Filetype PDF | Diposting 30 Jun 2022 | 3 thn lalu
Authentication
digital resources
258x Tipe PDF Ukuran file 0.82 MB
Volume1. Nomor2 Edisi Juli 2011 ISSN : 2088-088X
Optimasi Connecting Rod Sepeda Motor Untuk Mereduksi Massa Dan Brake Specific Fuel
Consumption (BSFC)
I DK Okariawan*
*Dosen Fakultas Teknik Universitas Mataram Jl. Majapahit No. 62 Mataram
Email: okateknikunram@yahoo.com
Abstract
Many countries in the world at recent decade depends energy source from oil (petroleum). Oil is
un-renewable energy and someday the quantity will be very low (oil crisis). Some of oil conservation
needed to expand oil live, and now for Indonesia, reduce fuel consumption of automobile (particularly
for motorcycle) is primary oil conservation effort. Mass reduction of automobile component is one of
the way to reduce fuel consumption, from Engineering Design and Manufacture point of view so that
these researches try to reduce mass of connecting rod in Motorcycle.
In this research mass reduction, that connecting rod was considering with safety design to material
failure, which was quasi-static Factor of Safety (FOS). Increase of fuel efficiency effect calculated
from Brake Specific Fuel Consumption (BSFC) criteria. Simulation method was a basis to find FOS
and BSFC talked above.
As the result of this research, optimum connecting rod model was obtained, that has lighter mass
than initial connecting rod, also enable to stand the allowable minimum FOS (4,6 for tensile load and
2,55 for compressive load). The optimum connecting rod model also enables to reduce BSFC about 6
%.
Keywords: connecting rod, FOS, BSFC
Pendahuluan
memodifikasi geometri connecting rod, dengan
Berbagai negara di dunia dalam beberapa tetap memperhatikan aspek keamanan design
dekade ini memiliki ketergantungan pada (mechanical failure). Connecting rod yang
minyak bumi sebagai sumber energi menjadi objek penelitian kali ini adalah
utamanya, termasuk Indonesia. Minyak bumi connecting rod sepeda motor. Kriteria untuk
merupakan sumber energi tidak terbarukan, menentukan fuel efficiency engine didasarkan
dimana jika terus dikonsumsi, maka lama pada Brake Specific Fuel Consumption
kelamaan akan sangat langka keberdaannya (BSFC). Hal tersebut dikarenakan BSFC
(oil crisis). Salah satu konsumsi BBM terbesar mampu menampilkan informasi fuel efficiency
pada kendaraan bermotor di negara Indonesia engine secara rinci, berupa konsumsi bahan
berasal dari sepeda motor, bahkan menurut bakar engine, serta besar daya yang mampu
Ketua Umum Asosiasi Industri Sepeda Motor dihasilkan engine pada kondisi konsumsi
Indonesia (AISI), Gunadi Sindhuwinata, pada bahan bakar tertentu. Untuk mengetahui
tahun 2010 ini, penjualan sepeda motor parameter-parameter tersebut dilakukan
diestimasi akan mengalami peningkatan dengan metode simulasi yaitu perhitungan
sebesar 10 – 12 %, yakni dikisaran 6,3 – 6,5 finite element method dengan bantuan
juta unit (Redaksi kabar bisnis.com, 2009). Computer Aided Design (CAD) – Computer
Berbagai penjelasan di atas Aided Engineering (CAE) digunakan untuk
mengindikasikan pentingnya upaya konservasi mengetahui faktor keamanan design pada
terhadap minyak bumi sebagai sumber energi, connecting rod akibat reduksi massa,
salah satunya melalui penghematan sedangkan perhitungan dasar internal
penggunaan minyak bumi tersebut, terutama combustion engine dan juga dinamika
pada sektor kendaraan bermotor (fuel mekanisme slider – crank digunakan untuk
efficiency), maka dalam penelitian ini akan mengetahui nilai BSFC engine tersebut.
dilakukan optimalisasi pada salah satu
Tinjauan Pustaka
komponen kendaraan bermotor, berupa
connecting rod, agar dihasilkan reduksi massa Shenoy (2004) menjelaskan bahwa,
connecting rod tersebut, sehingga diharapkan dengan melakukan reduksi massa connecting
peningkatan fuel effieciency dapat dicapai. rod, maka momen inersia engine mampu
Optimalisasi dilakukan dengan cara dikurangi, dengan demikian akan dihasilkan
Volume1. Nomor2 Edisi Juli 2011 ISSN : 2088-088X
peningkatan performa dan fuel efficiency dapat dirumuskan sebagai berikut. (Sumber :
engine. Reduksi massa pada connecting rod Samuel dan Weir, 2000)
2 2 2
tersebut harus mempertimbangkan faktor
σ -σ + σ -σ + σ -σ
1 2 2 3 3 1
σ = (1)
keamanan design (kekuatan material), karena
VM
2
connecting rod tersebut mengalami high
Untuk keamanan design terhadap yield, maka
compressive load akibat energi pembakaran
limit dari dapat dirumuskan sebagai
VM
bahan bakar di ruang bakar, sampai high
berikut.
yield strength
tensile load akibat momen inersia connecting
σ ≤ (2)
VM
perancangan FOS
rod.
