldn't come inside carrier battery. same with sample 2 Full urethane 4 Material is PP - GF 20 NG Cover couldn't come inside carrier ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 : No problem in workability But there is additional process to combine double tape and lower sheet Full urethane Material is PP - GF 20 5 23 Keenam isolator diatas lalu diinstall pada design baru, kemudian trial kembali dengan metode dan kondisi yang sama seperti trial awal dengan menggunakan current cover S/A battery. OK 4 5 Need additional process : Attach lower sheet using double tape 3 1 Dari lima sampel diatas bisa ditentukan yang mana yang akan digunakan untuk Cover S/A Battery, yaitu sampel nomer lima. 2 Lalu menentukan isolator dengan menggunakan berbagai macam bahan isolator sebagai bahan trial, berikut enam bahan yang digunakan dalam trial 7 6 Tabel 4.3 Thermal Conductivity isolator No. Nama 1 Cotton Wool insulation Gambar Thermal Conductivity k W/(m K) 0.029 2 Fiber insulating board 0.048 3 Foam Glass 0.045 8 No. 1 2 3 4 5 6 7 8 Nama Cover Cover ext Insulator Insulator Insulator Lower Sheet Tape Tape Material Polypropylene (PP) Polypropylene (PP) PP GF-20 Tape Tape Gambar 4.5 Cover S/A Battery improve 4 Plastics, foamed Tabel 4.4 Thermal Conductivity cover 0.03 No. 5 6 Styrofoam Urethane foam Nama Gambar Thermal Conductivity k W/(m K) 0.033 1 Polypropylene (PP) 0.249 2 0.442 0.021 PP GF-20 Sumber : ASHRAE Fundamentals Hanbook (SI Edition), 1997 Sumber : ASHRAE Fundamentals Hanbook (SI Edition), 1997 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 24 Tabel 4.5 Trial menggunakan 6 insulator Waktu (Menit) Temp. Lingkungan °C Battery Temp. (current cover)°C Battery Temp. (insulaor 1)°C Battery Temp. (insulaor 2)°C Battery Temp. (insulaor 3)°C Battery Temp. (insulaor 4)°C Battery Temp. (insulaor 5)°C Battery Temp. (insulaor 6)°C 0 15 32 66 30 45 60 75 71.3 72.3 73.8 74 27.5 30.8 36 40.7 45 90 = 105 120 135 150 165 180 73.7 73.4 73.6 73.2 73 72.5 73 48.4 51.4 54.1 56.8 59.5 61.4 63.5 66 27.5 30.7 34.2 37.3 39.9 42.8 45.9 50.8 50.8 54.1 55.2 56 58.7 27.5 32.6 37.1 39.1 42.1 44.8 47.6 53.2 54.9 56.7 57.9 58.7 61.8 27.5 32.1 36.9 39 (Tl − Tb) ∆μPP ∆μi1 ( + ) kPP ki1 41.8 44.5 47.3 52.9 54.7 56.3 57.7 58.5 61.5 27.5 31.2 35.4 38.1 40.6 43.1 46.3 51.7 51.9 55.2 55.9 57.3 59.3 27.5 31.5 35.9 38.7 40.8 43.7 46.7 52.1 52.2 55.8 56.7 57.8 59.6 27.5 30.3 33.9 36.9 39.7 42.4 45.4 47.7 50.4 53.2 54.7 56.2 58 1. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 1 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 58.7°C = 331.7K ∆T = Tl - Tb = 346K - 331.7K = 14.3K ∆µPP = 0.0025 m kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi1 = 0.006 m ki1 = 0.029 W/(m.K) (Tl − Tb) ∆μPP ∆μi1 ( + ) kPP ki1 (346K − 331.7K) = 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.029 W/(m. K) (14.3K) = (0.01 . / + 0.21 . / ) (14.3K) = (0.22 . / ) = Dari tabel dan grafik diatas dapat dilihat temperatur yang tercapai dari masing-masing insulator yang digunakan setiap 15 menit sekali selama 3 jam. 4.2. Analisa Dengan data-data tersebut dapat dicari heat transfer dari masing-masing cover battery. Perhitungan di bawah ini menggunakan data temperatur dimenit ke 180, dengan rincian sebagai berikut : Cover Tlingkun Isolator TBattery = 65 / = 0.065 / 2. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 2 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 61.8°C = 334.8K ∆T = Tl - Tb = 346K – 334.8K = 11.2K ∆µPP = 0.0025 m (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi1 ( + ) kPP. ki1. (Tl − Tb) = 1 ∆μPP ∆μi1 ( + ) kPP ki1 kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi2 = 0.006 m ki2 = 0.048 W/(m.K) (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi1 ( + ) kPP ki1 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 (346K − 334.8K) 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.048 W/(m. K) (11.2K) = (0.01 . / + 0.125 . / ) (11.2K) = (0.135 . / ) = = 82.96 = / . / 3. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 3 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 61.5°C = 334.5K ∆T = Tl - Tb = 346K – 334.5K = 11.5K ∆µPP = 0.0025 m kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi3 = 0.006 m ki3 = 0.045 W/(m.K) (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi3 ( + ) kPP ki3 (346K − 334.5K) = 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.045 W/(m. K) (11.5K) = (0.01 . / + 0.13 . / ) (11.5K) = (0.14 . / ) = 82.14 = / . / 4. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 4 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 59.3°C = 332.3K 25 kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi4 = 0.006 m ki4 = 0.03 W/(m.K) (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi4 ( + ) kPP ki4 (346K − 332.3K) = 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.03 W/(m. K) (13.7K) = (0.01 . / + 0.2 . / ) (13.7K) = (0.21 . / ) = 65.24 = / . 065 / 5. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 5 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 59.6°C = 332.6K ∆T = Tl - Tb = 346K – 332.6K = 13.4K ∆µPP = 0.0025 m kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi6 = 0.006 m ki6 = 0.033 W/(m.K) (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi4 ( + ) kPP ki4 (346K − 332.6K) = 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.033 W/(m. K) (13.4K) = (0.01 . / + 0.18 . / ) (13.4K) = (0.19 . / ) = 70.53 = . / / ∆T = Tl - Tb = 346K – 332.3K = 13.7K 6. Perhitungan heat transfer dengan menggunakan improve Cover S/A Battery insulator 6 ∆µPP = 0.0025 m ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 26 Tlingkungan = 73°C = 346K Tbattery = 58°C = 331K ∆T = Tl - Tb = 346K – 331K = 15K ∆µPP = 0.0025 m kPP = 0.249 W/(m.K) ∆µi6 = 0.006 m ki6 = 0.021 W/(m.K) (Tl − Tb) = ∆μPP ∆μi4 ( + ) kPP ki4 (346K − 331K) = 0.0025 m 0.006 m ( + ) 0.249 W/(m. K) 0.021W/(m. K) (15K) = (0.01 . / + 0.28 . / ) (15K) = (0.29 . / ) = 51.72 = . 5. Dari serangkaian trial dan analisa yang telah dilakukan, dapat diambil kesimpulan menentukan Cover S/A Battery sebagai berikut: / / Dari data dan perhitungan dapat kita kumpulkan dalam sebuah tabel dan grafik berikut. Tabel 4.6 Hasil perhitungan Cover Battery (insulaor 1) Cover Battery (insulaor 2) Cover Battery (insulaor 3) Cover Battery (insulaor 4) Cover Battery (insulaor 5) Cover Battery (insulaor 6) KESIMPULAN ∆T K ∆µ m k W/(m.K) Q/A kW/m² 14.3 0.006 0.029 0.065 11.2 0.006 0.048 0.083 11.5 0.006 0.045 0.082 13.7 0.006 0.030 0.065 13.4 0.006 0.033 0.070 15.0 0.006 0.021 0.051 1. Dalam menentukan Cover S/A Battery yang akan digunakan maka harus diketahui konduktivitas termal, tebal dinding, temperatur battery, temperatur lingkungan dan heat transfer per unit area. 2. Pemilihan Cover S/A Battery berdasarkan temperatur battery yang paling rendah dan heat transfer per unit area paling rendah. Adapun selisih antara temperatur lingkungan dengan temperatur baterai yaitu 15°C dan heat transfer per meter persegi yang paling rendah yaitu 0.051 kW/m². 3. Dari Pemilihan Cover S/A Battery ini didapat penambahan design pada cover bawah dan cover samping. 4. Adapun penambahan insulator pada cover samping dengan insulator urethane foam. DAFTAR PUSTAKA ASHRAE Fundamentals Edition), 1997. Hanbook (SI D Althhouse, Andrew; H Turnquist, Carl; F Bracciano, Alfrod; "Modern Refrigeration and Air Conditioning ", The Goodheart Wilcox Company, South Holland, 1982 http://www.solar-electric.com/deep-cyclebattery-faq.html http://www.matweb.com/search/DataSheet. aspx?MatGUID=cb2de59622bd485393435 6bf44f61d45&ckck=1 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 27 ANALISIS PENGGUNAAN ELEKTROLISER TERHADAP EMISI GAS BUANG CO DAN HC PADA SEPEDA MOTOR 4 LANGKAH MERK SUZUKI SHOGUN 125 CC TAHUN PEMBUATAN 2010 Sigit Mahendro Program Studi Teknik Mesin, Universitas Mercubuana, Jakarta Abstrak - Pada penelitian ini digunakan motor tipe 4 langkah merk Suzuki Shogun 125 cc dengan tahun pembuatan 2010. Pengambilan data uji emisi gas buang dilakukan ketika motor sebelum dan sesudah memakai elektroliser dengan berbagai campuran elektrolit. Data diambil berdasarkan perubahan putaran mesin mulai dari 1000 rpm sampai 4000 rpm. Hasil tertinggi untuk CO terjadi pada RPM 4000 dengan campuran elektrolit aquades dan 1 ½ sendok makan KOH dengan nilai 1,04 %. Sedangkan CO terendah terjadi pada RPM 3200 ketika motor tidak menggunakan elektroliser dengan nilai 0,07%. Untuk HC tertinggi ada pada RPM 1000 ketika motor tidak menggunakan elektroliser dengan nilai 382 ppm. Sedangkan HC terendah terjadi pada RPM 4000 dengan campuran elektrolit aquades dan KOH sebanyak ½ sendok makan sebanyak 20,33 %. Dimana nilai tertinggi CO2 adalah 8,2% ada pada 2 campuran elektrolit yaitu campuran pertama adalah elektrolit aquades dengan KOH sebanyak 1 sendok makan dan campuran kedua adalah ketika motor menggunakan elektroliser dengan elektrolit hanya aquades saja. Sedangkan untuk nilai CO2 terendah bernilai 4,1%. Berdasarkan pengambilan data-data tersebut, nilai emisi gas buang pada sepeda motor ini masih ada dibawah standar KEPMEN LH 05/2006. Kata kunci: Elektrolisis, emisi gas buang sepeda motor 1. PENDAHULUAN Polusi udara di Indonesia pada beberapa tahun terakhir ini semakin mengkhawatirkan, khususnya di DKI Jakarta. Dimana sebagai ibu kota negara, DKI Jakarta adalah kota yang memiliki permasalahan polusi yang sangat tinggi baik dari sektor rumah tangga, industri, dan transportasi. Berdasarkan hasil studi yang dilakukan oleh JICA dan BAPEDAL tahun tahun 1997, diketahui bahwa kendaraan bermotor adalah penyumbang emisi CO dan SO2 terbesar di Jakarta, yang mencemari udara sebesar 599.180 dan 411.140 Ton/tahun, jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan utility/rumah tangga, industri, dan limbah padat Untuk kepemilikan kendaraan roda empat, berdasarkann