BAB II . Diagram P - V ( Diagram Theoritis )
Diagram P-Vadalah diagram theoritis tekanan dan volume yang menggambarkan hubungan tekanan dan volume dari proses kerja dalam silinder motor yang sedang bekerja. Diagram ini mempunyai 2 kali sumbu, sebagai sumbu mendatar (absis) ditentukan volume, sedang sebagai sumbu vertical (ordinal) ditentukan tekanan. Pada motor diesel 4 takt, mempunyai 4 langkah, dimana setiap langkah mempunyai hanya 1 proses kerja yaitu : -
dari TMA ke TMB = 1 langkah adalah proses pemasukan udara dari TMB ke TMA = 1 langkah adalah proses kompresi udara dari TMA ke TMB = 1 langkah adalah proses expensi gas dari TMB ke TMA = 1 langkah adalah proses pembuangan gas
Namun pada motor diesel 2 takt, mempunyai 2 langkah, dimana tiap langkah mempunyai banyak proses kerja yaitu : -
dari TMA ke TMB = 1langkah adalah proses expansi gas, pembuangan gas dan proses pengambil gas dari TMB ke TMA = 1 langkah adalah proses pemasukan dan proses kompresi udara.
Gambar 3
DIAGRAM ENGKOL Diagram Engkol adalah diagram yang menggambarkan kedudukan engkol dari poros engkol terhadap pembukaan dan penutupan katup masuk, katup buang maupun katup bahan bakar dari pengabut . Pada motor 4 takt baik motor bensin maupun motor diesel kita mengenal adanya katup masuk dan katup buang, sedang pada motor 2 takt bensin atau diesel kita mengenal adanya lubang masuk atau lubang bilas dan lubang buang atau katup buang. Penggunaan lubang masuk dan lubang buang terdapat pada pembilasan melintang atau membalik atau memutar diomana lubang-lubang tersebut berada di silindernya, sedang penggunaan lubang masuk dan katup buang terdapat pada pembilasan memanjang. Mengenai pembilasan –pembilasan ini, jelas didapat secara rinci saat kita mempelajari pembilasan pada motor 2 takt. Gambar 4
Diagram Indikator ( Diagram Praktis) Diagram Indikator menggambarkan prases-proses dalam silinder mesin yang sedang bekerja. Pada diagram P-V (disebut juga diagram theoritis) adalah pada saat mendesain suatu mesin. Bila menggunakan pegas keras ( hard spring ),maka yang tergambar proses kompresi dari exprensi saja, namun bila menggunakan pegas bawah (light spring), maka tergambar proses pemasukan dan pembuangan saja. Guna diagram indikator adalah untuk mengetahui tekanan rata-rata indikator (pi), hal mana sangat diperlukan untuk menghitung tenaga mesin tiap silinder. Alat indicator ini dipasangkan pada indicator cock namun sebelumnya harus sudah membersihkan baik indicator cockmaupun alat indicator tersebut dari karat-karat. Pada gambar 19 diperlihatkan pemasangan alat tersebut di indicator cock. Persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi sebelum pengambilan diagram indicator adalah sbb : a. b. c. d. e.
Putaran harus mencapai Full Speed Ahead. Tekanan –tekanan dari suku-suku harus sudah bekerja normal. Kapal harus steady ( clinometer = 00 ). Kapal harus even keel ( fore & aft. Indicator harus rata ). Kapal harus dengan muatan ( full loared ).
Pada saat turak bergerak turun-naik, batang torak atau kepala silang juga bergerak turun-naik, gerakkan ini menggerakkan juga tali melalui sambungan tuas ke batang torak. Selanjutnya indicator cock dibuka panah, gas buang yang keluar melalui katup ini diterima langsung oleh alat indicator, menggerakkan jarum melalui tuas indicator. Gerakan jarum ini ( jarum menempel ) di termural yang dibungkus oleh kertas indicator warna merah, ( seperk kertas carbon ) menghasilkan gambar berupa diagram.