Perancangan FOS
Fui (2007) dalam penelitianya
Perancangan FOS berfungsi untuk
merekomendasikan salah satu langkah untuk
mengendalikan secara sistematis berbagai
mengurangi besar tegangan kritis pada suatu
ketidakpastian yang muncul dalam kondisi
komponen, yaitu dengan cara menambahkan /
aktual suatu sistem, namun sulit
memperbesar jari – jari fillet pada geometri
diperhitungkan dalam design. Pada saat FOS
komponen. Rekomendasi tersebut didapatkan
tersebut telah diketahui, maka dapat diketahui
setelah ia melakukan penelitian tegangan kritis
yield strength
pada sebuah chassis truk 4,5 ton, dimana ia
pula allowable – stress yang
perencanaan FOS
mendapatkan bahwa tegangan kritis chassis
boleh diberikan pada suatu material, sehingga
tersebut terdapat pada daerah – daerah yang
keamanan terhadap material failure dapat
memiliki sudut tajam (sharp corner).
dipertahankan (Sumber : Samuel dan Weir,
Cheah dkk (2007) telah meneliti mengenai
2000).
pengaruh reduksi massa komponen kendaraan
Shenoy dan Fatemi (2005) dalam
bermotor terhadap peningkatan fuel efficiency
penelitiannya merekomendasikan untuk
diperoleh hasil bahwa, setiap 10 % reduksi
menggunakan FOS sebesar 2,1 dalam
massa total mobil atau light duty truck, maka
melakukan design terhadap connecting rod.
diperoleh pengurangan fuel consumption
Gaya padapinconnecting rod
sebesar 6 – 7%.
Gaya-gaya yang dialami pin connecting
rod meliputi :
Landasan Teori
a. Gaya akibat tekanan gas, F .
g
Optimalisasi design
b. Gaya inersia akibat massa piston, F
ip.
Optimalisasi design, yaitu suatu teknik
c. Gaya inersia akibat massa connecting rod
untuk mendapatkan kemungkinan terbaik dari
yang bekerja pada wristpin, F .
iw
berbagai macam skenario design. Terdapat 3
d. Gaya inersia akibat massa connecting rod
buah elemen penting dalam proses
yang bekerja pada crankpin, F .
ic
optimalisasi design yaitu objective function,
e. Gaya inersia akibat massa crank pada
design variable, dan constraint. Terdapat
crankpin, F .
ir
banyak metode yang dikembangkan oleh para
pakar untuk memperoleh suatu besaran
optimum, diantaranya yang sederhana adalah
melalui metode persamaan differensial dan
metode Langrange, namun untuk solusi
optimalisasi yang memilki variabel dan
constraint yang kompleks, para pakar
mekanika menerapkan metode finite element
dengan iterasi numerik yang dikerjakan oleh
program komputer.
Teori Kegagalan Material pada
PembebananStatis
Gambar1 Gaya–gaya yang terjadi pada pin
Sebagai acuan keamanan design dalam
connecting rod (Sumber : Norton, 1999)
analisis tegangan statis untuk material ulet
(ductile), para rekayasawan mekanika
Dengan menganggap tidak ada gesekkan
menerapkan salah satu diantara dua teori
antara piston dengan silinder, maka besarnya
kegagalan material, yaitu Maximum Shear
gaya tekan gas (F ) bisa didapatkan dari
g
Stress Failure Predictor (MSFP), Distortion
tekanan efektif rata – rata gas (P ) dan luas
e
Energy Failure Predictor (DEFP), yang biasa
permukaan torak (A), dimana A diasumsikan
diistilahkan sebagai teori kegagalan vonMises.
sama seperti luas bore silinder. Hubungan
Teori kegagalan vonMisses memiliki
ketiganya adalah sebagai berikut:
akurasi yang lebih baik dalam memprediksi
F = P .A (Newton) (3)
g e
yield dibandingkan teori kegagalan Tresca,
Volume1. Nomor2 Edisi Juli 2011 ISSN : 2088-088X
Tekanan efektif rata – rata gas dapat dicari Perbandingan antara l terhadap (l +l ) dan l
b a b a
melalui persamaan sebagai berikut.
terhadap (l +l ) adalah , dan (Sumber :
a b
0,45.z.N kg
e
P = ( ) (4)
e
Norton, 1999)
2
V .n.i cm
d
T.n
Daya poros dan BSFC
N = (PS) (5)
e
716, 2
Daya poros dapat didefinisikan sebagai
daya yang dihasilkan pada poros engkol atau
2
π.D
3
dengan kata lain dapat diistilahkan sebagai
V = . L (m ) (6)
d
4
daya yang berguna / efektif (brake power).