penelitian yang dilakukan oleh JICA dan BAPPENAS, diketahui bahwa rata-rata kepemilikan mobil per 100 penduduk adalah 20.7 dan rata-rata kepemilikan mobil per kepemilikan rumah adalah 1.2, yang setara dan bahkan melebihi negara maju. Dijelaskan pula bahwa, ada 28.8% penduduk yang tidak menggunakan kendaraan bermotor dan 78.2% menggunakan kendaraan bermotor, dengan komposisi, 52,7% menggunakan bus, 30.8% menggunakan mobil pribadi, 14.2% menggunakan sepeda motor, dan hanya 2.0% saja yang menggunakan kereta api. Berdasarkan Asosiasi Industri Sepeda motor Indonesia (AISI), sepeda motor dalam 4 Tahun terakhir ini mengalami peningkatan yang sangat signifikan. Dimana dalam tahun 2014 saja produksi sepeda motor adalah 7,926,104 unit. Dengan bertambahnya sepeda motor, maka kebutuhan akan bahan bakar minyak pun semakin bertambah. Semakin banyak BBM yang terpakai, maka semakin banyak polusi yang diproduksi. Salah satu teknologi baru yang sedang dalam pengembangan adalah Hidrogen Electrolyzer. Hydrogen Electrolyzer ini berupa tabung plastik yang komponen didalamnya berisi dua buah batang stainless steel diisi dengan aquades yang ditambahkan elektrolit selanjutnya dihubungkan pada aki motor untuk mengubah air menjadi gas H2 dan O2. Gas H2 dan O2 inilah yang akan digunakan sebagai sumber energi dalam mesin bakar. Elektrolit yang dipilih dalam tugas akhir ini adalah H2O dan KOH karena keberadaannya mudah didapat dan murah, dimana peneliti mencoba memodifikasi system bahan bakar dengan cara menambahkan gas HHO hasil elektrolisis H2O, serta KOH agar dapat mengurangi emisi gas buang pada kendaraan. Dengan menambahkan gas H2 dan O2 pada ruang bakar, peneliti berharap proses oksidasi dan performa mesin akan meningkat, diikuti dengan penurunan residu karbon pada ruang bakar, serta penurunan emisi gas buang Karbonmonoksida (CO), dan hidrokarbon (HC) yang tidak terbakar. ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Emisi Gas Buang Emisi adalah gas buang dari sumber kendaraan bermotor sebagai hasil proses pembakaran di ruang mesin. (PERGUB PROVINSI DKI JAKARTA NO 92 TAHUN 2007). Bertambahnya jumlah kendaraan bermotor di Indonesia kian meningkatkan angka konsumsi BBM di negeri ini. Berdasarkan data jumlah kendaraan bermotor dari BPS tahun 2011, dapat diestimasikan dalam satu hari saja konsumsi BBM bersubsidi melebihi angka 137 juta liter (http://esdm.seruu.com). Pencemaran udara di Provinsi Daerah Khusus Ibukota Jakarta pada umumnya bersumber dari kondisi lalu lintas kendaraan bermotor (sumber bergerak). Untuk mengetahui tingkat pencemaran udara yang disebabkan oleh lalu lintas kendaraan bermotor, yang secara otomatis dan kontinyu mengukur dampak polusi yang ditimbulkan. Parameter-parameter yang diukur oleh stasiun pemantau ini adalah: Ozon, Sulfur Dioksida (So2), Nitrogen Monoksida (NO), Nitrogen Dioksida (NO2), Nitrogen Oksida (Nox), Karbon Monoksida (CO), Gas Metan (CH4), Non Metan Hidro Karbon (NMHC), Total Hidro Karbon (THC), Partikel Debu dengan diameter < 10 mikron (PM10), Suhu dan Kelembaban, Kecepatan dan Arah Angin, Radiasi Sinar matahari. 28 Dengan meningkatnya emisi gas buang yang dihasilkan oleh kendaraan bermotor, maka pemerintah pun melakukan berbagai upaya, termasuk salah satunya adalah Uji Emisi, dimana pemerintah memiliki aturan baku yang tertuang dalam peraturan pemerintah dan undang-undang yang dibuat. Dengan dikeluarkannya Peraturan Daerah Nomor 2 Tahun 2005 tentang Pengendalian Pencemaran Udara dan Peraturan Gubernur Provinsi DKI Jakarta Nomor 92 Tahun 2007 tentang Uji Emisi dan Perawatan Kedaraan Bermotor. Melalui kegiatan-kegiatan tersebut, diharapkan kesadaran dan kepedulian masyarakat semakin meningkat untuk merawat kendaraan bermotornya dan mentaati Ambang Batas Uji Emisi sebagaimana diamanatkan Perda 2/2005 tentang Pengendalian Pencemaran Udara, Pergub 92/2007 tentang Uji Emisi Kendaraan Bermotor (Kewajiban Uji Emisi Kendaraan Bermotor setiap 6 bulan sekali), serta Pergub 31/2008 tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor. Berdasarkan KEPMEN LH 05/2006 batas emisi gas buang yang dapat dilihat pada gambar 2.3. Tabel 2.1 Tabel Kadar Emisi yang diijinkan berdasarkan jenis kendaraan. Dalam penelitian ini emisi gas buang yang akan ditinjau sesuai dengan ketentuan pemerintah antara lain: a. CO (Carbon Monoksida) Karbon monoksida, rumus kimia CO, adalah gas yang tak berwarna, tak berbau, dan tak berasa. Ia terdiri dari satu atom karbon yang secara kovalen berikatan dengan satu atom oksigen. Dalam ikatan ini, terdapat dua ikatan kovalen dan satu ikatan kovalen koordinasi antara atom karbon dan oksigen. Karbon monoksida dihasilkan dari pembakaran tak sempurna dari senyawa karbon, ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 sering terjadi pada mesin pembakaran dalam. Karbon monoksida terbentuk apabila terdapat kekurangan oksigen dalam proses pembakaran. Karbon monoksida mudah terbakar dan menghasilkan lidah api berwarna biru, menghasilkan karbon dioksida. a. HC (Hidro Carbon) Hidrokarbon adalah sebuah senyawa yang terdiri dari unsur karbon (C) dan hidrogen (H). Sebagai bahan pencemar udara, hidrokarbon dapat berasal dari proses industri yang diemisikan ke udara dan kemudian merupakan sumber fotokimia dari ozon. HC merupakan polutan primer karena dilepas ke udara ambien secara langsung, sedangkan oksidan fotokima merupakan polutan sekunder yang dihasilkan di atmosfir dari hasil reaksi-reaksi yang melibatkan polutan primer. Kegiatan industri yang berpotensi menimbulkan cemaran dalam bentuk HC adalah industri plastik, resin, pigmen, zat warna, pestisida dan pemrosesan karet. Diperkirakan emisi industri sebesar 10 % berupa HC. Sumber HC dapat pula berasal dari sarana transportasi. Kondisi mesin yang kurang baik akan menghasilkan HC. Pada umumnya pada pagi hari kadar HC di udara tinggi, namun pada siang hari menurun. Sore hari kadar HC akan meningkat dan kemudian menurun lagi pada malam hari. 2.2 Proses Elektrolisis Elektroda adalah konduktor yang digunakan untuk bersentuhan dengan bagian atau media non-logam dari sebuah sirkuit. Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Komponen yang terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan elektrolit. Pada elektrolisis, katoda merupakan kutub negatif dan anoda merupakan kutub positif. (Wikipedia, 2009) Elektroliser merupakan alat bebas energi yang memanfaatkan air dan elektrolit dengan menggunakan prinsip elektrolisis. 2.2.1 Elektrolit Larutan adalah yang antarzat penyusunnya tidak memiliki bidang batas dan bersifat homogen di setiap bagian campuran. Komponen larutan adalah pelarut dan zat terlarut. Elektrolit merupakan suatu zat yang ketika dilarutkan dalam air akan menghasilkan 29 larutan yang dapat menghasilkan arus listrik. Dalam penelitian ini elektrolit yang dipakai antara lain: a. Air Suling Air suling adalah air yang berasal dari proses distilasi (penyulingan). Sifat air sulit dalam elekrolit ini adalah sebagai pelarut. Air suling dapat dimanfaatkan sebagai larutan elektrolit untuk mengisi tabung elektroliser. Larutan ini akan dicampur sodium bikarbonat (KOH). Volume air suling yang digunakan tergantung pada volume tabung yang digunakan. Air mineral juga dapat digunakan sebagai pengganti air suling, namun hal ini akan membuat risiko rusaknya elektroda semakin tinggi. Hal ini disebabkan kandungan logam dan mineral dalam air mineral masih cukup tinggi.[2] b. KOH Kalium Hidroksida, biasa disebut potas api dengan rumus KOH. Nama lain Kalium Hidroksida yaitu Kaustik Kalium, Potash Alkali, Potassia, Kalium Hidrat. KOH adalah senyawa kimia alkali kaustik yang mudah larut dalam air dan mudah terbakar. Zat ini cepat menyerap karbon dioksida dan air dari udara. Sifat Fisik dan Kimia amonia Reaktivitas karbondioksida Bentuk : Hidroskopis, menyerap : Padat tetapi dapat dibentuk menjadi butir, stick, gumpalan dan serpih. Warna : Tidak berwarna (putih) Bau : Tak Berbau Ph : 13,5 (0,1 molar larutan) Titik Lebur : 3600C (680F) Titik Didih : 1.3200C (2408F) – 13240C Massa molar : 56,1056 gr/mol Densitas : 2,04 g/cm 3 pada 200C Kelarutan : 121 gr/100 mL (250 C), 178 gr/100 mL(1000C) dalam air Korosi : Dapat merusak logam Tekanan Uap : 1.0 torr pd 7140 C (13170 F) (mm Hg) Berat Mol : 56,1047 Kelarutan : larut dalam alkohol, gliserol, larut dalam meter, cairan Prosses Elektrolis Air 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g) Molekul air dapat diuraikan menjadi unsurunsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses ini disebut elektrolisis air. Alat yang digunakan untuk menguraikan air menjadi hydrogen dan oksigen disebut dengan elektroliser (electrolyzer). Di dalam ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 elektroliser, air (H2O) dipecah menjadi gas H2 dan O2. Elektroliser menghasilkan hidrogen dengan cara mengalirkan arus listrik pada media air yang mengandung larutan elektrolit. Medan magnet akan mengubah struktur atom hidrogen (H2) dan oksigen (O2) pada air dari bentuk diatomik menjadi monoatomik. Tegangan listrik dihubungkan ke dua buah elektroda atau dua buah plat (umumnya terbuat dari beberapa logam inert seperti platinum atau stainless steel) yang mana dicelupkan kedalam air. Hidrogen akan muncul pada katoda (elektroda bermuatan negatif, dimana elektron masuk ke dalam air), dan oksigen akan muncul pada anoda (elektroda bermuatan positif). Diasumsikan efisiensi faraday adalah ideal, jumlah hidrogen yang dihasilkan adalah 2 kali lipat dari jumlah mol dari oksigen dan keduanya adalah sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dihantarkan oleh larutan. Namun dalam banyak sel persaingan reaksi samping mendominasi, menghasilkan produk yang berbeda dan kurang dari efisiensi faraday yang ideal. Elektrolisis air murni membutuhkan energi berlebih dalam bentuk