Gambar 5
Gambar 6
Gambar 7
Gambar 8
Gambar 9
Gambar 10
Tekanan Rata - Rata Indikator ( pi ) Tekanan rata - rata indikator adalah tekanan indikator masing-masing silinder dijumlahkan, kemudian dibagi jumlah silinder tidak sama besarnya karena pengaruh seperti antara lain: kondisi gap clearame dari piston ring, kebocoran kompresi, pembakaran, jenis bahan bakarnya dan lain-lain. Pada mesin-mesin konvensional, dilengkapi alat Pi motor, dimana alat ini langsung menunjukan, tekanan rata-rata indikator setelah dipasangkan pada alat indicator cock yang dibuka penuh, alat ini seperti halnya PRESSAGE GANGE (MANOMETER) biasa. Menggunakan alat ini sangat praktis dibandingkan yang lainnya.
Dari diagram indikator tersebut, perlu diketahui luas diagram menggunakan PLANIMETER ( lihat gambar photonya ). Planimeter ini mempunyai 2 titik, titik pertama berfungsi sebagai titik pusat sedangkan titik ke 2, mengitari gambral diagram hingga kembali ke titik 1 lagi. Setelah start dan finish kembali ke satu titik, pada meteran langsung terbaca luas diagramnya. Misalnya luas diagram diambil A mm 2 , dan panjang diagram di tentukan L mm, sehingga tinggi diagram = h = A . Dengan mengambil skala pegas misalnya 1 mm = 1 bar, maka tekanan rata-rata dikatop Pi dapat dihitung ,karena tinggi diagram berbanding lurus dengan skala pegas. Jelasnya besarnya Pi = skala pegas x h dalam satuan bar. Setelah Pi didapat maka tenaga indikator tiap silinder dapat dihitung menggunakan rumus tenaga seperti : Pi = 0,785 D2.s.n.z.Pi.100 (2takt). Dari rumus tersebut d = diameter silinder dapat diketahui dari data-data mesin, begitu juga s = langkah torok, n = putaran dan jumlah silinder namun Pi hanya dapat diketahui dari diagram indikator atau dari Pi meter saja. Bila planimeter tidak tersedia dikapal, sedangkan alat indikator tersedia, maka setelah diagram indikator diambil, maka diagram tersebut dibagi menjadi 10 bagian, menghasilkan tinggi-tinggi diagram. Tinggi rata-rata diagram = Jumlah semua tinggi-tinggi diagram, 10 setelah itu Pi = skala x tinggi rata-rata diagram, dengan demikian tenaga indikatornya dapat dihitung. Tenaga indikator dengan bukti konkrit ini, digunakan untuk mengetahu besarnya tenaga tiap silinder, sebagai dasar awal untuk rancang overhoul bila memang diperlukan, kalau ada perubahan- perubahan besar. Untuk mengetahui tenaga indikator pada motor diesel 4 takt, tidak mengeluarkan diagram indikator. Kedua pada mesin tersebut tidak dilengkapi seperti batang tuas untuk menggerakkan alat indikator, namun kalau memang dilengkapi dapat memadai alat indikator. Pada saat ini ada produk untuk mengetahui tekanan rata indikator Pi. Alat tersebut adalah produk USA bernama ECA ( Engine Combustion Analyzer ), generasi sebelumnya bernama DOT ( Direct Optical Tuning ). Peralatan ini berperangkat keras dan lunak dengan menggunakan komputer ( Computerize System ) dilengkapi dengan layar monitor dan printernya serta perangkat kerasnya seperti : alat sensor, kabel-kabel dan indikator cock joint. Alat sensor ditempatkan disebalah Flyisheed dan tetap tidak bergerak, sedangkan besi berupa pinnya ditempatkan diFlywheel yang sedang berputar, namun kedudukan pinnya disesuaikan dengan saat pembakaran, misalnya pembakaran silinder Nomor 1. Perangkat kabel dihubungkan dari alat sensor ke indikator cock dan di pantau ke layar monitor, setelah itu mesin dijalankan, maka kedua komprensi dan
pembakaran dapat terpantau dilayar monitor, sekali gas menyajikan tekanan rata-rata indikatornya dapat dihitung.