Total gaya pada piston pin connecting rod
Persamaan untuk memperhitungkan brake
seperti di bawah ini.
̇
power ( ) yaitu sebagai berikut. (Sumber :
= + − +( +
Pulkrabek, 2004)
) (7)
]
̇
W =2πNT (13)
Total gaya pada crankpin connecting rod
Keterangan :
adalah sebagai berikut.
N = kecepatan putaran poros engkol (rotasi
per sekon)
=
T = torsi yang dihasilkan poros engkol (torsi
−
engine), N. m
+
( )
+ −
Torsi engine dapat dicari melalui
persamaan – persamaan berikut ini. (Sumber :
+
(8)
Norton, 1999)
( )
+ +
T = T + T (14)
g i
Akselerasi piston, dapat dihitung dengan
r
T = F r sinωt 1+ cosωt (15)
persamaan di bawah ini.
g g
l
1 r 3r
2 2
T= m r ω sinωt-sin2ωt- sin3ωt (16)
i B
2 2l 2l
=− − (9) Hubungan antara sudut dan sudut ωt diperlihatkan melalui persamaan di bawah ini.
= + (17)
[ ]
( )
Pengertian mengenai BSFC, yaitu
r sinωt = l sin
perbandingan antara jumlah bahan bakar yang
̇
= (10)
dikonsumsi terhadap brake power (W ) yang
mampu dihasilkan. Jumlah bahan bakar yang
Untuk menentukan besarnya massa
dikonsumsi dinyatakan dalam kecepatan aliran
connecting rod yang terkonsentrasi pada wrist
bahan bakar ke dalam engine ( ̇ ).
pin (m ) dan pada crankpin (m ) adalah
3b 3a
Persamaan mengenai BSFC dapat dijabarkan
sebagai berikut.
sebagai berikut. (Sumber : Pulkrabek, 2004)
= ( ) (11)
̇
m
f
BSFC= (18)
̇
W
b
= ( ) (12)
METODE PENELITIAN
Pada penelitian ini, diawali dengan membuat geometri dari connecting rod inisial yang diambil
dari sampel sepeda motor merek vario techno, material yang digunakan dan pembebanannya adalah
sebagai berikut :
Gambar2Designdrawingconnecting rod inisial berbasis CAD
Penentuan material connecting rod adalah ductil Cast Iron dengan massa jenisnya (ρ) = 0,0079
( ).
Volume1. Nomor2 Edisi Juli 2011 ISSN : 2088-088X
Penentuan restraint, yaitu suatu daerah pada connecting rod yang dijadikan sebagai tumpuan saat
terjadinya gaya dan pembebanan (gaya) connecting rod
120°
120°
Gambar 3 Restraint sepanjang 120° untuk pembebanan tarik (kiri : crank restraint, kanan :
pembebanan pada wrist)
120°
120°
Gambar 4 Restraint sepanjang 120° untuk pembebanan tekan (kiri : crank restraint, kanan :
pembebanab pada wrist)
Pengambilan data mengenai BSFC engine
Pengambilan data ini dilakukan secara
Hasil Dan Pembahasan
simulasi dengan menggunakan perhitungan –
perhitungan internal combustion engine dan
dinamika slider – crank, dengan asumsi nilai Perbandingan Model Connecting Rod
ṁ (laju aliran bahan bakar) dianggap sebagai
Dari optimalisasi yang telah dilakukan
konstanta dan ω akan dijadikan sebagai
dengan perbaikan pada berbagai tempat pada
variabel, yaitu ω saat putaran menengah (4500
connecting rod inisial beserta nilai FOS
rpm), ω saat terjadi torsi maksimum (6500
minimum, adalah sebagai berikut.
rpm), dan ω saat terjadi daya maksimum (8000
rpm).
Tabel 1 Perbandingan model connecting rod inisial terhadap optimalisasi
Model Geometri FOS minimum
Tarik Tekan
no reviews yet
Please Login to review.