overpotential untuk mengatasi berbagai hambatan aktivasi. Tanpa kelebihan energi, elektrolisis air murni terjadi sangat lambat atau tidak sama sekali. Hal ini sebagian disebabkan oleh ionisasi air yang terbatas. Air murni memiliki konduktivitas listrik sekitar sepersejuta dari air laut. Banyak sel elektrolitik mungkin kekurangan kebutuhan akan katalis. Efisiensi dari elektrolisis meningkat melewati penambahan dari elektrolit (seperti garam, asam atau basa) dan penggunaan dari elektrokatalis. Gambar 2.1 Alat elektrolisis (electrolyzer) 30 2.2.2 Proses Reaksi Kimia Dalam air murni pada katoda bermuatan negatif, reaksi reduksi berlangsung, dengan elektron (e-) dari katoda yang diberikan kepada kation hidrogen untuk membentuk gas hidrogen (reaksi setengah seimbang dengan asam): Reduksi di katoda: 2 H+(aq) + 2e – → H2(g) Setengah reaksi yang sama juga dapat diseimbangkan dengan basa seperti yang tercantum di bawah ini. Tidak semua setengah reaksi harus seimbang dengan asam atau basa. Banyak, seperti oksidasi atau reduksi air yang tercantum di sini.Untuk menambah setengah reaksi keduanya harus seimbang dengan baik asam atau basa. Katoda (reduksi): 2 H2O(l) + 2e– →H2(g) + 2 OH– (aq) Anode (oksidasi): 4 OH– (aq) →O2(g) + 2 H2O(l) +4e– Penggabungan kedua persamaan setengah reaksi menghasilkan decomposisi keseluruhan yang sama dari air menjadi oksigen dan hidrogen: Reaksi keseluruhan: 2 H2O (l) →4 H+ (aq) + O2 (g) + 4 e Jumlah molekul hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali jumlah molekul oksigen, dengan asumsi suhu dan tekanan yang sama untuk kedua gas. Gas hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali volume gas oksigen yang dihasilkan. Jumlah elektron yang dilewatkan melalui air adalah dua kali jumlah molekul hidrogen dan empat kali dari jumlah molekul oksigen yang dihasilkan. Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, maka harga z untuk O2(g) adalah 4. Dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen pada tekanan dan temperature standard secara termodinamik tidak berlangsung spontan, hal ini ditunjukkan oleh harga potensial reaksi standard yang berharga negatif dan energi bebas Gibbs yang positif. Proses tersebut “mustahil”dapat berlangsung tanpa penambahan suatu elektrolit dalam larutan dan sejumlah energi listrik. Elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Untuk ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 31 mempercepat perlu ditambahkan elektrolit, seperti asam, basa atau garam. Pada elektolisis air murni, kation H+ akan berkumpul di anoda dan anion –OH akan berkumpul di katoda. Hal ini dapat dibuktikan dengan menambahkan suatu indikator ke dalam elektrolisis air, daerah anoda akan bersifat asam sedangkan daerah katoda akan bersifat basa. Muatan ion ini yang akan mengganggu aliran arus listrik lebih lanjut sehingga proses elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Hal ini juga merupakan alas an mengapa air murni memiliki daya hantar arus listrik yang lemah. Jika suatu elektrolit dilarutkan dalam air maka daya hantar air akan naik dengan cepat. Elektrolit akan terurai menjadi kation dan anion. Anion akan bergerak ke arah anoda dan menetralkan muatan positif H+ sedangkan kation akan bergerak ke arah katoda dan menetralkan muatan negatif -OH. Hal ini menyebabkan arus listrik dapat mengalir lebih lanjut.). elektrolisis menjadi lebih efisien pada temperatur yang lebih tinggi dengan total efisiensi sekitar 25-45%. Perlu dicermati dalam memilih elektrolit, karena akan terjadi persaingan antara anion dari elektrolit dengan ion hidroksida untuk melepaskan elektron (mengalami oksidasi), demikian juga terjadi pada kation dengan ion H+. Anion dengan harga potensial elektroda standard lebih kecil dibandingkan ion hidroksida akan mengalami oksidasi sehingga tidak dihasilkan gas oksigen, sedangkan kation dengan harga potensial elektroda standard lebih besar dibandingkan ion hidrogen akan mengalami reduksi sehingga tidak dihasilkan gas hidrogen. Kation Li+, Rb+, K+, C+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+, dan Mg2+ memiliki potensial elektroda lebih rendah dibandingkan H+ sehingga memungkinkan untuk digunakan sebagai kation dari elektrolit. Litium dan sodium sering digunakan karena murah dan mudah larut Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau disemprotkan kedalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator. Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar. Campuran tersebut kemudian masuk kedalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan api listrik dari busi, menjelang akhir langkah kompresi. Pembakaran bahan bakar ini menyebabkan engine menghasilkan daya. Anion sulfat (SO4 2-) sangat sukar dioksidasi karena memiliki potensial oksidasi standard relatif besar, yakni 0,22 Volt, yang kemungkinannya akan diubah menjadi ion peroksidisulfat. Asam kuat seperti asam sulfat ( H2SO4), dan basa kuat seperti kaliumhidroksida (KOH) dan sodium hidroksida (NaOH) sering digunakan sebagai zat elektrolit. Elektrolisis air pada temperatur tinggi atau elektrolisis uap air merupakan suatu metoda yang sedang diteliti, yakni elektrolisis air dengan mesin kalor. Elektrolisis air pada temperatur tinggi ternyata lebih efisien dibandingkan elektrolisis tradisional pada temperatur kamar sebab sebagian energi disediakan dalam bentuk panas, yang lebih murah dibandingkan energi listrik, dan reaksi 2.3 Mesin Otto (Motor Bakar 4 Langkah) Motor otto adalah motor yang bekerja dengan cara memasukan panas dari percikan bunga api listrik dari busi pada campuran udara dan bahan bakar yang dikompresikan. Motor otto berbeda dengan motor diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara karena motor otto selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran. Motor otto dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi memercikan loncatan api listrik yang menyalakan pembakaran campuran bahan bakar dan udara, karena itu motor otto disebut juga Spark Ignition Engine. Karburator adalah tempat pencampuran bahan bakar dengan udara. “Motor empat langkah adalah motor yang menyelesaikan satu siklus dalam empat langkah torak atau dua kali putaran poros engkol” (Hidayat, 2007: 11). Empat langkah torak tersebut terdiri dari langkah pengisian, langkah kompresi dan proses penyalaan, langkah ekspansi serta langkah pembuangan. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulangulang. Piston (torak) motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya. Proses kerja motor empat langkah diselesaikan dalam empat langkah piston. Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian. Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi. Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar) didalam silinder motor/ ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA ke TMB. Langkah keempat yaitu ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan.Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar silinder motor. Sehingga pada motor empat langkah proses kerja motor untuk menghasilkan satu langkah 32 usaha (menghasilkan tenaga) diperlukan empat langkah piston. Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol. Empat langkah piston ini akan dijelaskan seperti pada gambar berikut ini. Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor Otto 4 (Empat) Langkah (Arismunandar, 2005:8) 2.3.1 Langkah Hisap Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa: Langkah hisap dimulai dari piston yang bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju ke TMB (titik mati bawah). Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMB, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, campuran udara dan bahan bakar terhisap kedalam silinder karena adanya tekanan udara diluar ruang silinder. 2.3.2 Langkah Kompresi Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa: Setelah mencapai TMB, piston bergerak kembali ke TMA, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang terhisap sebelumnya terkurung di dalam silinder dan dimampatkan oleh piston yang bergerak ke TMA. Volume campuran bahan bakar dan udara itu menjadi kecil dan karena itu tekanan dan temperaturnya naik hingga campuran itu mudah sekali terbakar. 2.3.3 Langkah Kompresi Arismunandar (2005: 9) mengemukakan bahwa: Dalam langkah ini, engine menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada saat langkah kompresi, campuran udara dan bahan bakar tersebut dibakar oleh percikan bunga api dari busi, sehingga terjadilah proses pembakaran yang mengakibatkan tekanan dan temperatur gas di dalam silinder menjadi semakin tinggi. Gas pembakaran mendorong piston bergerak ke TMB, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. 2.3.4 Langkah Buang Arismunandar (2005: 9) mengemukakan bahwa: Apabila piston telah mencapai TMB, katup buang terbuka sedangkan katup hisap tetap tertutup. Piston bergerak kembali ke TMA mendorong gas pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran buang (ekhaus manifold). Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada engine empat langkah 3. METODOLOGI PENELITIAN Penelitian dilakukan di Bengkel Otomotif Balai Besar Latihan Kerja – Serang (BBLKI-Serang), dan sepeda motor yang akan digunaan pada penelitian adalah sepeda motor tipe 4 langkah Merk Suzuki Shogun 125 CC dengan tahun pembuatan 2010, untuk lebih jelas akan dituangkan dalam diagram alir dibawah ini: ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 33 memastikan bahwa elektroliser bekerja dengan baik dan yang kedua adalah pengujian Emisi Gas Buang dimana pada pengujian ini akan langsung di ukur oleh alat yang dinamakan Gas Analyzer. Pengujian Elektroliser Pengujian ini dilakukan untuk megetahui bahwa elektroliser bekerja dengan baik. Selain itu pada proses pengujian elektroliser ini sekaligus dilakukan pengujian emisi gas buang dari hasil elektrolisis yang terjadi. Adapun beberapa data yang akan diambil antara lain: 1) 2) 3) Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 4) Adapun alat-alat yang digunakan membuat elektroliser adalah: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) untuk Mesin bor. Alat potong (gergaji, tang potong, gunting, pemotong kabel). Kikir dan amplas. Ballpoin, pengaris, dan jangka sorong. Obeng. Kunci 10 Kunci 14 Multitester, Tang Ampere. Adapun bahan – bahan penunjang dalam pembuatan elektroliser adalah: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) Tabung Stainless Steel Tube Mur , Baut, & Fitting Kabel Lem Silikon Diode 4 kaki Selang L dan Selang Tahan Panas Air Suling dan Gelas Ukur Amperemeter Gas Analyser KOH Dalam pembuatan elektroliser ini, peneliti mengikuti arahan pembuatan dari sebuah blog internet, http://scootermanado.blogspot.com/2008/12/tu torial-membuat-tabung-hidrogen.html. lain Pengujian ini dibagi menjadi 2, antara pertama Pengujian Elektroliser yaitu 5) Sebelum memakai electroliser, Sesudah memakai electroliser dengan kapasitas Elektrolit I = 500 ml Aquades murni, Sesudah memakai electroliser dengan kapasitas Elektrolit II = 500 ml Aquades + ½ sendok makan KOH. Sesudah memakai electroliser dengan kapasitas Elektrolit III = 500 ml Aquades + 1 sendok makan KOH. Sesudah memakai electroliser dengan kapasitas Elektrolit III = 500 ml Aquades + 1 ½ sendok makan KOH. Pengujian ini dilakukan dengan parameter putaran (rpm) pada motor dengan kombinasi perubahan pada 1000 rpm sampai dengan 4000 rpm. Adapun prosedur pada pengujian ini antara lain: 1 2 3 Buat rangkaian listrik seperti pada Gambar 3.15 Buatlah campuran elektrolit dengan ketentuan yang sesuai dengan data yang akan diambil Nyalakan motor, lalu atur rpm motor dengan ketentuan – ketentuan data yang akan diambil Pengujian Emisi Gas Buang Pengujian Emisi Gas Buang ini menggunakan alat yang bernama Automotive Emission Analyzer (lihat Gambar 3.10). Adapun prosedur yang harus dilakukan dalam pengujian Emisi Gas Buang ini adalah: 1 2 Memanaskan kendaraan yang akan di uji emisinya. Menyiapkan Alat Uji emisi dengan mengkalibrasi (zero calibration) dan pengosongan tabung (Purging). ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 3 4 5 6 7 8 9 34 Setelah siap (Stand by) masukkan probe ke knalpot sepeda motor. Sepeda motor diberikan variasi putaran mesin dari putaran rendah ke tinggi. Tekan Meas/enter Untuk memulai pengukuran. Menekan Hold untuk pembacaan. Setelah di dapat hasil pembacaan, tekan esc. Keluarkan probe dari knalpot sepeda motor dan Tekan Purging untuk pengosongan tabung. 4. DATA DAN ANALISA Dari hasil pengujian yang dilakukan pada sepeda motor merk Suzuki Shogun 125 CC tahun 2010 maka didapatkan hasil data dengan memanfaatkan sistem kelistrikan yang dihasilkan dari spull motor dan variasi dari putaran mesin. Adapun hasil – hasil pengukuran antara lain: Setelah diuji dengan RPM yang bervariasi dengan tanpa menggunakan elektroliser, maka didapatkan data sesuai dengan Tabel 4.1. Tabel 4.1 Data hasil pengujian rata-rata tanpa menggunakan elektroliser WAKTU CO HC CO₂ (s) (%) (PPM) (%) 1000 120 0,08 382,00 4,10 2 1300 240 0,09 248,00 4,10 3 1600 360 0,09 119,00 4,60 4 2000 480 0,09 58,67 5,20 5 2400 600 0,08 22,67 6,30 6 3200 720 0,07 25,67 7,30 7 3600 840 0,10 24,67 7,20 8 4000 960 0,24 23,33 7,70 NO RPM 1 Ketika sepeda motor tidak memakai elektroliser, dengan bertambahnya putaran mesin maka kadar emisi CO dan CO2 ikut meningkat, sedangkan kadar emisi HC semakin berkurang. Pada percobaan kedua setelah diuji dengan RPM yang bervariasi menggunakan elektroliser dengan elektrolit, maka didapatkan data sesuai dengan Tabel 4.2. Tabel 4.2 Data hasil pengujian menggunakan elektroliser dengan elektrolit hanya aquades saja NO RPM WAKT U Arus CO HC CO₂ (s) Amper e (%) (PPM) (%) 1 1000 120 0,36 0,08 141,67 6,93 2 1300 240 0,42 0,08 137,67 7,03 3 1600 360 0,5 0,09 65,00 7,53 4 2000 480 0,52 0,12 46,67 7,73 5 2400 600 0,76 0,10 34,33 8,07 6 3200 720 1,1 0,25 45,00 8,50 7 3600 840 1,3 0,39 40,33 8,30 8 4000 960 1,4 0,55 32,67 7,20 Sama ketika sepeda motor tidak menggunnakan elektroliser, dengan bertambahnya putaran mesin maka CO & CO₂ ikut meningkat sedangkan HC semakin berkurang. Pada percobaan ketiga setelah diuji dengan RPM yang bervariasi menggunakan elektroliser dengan elektrolit campuran aquades dan KOH sebanyak ½ sendok makan, maka didapatkan data sesuai dengan Tabel 4.3. Percobaan ketiga ini dapat kita lihat, dengan bertambahnya putaran mesin maka CO & CO₂ ikut meningkat sedangkan HC semakin berkurang. Tabel 4.3 Data hasil pengujian menggunakan elektroliser dengan campuran elektrolit aquades dan KOH ½ Sendok Makan NO RPM WA KTU Arus CO HC CO₂ (s) Ampere (%) (PPM) (%) 1 1000 120 1,86 0,10 108,67 6,60 2 1300 240 1,91 0,11 55,67 6,73 3 1600 360 1,96 0,15 36,33 7,20 4 2000 480 2,06 0,19 30,33 8,10 5 2400 600 2,17 0,22 31,00 7,50 6 3200 720 2,35 0,56 29,33 7,90 7 3600 840 2,39 0,70 26,00 7,70 8 4000 960 2,42 0,77 20,33 8,00 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 35 Pada percobaan keempat setelah diuji dengan RPM yang bervariasi menggunakan elektroliser dengan elektrolit campuran aquades dan KOH sebanyak 1 sendok makan, maka didapatkan data sesuai dengan Tabel 4.4. Dengan acuan ketika sepeda motor tidak menggunnakan elektroliser, dengan bertambahnya putaran mesin maka CO & CO₂ ikut meningkat sedangkan HC semakin berkurang. Tabel 4.4 Data hasil pengujian menggunakan elektroliser dengan campuran elektrolit aquades dan KOH 1 Sendok Makan NO WAKT U Arus CO HC CO₂ (s) Amp ere (%) (PPM) (%) RPM 1 1000 120 4,3 0,083 195,33 6,93 2 1300 240 5,2 0,090 120,00 7,30 3 1600 360 5,9 0,110 65,67 8,00 4 2000 480 6,3 0,233 44,00 7,80 5 2400 600 6,4 0,243 26,67 7,30 6 3200 720 6,6 0,550 34,67 8,00 7 3600 840 6,65 0,433 25,33 8,43 8 4000 960 6,8 0,860 23,00 7,90 Pada percobaan kelima setelah diuji dengan RPM yang bervariasi menggunakan elektroliser dengan elektrolit campuran aquades dan KOH sebanyak 1 ½ sendok makan, maka didapatkan data sesuai dengan Tabel 4.5 dibawah ini. Pada Tabel 4.5 dapat kita lihat, dengan bertambahnya putaran mesin maka kadar emisi CO & CO₂ ikut meningkat sedangkan kadar emisi untuk HC semakin berkurang. Tabel 4.5 Data hasil pengujian menggunakan elektroliser dengan campuran elektrolit aquades dan KOH 1,5 Sendok Makan NO WA KTU Arus CO HC CO₂ (s) Amper e (%) (PPM) (%) RPM 1 1000 120 2,14 0,10 149,67 7,1 2 1300 240 2,38 0,10 94,33 7,1 3 1600 360 2,53 0,14 53,67 8,2 4 2000 480 2,79 0,25 29,67 8,1 5 2400 600 2,84 0,30 21,00 8 6 3200 720 2,83 0,98 49,33 7,3 7 3600 840 2,8 0,93 36,67 7,2 8 4000 960 2,82 1,04 35,00 7 4.1 Analisa Data Pengujian Emisi Gas Buang Berdasarkan data-data yang dihasilkan dari pengujian emisi gas buang diatas, maka dapat peneliti analisa data-data tersebut kedalam sebuah grafik seperti dibawah ini: Grafik 4.1 Analisis Emisi Gas Buang untuk Carbon monoksida (CO) Dapat kita lihat pada Grafik 4.1 adalah analisis emisi gas buang yang ditujukan pada pengukuran gas buang berupa Carbon Monoksida (CO). Berdasarkan Gambar 4.1 dapat kita lihat ketika putaran mesin kita naikan, maka kadar emisi CO pun semakin meningkat. Dapat kita lihat dalam grafik, bahwa dengan penambahan elektroliser pada sepeda motor, kadar emisi gas buang untuk CO tidak lebih baik jika dibandingkan ketika tidak memakai elektroliser. Kadar emisi gas buang semakin meningkat. Dimana kadar tertinggi untuk CO terjadi pada putaran mesin 4000 rpm dengan campuran elektrolit aquades dan 1 ½ sendok makan KOH dengan nilai 1,04 %. Sedangkan untuk kadar CO terendahnya terjadi pada dengan nilai 0,24%. Kadar emisi terbaik untuk CO adalah pada saat putaran mesin 3200 rpm ketika motor tidak menggunakan elektroliser dengan kadar emisi CO adalah 0,07 %, dimana kadar tertinggi untuk putaran 3200 rpm adalah 0,98% dimana sepeda motor menggunakan elektroliser ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 36 dengan aquades ditambah elektrolit KOH sebanyak 1 ½ sendok makan. analisis emisi gas buang untuk Carbon Dioksida (CO2). Pada Grafik 4.3 dapat kita lihat dimana semakin tinggi RPM maka emisi gas buang untuk CO2 semakin tinggi. Grafik 4.2 Analisis Emisi Gas Buang untuk Hidro Carbon (HC) Grafik 4.3 Analisis Emisi Gas Buang untuk Carbon Dioksida (CO2) Berbeda hal dengan data pada Carbon Monoksida (CO), untuk Hidro Carbon (HC) dapat kita lihat pada Grafik 4.2 yang merupakan gambar analisis emisi gas buang untuk Hidro Carbon (HC). Pada Grafik 4.2 kita dapat lihat dengan perubahan putaran mesin yang semakin tinggi, maka emisi gas buang untuk HC semakin menurun. Dapat kita lihat pada Grafik 4.2 rata – rata perubahan emisi gas buang untuk HC ini lebih baik ketika sepeda motor menggunakan elektroliser. Kadar emisi gas buang HC tertinggi terjadi ketika putaran mesin 1000 rpm dengan nilai 382 ppm ketika sepeda motor tidak menggunakan elektroliser, dimana kadar emisi terendah pada putaran mesin yang sama terjadi ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan campuran aquades dan KOH sebanyak ½ sendok makan dengan kadar emisi sebesar 108,67 ppm. Sedangkan kadar emisi HC terendah berada pada putaran mesin 4000 rpm dengan campuran aquades dan KOH sebanyak ½ sendok makan sebesar 20,33 ppm, dimana nilai tertinggi kadar emisi gas buang pada putaran mesin yang sama adalah 35 ppm ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan campuran aquades dan 1 ½ sendok makan KOH. Pada pembacaan emisi gas buang CO2 ini cenderung konstan, tapi dapat kita lihat perbedaan pada Grafik 4.3 yang merupakan Kadar emisi untuk CO2 pun paling rendah berada pada putaran mesin 1000 rpm ketika sepeda motor tidak menggunakan elektroliser yaitu sebesar 4,1 %n dan pada putaran yang sama didapat kadar CO2 tertingginya adalah 7,1 % ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan campuran aquades dan 1 ½ sendok makan KOH. Kadar emisi gas buang HC paling tinggi di hasilkan pada putaran mesin 3200 rpm ketika sepeda motor memakai elektroliser yang diisi aquades saja. Pada putaran mesin yang sama kadar emisi terendah terjadi ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan campuran aquades dan 1 ½ sendok makan. 