Gambar 11
Diagram indikator dan diagram Engkol Motor Diesel 4 takt ( gambar 12 ) dalam hubungannya dengan timing. Pembukaan dan penutupan katup-katup pada motor diesel 4 tak, umumnya sebagai berikut : -
katup masuk terbuka 150 sebelum TMA ( M1 ) katup masuk tertutup 350 setelah TMB (M2) katup buang terbuka 400 sebelum TMB (B1=) katup buang tertutup 120 setelah TMA (B2) penyemprotan bahan bakar 100 sebelum TMA(A1)dan 50 setelah TMA (A2)
Gambar 12 Diagram Indikator dan Diagram Engkol motor diesel 2 takt ( gambar 13 ) dalam hubungannya dengan timing diagram. Pembukaan dan penutupan labang-labang bilas dan buang motor 2 takt, pada umumnya sbb : -
labang bilas terbuka 10% sebelum TMB (M1), proses pembilasan labang bilas tertutup 10% setelah TMB (M2), proses pemasukan labang buang terbuka 20% sebelum TMB (B1), proses pembuangan labang buang tertutup 20% setelah TMB (B2), proses kompresi
Penyemprotan bahan bakar 20 sebelum TMA (A2) hingga 10 setelah TMA (A2) Gambar 13
Soal - Soal Diagram Indicator 1. Sebuah motor diesel 2 takt kerja tunggal 6 silinder, diameter silinder =700 mm, langkah torak =1300 mm, kecepatan rata-rata torak =5m/detik. Pada saat pengambilan diagram indikator , ternyata luas diagram =130 mm sedangkan panjang diagram =10 mm dan memakai skala pegas pada alat indikator : 1 mm = 0,5 bar. Panduan mekanis =90%. Ditanyakan : a. b. c. d. e.
Tekanan rata-rata indikator dan efektif. Daya indikator dan efektif. Panduan teknis dan total. Daya hilang akibat gesekan mekanis. Pemakaian bahan bakar spesifik efektif, bila pemakaian BBM =12 ton/hari dan nilai opak bahan bakar 42000 kj/kg.
2. Sebuah diagram indikator dari sebuah motor diesel 4 takt kerja tunggal dibagi dalam 10 bagian, yang menghasilkan: 5,5mm-10mm-18mm-23,5mm-25,5mm-16mm – 12mm - 10mm dan 4mm. Skala pegas : 1mm= 0,5 bar dan putaran =2 RPS. Diameter silinder =650 mm, langkah torak =1200mm dan jumlah silinder =6 buah. Ditanyakan :
a. Tekanan rata-rata indikator b. Daya indikator.
3. Luas diagram indikator sebuah motor diesel 2 takt diukur melalui planimeter = 3,8 cm2, panjanhg diagram =6,3 cm, jumlah silinder =6 buah, perbandingan diameter silinder terhadap langkah torak =0,65, konstante silinder = 0,14.putaran =2 RPS dan panduan mekanis =87%, skala 1mm =1 bag. Ditanyakan : a. b. c. d. e.
Tekanan rata-rata indikator dan efektif Daya indikator dan efektif Diameter silinder Langkah torak Daya hilang kedua gerakan mekanik
Tinggi Pintu Bilas & Buang 2 Takt Pembilasan Melintang Gambar 14
Gambar 15
Gambar 16 Diagram Pegas Lemah 4 takt Non Turbo
Gambar 17
Diagram Pegas Lemah 4 takt Turbo Charge
Gambar 18
Gambar 19