5. KESIMPULAN Dari penelitian analisis Pengunaan Elektroliser terhadap Emisi Gas Buang CO dan HC pada Sepeda Motor 4 Langkah Merk Suzuki Shogun 125 CC Tahun Pembuatan 2010 maka peneliti dapat membuat kesimpulan berupa : 1. Dari beberapa campuran elektrolit pada penelitian, bahwa KOH hanya bekerja untuk mengurangi kadar emisi dari HC saja. Untuk kadar emisi gas buang CO dan CO2 kita lihat tidak berpengaruh, bahkan kadar emisi gas buangnya melebihi acuan utama, yaitu ketika sepeda motor tidak memakai elektroliser. Nilai pengukuran CO yang tinggi kemungkinan diakibatkan oleh ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 2. 3. 4. 5. percampuran yang kurang baik antara bahan bakar dan udara di ruang bakar. Dampak dari penggunaan elektroliser adalah meningkatnya nilai CO ketika putaran sepeda motor semakin bertambah sedangkan dengan bertambahnya putaran mesin maka kadar emisi HC semakin rendah. Emisi gas buang CO paling rendah adalah pada saat sepeda motor tidak memakai elektroliser dengan nilai rata-rata adalah 0,11%. Sedangkan untuk emisi gas buang CO paling tinggi ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan elektrolit Aquades dan tambahan 1 ½ sendok makan KOH.. Untuk emisi gas buang HC paling tinggi ketika sepeda motor tidak memakai elektroliser yaitu dengan nilai 382 ppm. Untuk emisi gas buang HC paling rendah ketika sepeda motor menggunakan elektroliser menggunakan elektrolit aquades dan KOH sebanyak ½ sendok makan dengan nilai 20,33ppm. Nilai-nilai kadar emisi tersebut diatas masih dibawah standar emisi gas buang berdasarkan peraturan pemerintah. Dari beberapa campuran elektrolit pada penelitian analisis Pengunaan Elektroliser terhadap Emisi Gas Buang CO dan HC pada Sepeda Motor 4 Langkah Merk Suzuki Shogun 125 CC Tahun Pembuatan 2010 didapat hasil dengan campuran elektrolit yang optimal adalah ketika sepeda motor menggunakan elektroliser dengan campuran Aquades dan ½ Sendok Makan KOH. DAFTAR PUSTAKA Suyuty, Achmad, (2011).Studi Eksperimen Konfigurasi Komponen Sel Elektrolisis Dalam Rangka Peningkatan Performa Dan Reduksi Sox-Nox Motor Diesel, ITS,. Aldhino Bhramantyo Putro, (2011). Kaji Eksperimental Pemanfaatan Elektrolisa Air Dengan Elektroda Coaxial Berlarutan Koh Untuk Meningkatan Efisiensi Kompor Gas, Jurusan Teknik Mesin, UNDIP. 37 Arismunandar, W. 1983. Penggerak Mula Motor Torak. ITB Bandung. Arismunandar, W. 2002. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Edisi Kelima Cetakan Kesatu. Bandung, Penerbit ITB. Ismiyati., Marlita,Devi, & Saidah, Deslida. 2014. Pencemaran Udara Akibat Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor. Jurnal Manajemen Transportasi & Logistik (JMTransLog) - Vol. 01. Siswantoro, Lagiyono, & Siswiyanti. Analisa Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor 4 Tak Berbahan Bakar Campuran Premium Dengan Variasi Penambahan Zat Aditif. Universitas Pancasakti Tegal. Cahyono,Nurbudi, Subagsono, Drs., M.T., & Basori, S.Pd.,M.Pd. Pengaruh Variasi Jumlah Plat Stainless Steel Dan Variasi Pemasangan Saluran Brown Gas Pada Elektroliser Terhadap Torsi Dan Daya Sepeda Motor Supra-X 125r Cw Tahun 2010. Prodi. Pendidikan Teknik Mesin, Jurusan Pendidikan Teknik Kejuruan, FKIP, UNS. Fardiansah, Indrawan., Sudibyo, Drs. C., MT, & Rohman, Ngatou, S.Pd.,M.Pd. Pengaruh Penggunaan Elektroliser Kawat Tembagad Jenis Busi Terhadap Emisi Gas Buang CO Dan HC Pada Sepeda Motor Honda Beat Tahun 2010. Program Pendidikan Teknik Mesin JPTK UNS. Website : http://www.aisi.or.id/statistic/ Website : http://bplhd.jakarta.go.id/01_ujiemisiartikel. php Website: http://bplhd.jakarta.go.id/01_pantauudara.p hp Website : http://yohan.oprekblog.com Website : http://scootermanado.blogspot.com/2008/1 2/tutorial-membuat-tabung-hidrogen.html Website : http://engineeringxxx.blogspot.com/2013/09 /motor-bakar.html Website: http://www.oprekpc.com/forum/printview.ph p?t=14301&start=0&sid=628146326c5aa7b c19d0a38033c92a3 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 38 ANALISA SISTEM BAHAN BAKAR INJEKSI PADA MESIN BENSIN MENGGUNAKAN SCAN TOOLS DAN GAS ANALYZER Septa Pamungkas Program Studi Teknik Mesin, Universitas Mercubuana, Jakarta Abstrak -- Dalam hal perbaikan kendaraan mesin modern banyak sekali fenomena kendaraan lama dikerjakan dibengkel karena permasalahan yang cukup komplek. Terkadang permasalahan belum tentu terbaca langsung oleh scan tools sehingga diperlukan analisa lebih lanjut. Penelitian dilakukan dalam upaya menemukan permasalahan yang tidak di deteksi oleh scan tools dan perlu analisa lebih lanjut. Dalam periode 2013-2014 didapat 3 kendaraan yang mengalami masalah tetapi tidak menimbulkan kode masalah yaitu Mercedes E 280 tahun 2008, BMW 745i tahun 2002 dan BMW 730 tahun 1996. Ketiganya mempunyai permasalahan yang hampir sama yaitu ganguan pada putaran idle. Pada Mercedes E 280 dianalisa menggunakan scan tools menunjukkan pengukuran laju massa udara 23,3 kg/h padahal pada kondisi mesin normal seharusnya 14,2 kg/h. Setelah di hitung hal ini menyebabkan λ = 1,79 atau 79% lebih banyak, hal ini dikarenakan pengukur laju massa udaranya rusak. Pada mobil BMW 745i dianalisa menggunakan gas anslyzer menunjukkan λ = 1,291 dan untuk BMW 730i λ = 1,192 yang disebabkan oleh kebocoran udara pada sistem pemasukan udara. Kesimpulannya beberapa permasalahan yang terjadi dan tidak menunjukkan kode kesalahan adalah permasalahan yang disebabkan karena pengukur laju massa udara dan kebocoran udara pada sistem pemasukan udara. Permasalahan ini timbul karena ada koreksi yang di lakukan oleh ECM setelah mendapat masukan dari oksigen sensor. 1. PENDAHULUAN Saat ini kemajuan dalam bidang otomotif kian berkambang. Berbagai terobosan-terobosan dikembangkan serta diupayakan guna menciptakan sebuah mesin yang memiliki kemampuan yang besar dengan efesiensi yang tinggi dan juga ramah lingkungan untuk berbagai keperluan transportasi yang terus meningkat. Salah satu alat transportasi yang banyak menjadi pilihan adalah mobil. Saat ini mobil telah menjadi lebih penting, mobil telah menjadi faktor penting dalam “kualitas hidup”. Mobil berfungsi sebagai alat mobilitas pribadi, kadang-kadang menjadi status sosial bagi pemiliknya. Penggunaan mobil pribadi mungkin dirasakan lebih praktis dan efisien dari pada alat transportasi lainnya. Tetapi disisi lain penggunaan mobil memberikan pengaruh yang negatif terhadap konsumsi energi dan pencemaran gas pembakaran terhadap lingkungan sekitar. Guna meminimalisasikan penggunaan bahan bakar dan mengurangi kadar gas buang (emisi) yang dihasilkan oleh mesin mobil, industri-industri otomotif berusaha mengoptimalkan fungsi dari sistem kendaraan terutama pada sistem pencampuran bahan bakar dan udara yaitu dengan sistem bahan bakar injeksi. Sistem bahan bakar injeksi merupakan salah satu sistem yang berfungsi untuk mensuplai campuran bahan bakar dan udara yang tepat kedalam silinder guna terjadinya pembakaran didalam mesin. Pembakaran terjadi karena tiga komponen yang bereaksi, yaitu bahan bakar, oksigen dan panas. Jika salah satu komponen tersebut tidak ada maka tidak akan timbul reaksi pembakaran. Dengan menggunakan sistem bahan bakar injeksi diharapkan dapat menjamin perbandingan bahan bakar dan udara (air fuel ratio) yang baik ke mesin. Perlu disadari juga bahwa merk kendaraan di dunia ini ada sangat banyak, dari dan tentu saja mempunyai teknologi sistem injeksi yang berbeda-beda, seperti Electronic Fuel Injection (EFI) dari Toyota dan Daihatsu, Multi Point Injection (MPI) dari Audi, PGM-FI dari Honda, Motronic dari BMW, dll. Dewasa ini, sistem bahan bakar injeksi di integrasikan dalam satu sistem dengan sistem pengapian, dan sekarang lebih sering di sebut Engine Management System. Engine Management System dibagi ke dalam tiga sistem, yaitu sistem kontrol elektronik (electronic control sistem), sistem bahan bakar (fuel system), dan sistem pemasukan udara (Air Induction System). Dengan cukup banyaknya komponen sensor dan aktuator cukup sulit untuk dapat mendiagnosa kendaraan. Walaupun sudah banyak beredar peralatan diagnosa scan tools yang terjangkau, kadang kala tidak terlalu membantu apabila kita tidak dapat menggoptimalkannya. Banyak orang beranggapan dengan adanya scan tools permasalahan di kendaraan akan teratasi dengan mudah. Scan tools hanyalah alat bantu untuk menampilkan data yang disimpan dalam control ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 modul, tanpa memahami bagaimana sistem injeksi ini bekerja, teknisi belum tentu bisa menggunakan untuk mencari permasalahnnya. Kurangnya pengetahuan dan panduan untuk mengoptimalkan scan tools ini yang menyebabkan diagnosa terkadang kurang tepat. Kadang kala teknisi hanya mengandalkan kebiasaan mencoba ganti komponen karena kode kesalahan yang ditunjukkan scan tool. Hal ini kemungkinan akan menimbulkan masalah baru apabila ternyata komponen tersebut tidak mengalami kerusakan, terlebih lagi komponenkomponen sistem bahan bakar injeksi relatif cukup mahal. Sebagai contoh kasus mobil BMW 745i E65 N62 tahun 2002 mengalami masalah ketika mesin dingin terasa pincang, apabila sudah dinyalakan kurang lebih 10 menit dihidupkan, mesin normal, masuk ke bengkel pada September 2012 dan permasalahan ditemukan Januari 2013 dikarenakan permasalahan kebocoran udara yang tidak dapat dideteksi oleh scan tools. Kasus ke dua adalah pada Mercedes E280 (W211) tahun 2008 dengan keluhan mesin pincang ketika masuk gigi. Ketika di periksa menggunakan scantools tidak menunjukkan kode kesalahan (fault code), selanjutnya dilakukan servis dan beberapa pemeriksaan yang lain yang cukup panjang, setelah dibaca data aktual menunjukan sebuah keanehan pada salah satu data, sehingga dengan pengalaman membaca data yang dimiliki dapat memutuskan penggantian barang tersebut. Dengan kompleksnya permasalahan yang ada pada mesin injeksi, kadang kala terdapat permasalahan mesin yang tidak dapat dideteksi oleh scan tool, umumnya adalah kerusakan mekanis atau karena kerusakan komponen belum terlalu parah. Untuk itu teknisi dapat menggunakan patokan dari hasil pembakaran. Gas hasil pembakaran dapat dibaca oleh Gas Analyzer, dari hasil pembacaan kita dapat mengerucutkan masalah yang ada sampai menemukan permasalahan yang sebenarnya. 2. DASAR TEORI Mesin 4 Langkah Adalah mesin yang melakukam dua kali putaran poros engkol atau 4 kali langkah bolak balik piston untuk menghasilakan 1 kali usaha. Adapun siklus kerjanya adalah Gambar Siklus Kerja 4 Tak 39 1. Langkah Hisap Langkah hisap adalah langkah dimana campuran bahan bakar dan udara dihisap ke dalam silinder. Proses yang terjadi pada saat langkah hisap adalah katup buang tertutup, katup hisap terbuka, Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB). Gerakan torak menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder. 2. Langkah Kompresi Langkah kompresi adalah langkah dimana campuran bahan bakar dan udara dikompresikan atau ditekan di dalam silinder. Proses yang terjadi pada langkah kompresi adalah kedua katup tertutup, piston bergerak dari Titik Mati Bawah (TMB) ke Titik Mati Atas (TMA). Karena gerakan piston maka volume ruang bakar akan mengecil sehingga tekanan dan 39amper39ture campuran bahan bakar dan udara didalam silinder naik. 3. Langkah Usaha Langkah usaha adalah langkah yang dihasilkannya kerja dari 39amper pembakaran campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder. Posisi kedua katup tertutup, beberapa derajat sebelum TMA, spark plug akan memercikan bunga api sehingga campuran udara dan bahan bakar akan terbakar. Terjadinya pembakaran menyebabkan gas didalam silinder mengembang, tekanan dan 39amper39ture naik. Tekanan pembakaran mendorong piston bergerak ke TMB, gerakan inilah yang menjadi tenaga motor. Sistem Bahan Bakar Injeksi Dibanding dengan karburator, Engine Management System mempunyai keuntungan sebagai berikut: 1. Memungkinkan pembentukan campuran yang homogen pada setiap silinder Oleh karena setiap silinder mempunyai satu injektor yang tepat dikontrol oleh ECM yang sesuai dengan putaran mesin dan perubahan beban , hal ini memungkinkan distribusi bahan bakar kesetiap silinder akan homogen. Selanjutnya perbandingan bahan bakar dan udara dapat dikontrol dengan mudah oleh ECM dengan merubah waktu bekerjannya injektor (fuel injection duration). Untuk ulasan ini, campuran ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 40 bahan bakar dan udara yang didistribusikan keseluruh silinder sama dan membentuk perbandingan bahan bakar dan udara optimal, kejadian di atas ini juga akan menguntungkan aspek emission control dan kemampuan tenaga mesin. 2. Perbandingan bahan bakar dan udara diperoleh pada setiap rpm mesin Dengan sistem bahan bakar injeksi, pengiriman campuran bahan bakar dan udara akan berlangsung terus menerus dengan tepat dan pengiriman tersebut tidak tergantung pada kecepatan putaran mesin dan beban. Inilah yang merupakan keuntungan dari aspek emission control dan penghematan bahan bakar. 3. Respon yang baik sesuai dengan perubahan throttle Dengan menggunakan sistem bahan bakar injeksi, masing-masing injektor dipasangkan didekat silinder, dan bahan bakar ditekan dengan tekanan 2-3 kg/cm2 lebih tinggi dari tekanan intake manifold dan karena bahan bakar injeksi melalui lubang kecil sehingga mudah membentuk kabut. Oleh karena itu, volume bahan bakar yang diinjeksi secara serentak berubah dengan perubahan volume udara masuk sesuai dengan membukanya dan menutupnya throttle valve. Singkatnya, respon yang baik sesuai dengan perubahan posisi pedal akselerasi. masuk dapat digunakan memasukkan campuran bahan bakar udara lebih banyak. 6. Pembakaran lebih tepat dan sempurna Sistem pengapian juga diatur oleh ECM, Sensor mengirimkan beban mesin dan putaran mesin untuk memberi informasi basic ignition timing point. Sistem Bahan Bakar Injeksi Elektronik Sistem Kontrol Elektronik terdiri dari beberapa sensor, yang mendeteksi beberapa kondisi mesin: ECM berfungsi untuk mengkalkulasi volume injeksi (lamanya injeksi) sesuai dengan signalsignal (data) dari sensor-sensor dan aktuatoraktuator, yang mengontrol injeksi bahan bakar berdasarkan signal-signal ECM. Sensor-sensor ini mendeteksi volume udara masuk, beban mesin, temperatur udara dan pendingin, akselerasi/penurunan kecepatan (decelaration), dan mengirimkan signal-signal ke ECM. Kemudian ECM menentukan lamanya injeksi yang tepat dan mengirimkan signal ke injektor-injektor. Injektor-injektor menginjeksikan bahan bakar ke intake manifold sesuai dengan signal ini. Volume injeksi tergantung dari lamanya signal ECM. Blok diagram dari electronic control system dapat dilihat dari gambar dibawah. 4. Koreksi campuran bahan bakar dan udara Kemampuan untuk menghidupkan mesin pada temperatur rendah lebih baik, dikarenakan adanya informasi dari sensor temperatur air yang kemudian diolah oleh ECM sehingga ECM akan menyemprotkan bahan bakar lebih lama. Selama desakseleraksi dan rpm tinggi sampai throttle tertutup volume udara yang masuk akan dikurangi dan kevacuman didalam intake manifold akan menjadi besar. Pada sistem bahan bakar injeksi saat throttle valve mulai menutup bahan bakar yang diinjeksi dihentikan sementasa sampai batas rpm tertentu sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar. 5. Efisiensi pemasukan campuran bahan bakar dan udara Pada Engine Management System akan selalu digunakan tekanan bahan bakar sebesar 2-3 kg/cm2 akan diperoleh pengabutan yang baik sehingga tidak diperlukan venturi. Juga manifold dapat dibuat lebih besar sehingga inersia udara Gambar 20. Engine Management System Bagian ini menjelaskan beberapa komponen dan signal-signal, - Sensor Pengukur Udara (MAP atau MAF) Crankshaft Position Sensor Camshaft Position Sensor Water Temperatur Sensor Intake Air Temperatur Sensor Throttle Position Sensor Knock Sensor Lamda Sensor Berikut ini adalah fungsi dan kemampuan scan tools: ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 41 1. Membaca Kode kesalahan Setiap komponen sensor dan actuator mengirimkan signal ke ECU dan ECU akan meproses kembali sinal tersebut sebagai indikasi bahwa komponen berjalan dengan baik. Apabila ada malfungsi dari komponen karena ada signal yang tidak sesuai, maka ECU akan mencatatnya didalam ROM dan akan menyalakan lampu check engine, dan membuat kode kesalahan. Kode kesalahan ini dapat di akses menggunakan scan tools sistem bahan bakar dan udara, sampai dengan kondisi lingkungan bahan bakar yang digunakan. Dalam evaluasi unjuk kerja mesin terdapat beberapa parameter utama yang perlu diperhatikan yang merupakan pengaruh dari kondisi. Parameter unjuk kerja mesin tersebut diantaranya: 2. Menghapus kode kesalahan Setelah melakukan proses perbaikan terhadap kerusakan, maka perlu menghapus kode kesalahan, agar ECM mengetahui bahwa sensor sudah beroperasi dengan baik. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik 3. Membaca Data Aktual Data aktual adalah data yang ditampilkan oleh scanner tentang semua data komponen yang sedang berjalan. Contohnya adalah tampilan suhu mesin, putaran mesin, timing pengapian, dan lainlain. 4. Actuation Test Actuation test adalah proses untuk memerintah actuator melalui scan tools seperti membuka injector, dan komponen actuator yang lain, untuk memeriksa fungsional komponen 5. Workshop Support Workshop support adalah menu proses untuk melakukan penyetelan kembali kekondisi setelan pabrik, misalkan putaran idle, timing pengapian. 6. Adaptation Adaptation adalah menu proses merubah nilainilai operasi dalam ECM, hal ini diperlukan apabila kondisi keausan komponen terjadi, atau terjadi penggantian komponen system lain seperti penggantian kunci, atau instrument cluster Gas Analyzer Gas analyzer adalah peralatan yang mengukur kadar campuran gas buang pada kendaraan. Umumnya yang beredar di pasaran adalah fourgas analyzer, yaitu untuk mendeteksi CO, CO2, HC, dan O2. dan juga dapat menunjukkan λ. Parameter Unjuk Kerja Mesin Pada motor bakar mempunyai unjuk kerja mesin yang berbeda-beda. Hal ini tergantung dari faktor yang bersangkutan dengan spesifikasi motor bakar torak itu sendiri, seperti; volume silinder, susunan silinder, panjang langkah torak (stroke), 1. Torsi 2. Daya mesin efektif 3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Specific Fuel Consumption adalah jumlah pemakaian bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin yang menghasilkan daya satu dk selama satu jam. Sfc dapat dihitung dengan menggunakan rumus [3]: Sfc = (2.2) Dimana : Sfc : Specific Fuel Consumption (kg/hp detik) Mf : Massa bahan bakar yang di konsumsi (kg) selama 1 jam W : Luaran Daya (hp) atau BHP Dalam sistem bahan bakar injeksi elektronik, bahan bakar disemprotkan melalui injektor dalam waktu tertentu di setiap langkah hisap ke masingmasing silinder. Dengan mengetahui sfc dan W maka akan dapat dicari ukuran injektor, hal tersebut dapat dicari dengan rumus [4]: Fuel injector size (lbs/h) = Dapat ditulis dengan mf = (2.3) dimana mf: laju aliran bahan bakar (lbm/h) W : Daya maksimum pada sebuah mesin (hp) Sfc : Specific (lbm/hph) Fuel Consumption Dalam hal ini sfc menggunakan 0,45-0,60 lbm/hph (0,2041166 – 0,2721554 kg/hph). Menggunakan 0,45-0,50 lbm/hph apabila mesin tanpa turbo, dan menggunakan 0,6 lbm/hph apabila mesin dengan turbocharger. n: Jumlah injektor pada mesin ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 42 M : Duty cycle injektor yaitu lamanya waktu injeksi dibanding dengan tersedianya waktu (1 siklus 4 langkah) yang di nyatakan dalam persen. Menurut percobaan dari graham bell, duty cycle injektor (M) pada saat daya maksimum sekitar 6070%. “ However, it will often be found during dynotesting that an engine will make best power with correctly phased sequential injection when duty cycle is 6070%” [1]. Campuran Udara dan Bahan Bakar untuk Mesin dengan Sistem Bahan Bakar Injeksi Elektronik Pada sistem injeksi bahan bakar elektronik campuran udara dan bahan bakar diatur sekitar λ = 1, “Manifold-injection gasoline engine develop their maximum power output at 5…15% air deficiency (λ = 0,95…0,85), and their lowest fuel consumption at 10…20% excess air (λ = 1,1…1,2).” [4]: hal 40. Hal tersebut dapat dilakukan dengan pengontrolan sistem umpan balik (closed-loop) “The air-fuel ratio can be maintained precisely at λ=1 by means of lamda closed-loop control” [2]: hal 95) yang mana gas buang akan diukur oleh sensor dan selanjutnya ECM akan mengkoreksi penyemprotan bahan bakar sehingga dihasilkan λ=1. Untuk mencari campuran dara dan bahan bakar dapat menggunakan rumus [3]: AFR= (2.4) dimana AFR : perbandingan udara dan bahan ma : laju alir massa udara (kg/s) mf : laju alir massa bakar (kg/s) Langkah pemeriksaan yang dilakukan adalah : a. Memeriksa keluhan b. Melakukan pemeriksaan dengan Scan Tools, untuk melihat apakah ada kode kesalahan (fault code) c. Karena tidak ada kode kesalahan maka dilanjutkan pemeriksaan data aktual d. Melihat data aktual dan membandingkan dengan yang seharusnya e. Selanjutnya apabila belum dapat mengambil kesimpulan, periksa dengan alat uji emisi. f. Membandingkan dengan data yang seharusnya dan mengambil kesimpulan. Dalam hal emisi karena sudah ada spesifikasi standar, lebih baik di bandingkan dengan spesifikasi standar Hasil Pengujian Mobil Normal 4.1.1 Hasil Pemeriksaan pada Mercedes E280 tahun 2008 dengan kondisi mesin normal dan putaran idle Tabel 4. Aktual data Mercedes E280 kondisi normal pada saat roda gigi transmisi posisi drive No Putaran Mesin Laju Udara Waktu Injeksi (rpm) (kg/h) (s) 1 612 14,2 0,0029 2 620 14,3 0,0030 3 612 14,2 0,0029 4 620 14,2 0,0030 bakar Prosedur pengujian kendaraan dilakukan di bengkel Auto Service. Pengujian ini dilakukan untuk menganalisa kendaraan dengan sistem bahan bakar injeksi dengan Scan Tools atau Gas Analyzer. Pengujian Mesin Normal Pengujian pertama menggunakan Scan Tools pada mesin normal yaitu pada Mercedes E 280 tahun 2008: a. Pasang Scan tools pada kendaraan b. Masuk ke masing-masing kendaraan dengan tepat c. Baca data aktual seperti pada saat mesin mengalami masalah yaitu idle dan posisi selektor transmisi pada posisi D (drive). Pengujian Mesin Bermasalah Pengujian dengan Scan Tools atau gas analyzer pada kendaraan yang bermasalah yaitu pada mobil Mercedes, BMW dan BMW 4.2 Hasil Pemeriksaan pada mobil bermasalah menggunakan Scan Tools atau Gas Analyzer 4.2.1 Hasil Pemeriksaan pada Mercedes E280 tahun 2008 dengan kondisi mesin bermasalah, menurut keluhan pelanggan yaitu : Mesin pincang ketika idle setelah beberapa lama dan pada posisi roda gigi transmisi drive. Tabel 5. Aktual data Mercedes E280 kondisi bermasalah No Putaran Mesin udara Laju Waktu Injeksi (rpm) (kg/h) (s) 1 614 23,3 0,0030 2 620 24,2 0,0032 3 614 23,3 0,0030 4 620 24,2 0,0032 ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 43 4.2.2 Hasil Pemeriksaan pada BMW 745i E65 N62 tahun 2002 dengan kondisi mesin bermasalah, menurut keluhan pelanggan yaitu : Ketika dingin mesin pincang, kalau sudah kurang lebih 10 menit, mesin normal. Pada mesin ini ketika diperiksa menggunakan scan tools tidak menunjukkan adanya kode kesalahan (fault code) dan ketika di baca data aktual tidak menunjukkan data. Sehingga dilanjutkan dengan pemeriksaan dengan gas analyzer Tabel 6. Hasil Uji Emisi BMW 745i Perhitungan kemampuan maksimum injektor menyemprotkan bahan bakar berdasarkan rumus 2.3 yaitu diketahui W = 228 Hp pada putaran mesin 6000 rpm Sfc = 0,45-0,5 lbs/Hp.h untuk mesin normal 0,6 lbs/Hp.h untuk mesin dengan turbo n = 6 silinder M = 60% Menurut percobaan dari graham bell, duty cycle injektor (M) pada saat daya maksimum sekitar 6070%. Maka dapat dihitung kemampuan injektor mengalirkan bahan bakar dalam 1 detik adalah Putaran mesin CO HC CO2 O2 % ppm % % 1 600 rpm 0,17 323 4,0 6,34 >1,3 mf = 31,67 lbm/h 2 600 rpm 0,42 565 5,7 3,38 1,288 diketahui 1 lbm = 0,453 kg jadi 3 600 rpm 0,21 421 4,5 4,25 1,291 No Λ , mf = 4.2.3 Hasil Pemeriksaan pada BMW 730i E38 M60 tahun 1996 dengan kondisi mesin bermasalah, menurut keluhan pelanggan yaitu : Ketika dingin mesin pincang dan asap knalpot pedih dimata. Dalam kasus ini pemeriksaan langsung menggunakan gas analyzer . mf = 31,67 lbm/h x 0,453 = 14,36375 kg/h Jadi kemampuan injektor dalam menyemprotkan bahan bakar pada tekanan spesifikasi adalah 14,36375 kg/h = 3,98993 g/s. Apabila putaran mesin 612 rpm dengan lama penyemprotan bahan bakar setiap siklus kerja mesin adalah 0,0029 detik maka massa bahan bakar yang disemprotkan adalah 3,98993 g/s x 0,0029 = 0,01157 g Tabel 7. Hasil Uji Emisi BMW 730i No Putaran Mesin CO HC CO2 O2 % Ppm % % Λ 1 600 rpm 1,687 1168 11,38 5,98 1,192 2 600 rpm 0,299 925 10,71 5,40 1,261 3 600 rpm 0,296 756 10,78 5,43 1,273 4 600 rpm 0,260 1380 9,79 7,28 1,373 4.3 Perhitungan Perhitungan untuk kendaraan Mercedes E280 tahun 2008 dengan kondisi mesin normal dan transmisi masuk gigi drive. Pada sistem injeksi bahan bakar elektronik campuran udara dan bahan bakar diatur sekitar λ = 1, “ Manifold-injection gasoline engine develop their maximum power output at 5…15% air deficiency (λ = 0,95…0,85), and their lowest fuel consumption at 10…20% excess air (λ = 1,1…1,2).” [4] . Diketahui kendaraan Mercedes E 280 tahun 2008 pada putaran idle adalah 612 rpm dan pengukuran laju massa udara menunjukkan 14,2 kg/h dan lamanya injeksi bahan bakar setiap siklus adalah 0,0029 s maka dapat dicari perbandingan campuran udara dan bahan bakar. Berikutnya untuk mengetahui massa udara adalah mengetahui berapa banyak siklus per silinder yang terjadi pada mesin. / N* = ,untuk mesin 4 langkah Jadi dengan putaran mesin 612 rpm jumlah siklus per silindernya adalah N* = detik. = 5.1 siklus 4 langkah dalam 1 Dan selanjutnya harus dicari berapa lama langkah hisap yang dilakukan t= . = 0,196 s dalam 1 siklus 4 langkah t hisap = 0,196 s : 4 = 0,049 s seperti diketahui pengukuran laju massa udara yang terukur dalah 14,2 kg/h maka harus dicari banyaknya udara yang dihisap dalam 0,049 s diketahui 1 h = 3600 s 1kg = 1000 g Maka (14,2 x 1000) : 3600 = 3,94 g/s Dan untuk 1 langkah hisap dapat dihitung 3,94 g/s x 0,049 s = 0,193355 g ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 44 Jadi perbandingan bahan bakar dan udara menurut rumus 2.4 dapat dihitung, yaitu AFR = λ= , = , , , , 4.4 Analisa Hasil Uji Emisi Gas Buang = 1,14 Tabel 8. Hasil perhitungan λ dari mesin mercedes E280 dengan kondisi normal No Putaran Mesin Laju Udara Waktu Injeksi (rpm) (kg/h) (s) Λ 1 612 14,2 0,0029 1,14 2 620 14,3 0,0030 1.09 3 612 14,2 0,0029 1.14 4 620 14,2 0,0030 1.08 Tabel 9. Hasil perhitungan λ dari mesin mercedes E280 dengan kondisi bermasalah No ECM. Setelah pengukur udara (Air Mass Sensor) diganti, mobil ini kembali normal Putaran Mesin Laju Udara Waktu Injeksi (rpm) (kg/h) (s) λ 1 614 23,3 0,0030 1,79 2 620 24,2 0,0032 1,73 3 614 23,3 0,0030 1,79 4 620 24,2 0,0032 1,73 Jadi λ pada mesin bermasalah =1,79 atau 79 % lebih banyak dari teoritis dan campuran sangat kurus. Hal ini akan dibaca oleh oksigen sensor yang terdapat di saluran buang yang berfungsi untuk membaca kadar oksigen yang terdapat pada gas buang. Karena oksigen 80% lebih banyak maka informasi di kirimkan ke ECM dalam bentuk tegangan. Selanjutnya ECM akan mengkoreksi lamanya injeksi bahan bakar menjadi lebih lama. Hanya saja koreksi ini dibatasi untuk putaran idle adalah 0,001-0,003 detik (didapat dari data aktual yang ditampilkan scan tools Star Diagnose Mercedes). Apabila dilihat lamanya injeksi bahan bakar pada mobil Mercedes E280 yang bermasalah ini sudah 0,003 detik. Jadi tidak mungkin ditambah 80% lebih lama menjadi sekitar 0,0054 detik. Hal ini yang menyebabkan putaran mesin pada saat idle dan selektor pada posisi D bermasalah. Penyebabnya adalah input dari pengukur udara (Air Mass Sensor) yang salah. Karena dalam hal ini mesin Mercedes E 280 sudah menggunakan sistem injeksi elektronik tipe Motronic yang di buat oleh BOSCH dan menggunakan pengukur udara (Air Mass Sensor) tipe hot film maka sudah tidak memungkinkan dilakukannya penyetelan baik secara manual maupun dengan merubah program Pada sistem injeksi bahan bakar elektronik campuran udara dan bahan bakar diatur sekitar λ = 1, “ Manifold-injection gasoline engine develop their maximum power output at 5…15% air deficiency (λ = 0,95…0,85), and their lowest fuel consumption at 10…20% excess air (λ = 1,1…1,2).” [4]. Secara teoritis perbandingan udara dan bahan bakar adalah 14,7:1 Dan dalam diagnosa dengan gas analyzer , perlu dengan bantuan pertanyaan yang meliputi : a. Apa keluhannya b. Kejadian /pembacaan emisi pada putaran berapa c. Kemungkinan komponen yang menyebabkan kasus emisi 4.4.1 BMW 745i Tabel 10. Hasil pengukuran emisi dibandingkan standart pada BMW 745i Pembacaan Standar Bermasalah Keterangan CO (%) 0,2 0,17-0,42 Relatif sama HC (ppm) 100 323 – 421 Naik CO2 (%) 14,5 – 16 4,0 - 5,7 Turun O2 (%) 0,1 - 0,5 3,38 - 6,34 Naik Λ 1.0 1,291 - 1,300 Kurus = λ= 1,291 = , = AFR = 1,2 x 14,7 = 18,98 Pada mobil BMW 745i N62 1. Keluhanya adalah Ketika dingin mesin pincang, kalau sudah kurang lebih 10 menit, mesin normal. 2. Pemeriksaan dilakukan pada saat idle sesuai keluhan 3. Kemungkinan komponen yang menyebabkannya adalah : Apabila dilihat dari kasus diatas terlihat λ lebih dari 1,2 itu berarti campuran kurus (kekurangan udara) dan ketika λ lebih dari 1,2 apabila dilihat dari grafik hubungan AFR maka a. CO akan cenderung sama atau turun sedikit b. HC Cenderung naik c. CO2 akan mengecil d. O2 akan naik ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 45 Hal ini dapat disebabkan oleh kebocoran udara pada saluran udara masuk . Dan hal ini tidak dapat terdeteksi oleh ECU sehingga tidak dapat menimbulkan kode kesalahan (fault code). Pemeriksaan kebocoran udara dapat dilakukan dengan menyemprotkan cairan carb cleaner yang ke setiap bagian sistem pemasukan. Apabila terdapat kebocoran ditandai dengan penunjukan emisi akan mendekati normal (CO, HC, CO2, O2, λ). Pada BMW 745i kebocoran udara dikarenakan lemahnya pegas pada Crankcase Venting System yang berfungsi untuk ventilasi udara dari ruang poros engkol ke saluran masuk udara sehingga terjadi penambahan udara palsu ke dalam sistem injeksi elektronik yang tidak di baca oleh pengukur udara. Hasil pembakaran di baca oleh sensor oksigen yang mengukur kadar oksigen dari emisi gas buang dalam hal ini menunjukkan 80% lebih banyak, sehingga ECM menerima dua informasi yang berbeda yang menyebabkan permasalahan terjadi 4.4.2 BMW 730i Tabel 11. Hasil pengukuran emisi dibandingkan standart pada BMW 730i Pembacaan Standar Bermasalah Keterangan CO (%) 0,5 – 1,5 0,260 – 1,687 Relatif sama HC (ppm) 100 756 – 1168 Naik CO2 (%) 14,5 – 16 9,79 – 11,38 Turun O2 (%) 0,1 - 0,5 5, 40 – 7,28 Naik Λ 0,97-1,03 1,192 – 1,373 Kurus = λ= 1,192 = , = AFR = 1,2 x 14,7 = 17,52 1. Keluhan pada BMW 745i N62 adalah Ketika dingin mesin pincang, dan asap knalpot pedih dimata 2. Pemeriksaan dilakukan pada saat idle sesuai keluhan 3. Kemungkinan komponen yang menyebabkannya adalah : Apabila dilihat dari kasus diatas terlihat λ sekitar 1,2 itu berarti campuran kurus (kekurangan udara) dan ketika λ sekitar 1,2 apabila dilihat dari grafik hubungan AFR maka a. CO akan cenderung sama atau turun sedikit b. HC Cenderung naik c. CO2 akan mengecil d. O2 akan naik Pada BMW 730i kebocoran terletak pada saluran masuk udara yang terbuat dari plastik. Secara kasus mirip dengan mobil BMW 745i diatas, tetapi penyebab masalahnya berbeda. 5.1 Kesimpulan 1. Permasalahan pada kendaraan dengan sistem bahan bakar injeksi yang tidak dapat dideteksi oleh scan tool dalam penelitian ini dikarenakan penyimpangan masukan dari sensor pemasukan udara, putaran mesin dan waktu penyemprotan bahan bakar.. Hal ini dapat dianalisa dengan membandingkan data yang ditampilkan scan tools dan gas analyzer antara mesin normal dan mesin bermasalah. 2. Horst Bauer, 2004. Gasoline-Engine Management, Robert Bosch Gmbh, Germany 3. Loekman Satibi, Irfan Purnawan dan Lisa Nazifah, 2013.Mesin Penggerak Utama (Prime Mover), raha Ilmu, Yogyakarta DAFTAR PUSTAKA 1. Graham Bell, 1998. Four Stroke Performing Tuning, Hynerss Publishing, Sparkford, California 2. Robert G. Wagoner, 2012. Turbocharging Normally Aspirated Endines on a Budget, Lulu Enterprises.Inc, USA ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 46 PANDUAN PENULISAN JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN Penulis01, Penulis02, dan Penulis03 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana Jakarta Email: [email protected]; [email protected], Penulis [email protected] Abstrak -- (intisari) memuat inti permasalahan, metodologi pemecahannya dan hasil yang diperoleh. Abstrak ditulis dalam Bahasa Indonesia dan Bahasa Inggris, disertai kata kunci (keyword) di bawahnya. Tulisan asli berupa softcopy yang dikirim penulis akan langsung dicetak sebagai isi JURNAL TEKNIK MESIN apabila telah memenuhi panduan penulisan. Untuk menjamin keseragaman dan kelancaran proses pencetakan, serta format tulisan maka dibuat panduan penulisan. Panduan ini sebagai acuan yang diperlukan untuk penulisan dan pengiriman tulisan JURNAL TEKNIK MESIN. Panduan ini ditulis sebagai format baku JURNAL TEKNIK MESIN dan untuk kemudahan panduan dalam bentuk softcopy ini dapat langsung dijadikan template bagi penulis. Kata kunci: panduan, tulisan, format, judul Abstract -- contains the core of the problem, the solution methodology and the results obtained. Abstract written in Indonesian and English, accompanied by keywords (keywords) below. The original text in the form of soft copy sent direct writer will be printed as JURNAL TEKNIK MESIN contents if it has met the writing guide. To ensure uniformity and smoothness of the printing process, as well as the format of the writing made the posting. This guide as a reference is required for the writing and delivery of writings JURNAL TEKNIK MESIN This guide is written as a standard format for ease JURNAL TEKNIK MESIN and guidelines in softcopy format can be directly used as a template for writers. Keywords: guidance, writing, format, title 1. PENGIRIMAN TULISAN Tulisan asli yang dikirim ke Redaksi JURNAL TEKNIK MESIN harus dalam bentuk softcopy siap cetak yang dicopy-kan langsung kepada Redaksi atau dikirimkan via email dalam format *.doc atau *.docx dengan dilampiri pernyataan bahwa tulisan tersebut belum diterbitkan dan tidak sedang menunggu untuk diterbitkan di media mana pun. Penulis juga diminta untuk melampirkan biografi ringkas, afisiliasi dan alamat lengkap, termasuk alamat email. 2. TULISAN Tulisan akan dicetak dengan tinta hitam pada satu muka kertas HVS putih ukuran A4. Setiap halaman diberi nomor dan panjang tulisan maksimal 8 (delapan) halaman. Untuk menjamin keseragaman format, tulisan hendaknya mempunyai marjin minimum sebagai berikut: a. Marjin atas, bawah, inside, 3 cm, sedangkan batas outside 2.0 cm dengan Pages Mirror Margin. b. Badan tulisan ditulis pada dua kolom dengan jarak antar kolom 0.5 cm. 2.1 Huruf dan Spasi jarak antar baris satu spasi, kecuali judul. Judul menggunakan huruf besar Arial 12 yang dicetak tebal (bold), dan abstrak ditulis miring (Italic) dengan huruf Arial 10. 2.2 Judul Judul Tulisan: Judul tulisan dicetak tebal dengan huruf besar (14) dan diletakkan di tengah halaman. Judul tulisan diikuti nama dan afisiliasi penulis serta abstrak, seperti pada panduan ini. Judul Bagian: Judul bagian dicetak tebal (bold) dengan huruf besar, diberi nomor. Judul Subbagian: judul sub-bagian dicetak tebal, dengan gabungan huruf besar dan kecil, dimulai dari sisi kiri kolom. 2.3 Bahasa, Satuan dan Persamaan Bahasa yang digunakan adalah Bahasa Indonesia yang baik dan benar. Penggunaan bahasa dan istilah asing sedapat mungkin dihindari, kecuali untuk “abstrak”. Penggunaan singkatan dan tanda-tanda diusahakan untuk mengikuti aturan nasional atau internasional. Satuan yang digunakan hendaknya mengikuti system satuan internasional (SI). Persamaan atau hubungan matematik harus dicetak dan diberi nomor seperti ini: Tulisan menggunakan huruf Arial 10 dengan ISSN 2089 - 7235 JTM Vol. 03, No. 3, Oktober 2014 47 (1) Di dalam teks, persamaan 1 dinyatakan dengan “Pers. (1)” atau “Persamaan (1)”. 2.4 Tabel Tabel yang rapi dan jelas disertakan dalam teks serta harus dirujuk pada teks. Keterangan tabel ditulis di atas tabel sebagai berikut: “Tabel 1”. Di dalam teks, tabel 1 dinyatakan dengan “Tabel 1”. Di dalam teks, persamaan 1 dinyatakan dengan “Pers. (1)” atau “Persamaan (1)”. 2.6 Gambar Gambar dituliskan menggunakan format rata tengah. Setiap gambar haruslah diberi nomor dan judul serta diacu pada tulisan. Nomor dan judul gambar diletakkan di bawah gambar, seperti terlihat pada Gambar 1. Tabel 1. Contoh penulisan nomor dan judul tabel Symbol Quantity magnetic flux 4M m magnetization magnetic moment m magnetic moment B 4M m magnetic flux density, magnetic induction magnetic field strength magnetization magnetic moment M magnetization 4M 4M 4M magnetization magnetization magnetization specific magnetization magnetic moment H m 4M j 2.5 magnetization magnetic dipole moment Conversion from Gaussian and CGS EMU to SI a 1 Mx 108 Wb = 108 V·s 1 G 103/(4) A/m 1 erg/G = 1 emu 103 A·m2 = 103 J/T 1 erg/G = 1 emu 103 A·m2 = 103 J/T 1 G 104 T = 104 Wb/m2 Gambar 16. Penulisan nomor dan judul gambar 1 Oe 103/(4) A/m 1 G 103/(4) A/m 1 erg/G = 1 emu 103 A·m2 = 103 J/T 1 erg/(G·cm3) = 1 emu/cm3 103 A/m 1 G 103/(4) A/m 1 G 103/(4) A/m 1 G 103/(4) A/m 1 erg/(G·g) = 1 emu/g 1 A·m2/kg 1 erg/G = 1 emu 103 A·m2 = 103 J/T 1 G 103/(4) A/m 1 erg/G = 1 emu 4 1010 Wb·m Nomenclature Simbol dan Definisi kosa kata sebaiknya dikumpulkan dan di tulis disini (sebelum Daftar Pustaka). Sebagai contoh: APT = Available Production Time Cmax = Maximum Consumption DT = Design Time KD = Design Coefficient 3. DAFTAR PUSTAKA Penyitiran pustaka dilakukan dengan menyebutkan sumber penulis dan tahun, contoh: (Chapman, 2008). Daftar Pustaka hanya memuat pustaka yang secara langsung menjadi sumber kutipan. Penulisan Daftar Pustaka dilakukan dengan pengurutan berdasarkan nama belakang penulis, dicantumkan pada bagian akhir tulisan. Berikut adalah beberapa contoh penulisan daftar pustaka. [1]. Casadei D, Serra G, Tani K. Implementation of a Direct Control Algorithm on Discrete Space Vector Modulation. IEEE Transactions on Power Electronics. 2007; 15(4): 769-777. [2]. Calero C, Piatiini M, Pascual C, Serrano MA. Towards Data Warehouse Quality Metrics. Proceedings of the 3rd Int’l. Workshop on Design and Management. Interlaken. 2009; 39: 2-11. [3]. Ward J, Peppard J. Strategic planning for Information Systems. Fourth Edition. West Susse: John Willey & Sons Ltd. 2007: 102104. ISSN 2089 - 7235 FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA Jl. Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta Barat 11650 Telp: 021-5840816 (Hunting), Pesawat: 5200 Fax: 021-5871335