BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Definisi Motor Bakar Motor bakar adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari proses pembakaran, proses pembakaran juga mengubah energi tersebut yang terjadi didalam dan diluar mesin kalor. Motor bakar torak menggunakan satu silinder atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi putaran gesek.

UNIVERSITAS MERCU BUANA

35

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.1. Motor Bakar Torak (Sumber: aria-info.blogspot.com, 31.10.13, 17:32 Motor bakar terbagi menjadi 2 (dua) jenis, yaitu motor diesel dan motor bensin. Perbedaannya terletak pada sistem pembakaran. pembakaran pada motor bensin terjadi karena percikan bunga api yang dipercikan oleh busi (spark ignition engine). Sedangkan pada motor diesel penyalaan terjadi karena kompresi yang tinggi di dalam silinder kemudian bahan bakar disemprotkan oleh nozzle (Compression Ignition Engine).

2.2. Klasifikasi Motor Bakar Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) macam. klasifikasi motor bakar adalah sebagai berikut : a. Berdasarkan Sistem Pembakarannya a). Mesin pembakaran dalam


36

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Mesin pembakaran dalam atau sering disebut sebagai Internal Combustion Engine (ICE), yaitu dimana proses pembakarannya berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

b). Mesin pembakaran luar Mesin pembakaran luar atau sering disebut sebagai Eksternal Combustion Engine (ECE) yaitu dimana proses pembakarannya terjadi di luar mesin, energi termal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin.

b. Berdasarkan Sistem Penyalaan a). Motor bensin Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan. b). Motor diesel Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin. Proses penyalaannya dengan menggunakan kompresi tinggi . Pada waktu torak hampir mencapai titik TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Terjadilah pembakaran pada ruang bakar pada saat udara udara dalam silinder


37

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi.

2.3

Gas ideal Gas ideal merupakan kumpulan dari partikel-partikel suatu zat yang jaraknya cukup jauh dibandingkan dengan ukuran partikelnya. Partikel-partikel itu selalu bergerak secara acak ke segala arah. Pada saat partikel-partikel gas ideal itu bertumbukan antar partikel atau dengan dinding akan terjadi tumbukan lenting sempurna sehingga tidak terjadi kehilangan energi. Sifat-sifat gas ideal dinyatakan sebagai berikut: 1. Jumlah partikel gas sangat banyak, tetapi tidak ada gaya tarik menarik (interaksi) antar partikel. 2. setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarangan atau acak 3. ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas berada. 4. setiap tumbukan yang terjadi antar partikel gas dan antara partikel gas dan diding bersifat lenting sempurna 5. partikel gas terdistribusi merata di dalam ruang bakar 6. Berlaku hukum Newton tentang gerak.

2.3.1 Hukum-Hukum tentang Gas UNIVERSITAS MERCU BUANA

38

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

teori kinetik gas membahas hubungan antara besaran-besaran yang menentukan keadan suatu gas. Jika gas yang diamati berada diddalam ruangan tertutup, besaran-besaran yang menentukan keadaan gas tersebut adalah volume (v), tekanan (p), dan suhu gas (T). menurut proses atau perlakuan yang diberikan pada gas, terdapat tiga jenis proses, yaitu isothermal, isobaric, dan isokhorik. a. Hukum Boyle apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah, Robert Boyle menjaga agar tidak terjadi perubahan temperature pada gas (isothermal). Persamaan Hukum Boyle PV = Kostan …………………………………………………………………………..(2.1) Atau =

……………………………………………………………….…………(2.2)

b. Hukum Gay-Lussac tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak gas bertambah, volume gas pun ikut bertambah, sebaliknya ketika suhu mutlak gas berkurang, volume gas juga ikut berkurang (isobarik). Persamaan hukum Gay-Lussac = Kostan………………………………………………………………………………(2.3)

Atau UNIVERSITAS MERCU BUANA

39

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

…………………………………………………………………………………..(2.4)

=

C. Hukum Charles Hubungan antara tekanan terhadap temperature suatu gas yang berada pada volume teteap (isokhorik), yang menyatakan hasil bagi tekanan dengan temperature suatu gas pada volume tetap adalah kostan. Persaman Hukum Charles. = Kostan…………………………………………………………………………(2.5)

…………………………………………………………………………..(2.6)

=

2.3.2 Persamaan Gas Ideal Pada proses isobaric, tekana gas tetap, sedangkan volume dan temperature gas berubah. Demikian juga dalam proses isokhorik dan isothermal, terdapat satu variable atau besaran gas yang berada dalam keadaan tetap, sedangkan variable gas lainnya beruba. Dari ketiga hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas yang didapatkan dari Hukum Boyle dan Hukum Gay-Lussac atau Hukum Charles dapat diturunkan suatu pesamaan yang disebut persamaan berikut: = Konstan ………………………………………………………………………….(2.7)

Atau

=

……………………………………..…………………………………..(2.8)


40

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Setiap proses yang dilakukan pada gas berada dalam ruangan tertutup, jumlah molekul gas yang terdapat di dalam ruangan tersebut dapat ditentukan sebagai mol gas (n) yang jumlah selalu tetap.mol adalah suatu besaran yang digunakan untuk menyatakan massa suatu zat dalam gram yang besarnya sama dengan jumlah molekul zat tersebut. Dengan demikin, persamaan keadaan gas ideal dapat ditulis menjadi: = nR………………………………………………………………………………….(2.9)

Atau PV = nRT……………………………………………………………………………….(2.10) Dengan: n = jumlah molekul gas, R = tetapan umum gas = 8,31 x P = tekanan (N/ V = volume (

J/kmolK (SI) = 8,31 J/molK,

) )

T = temperature (K)

2.4

Siklus Termodinamika Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus termodinamika. sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara. Idealisasi proses tersebut sebagai berikut : a. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.


41

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

b. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara. c. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder. d. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung. e. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor 4 (empat) langkah.

Diagram P-V dan T-S siklus termodinamika dapat dilihat pada (gambar 2.2) di bawah sebagai berikut :

Gambar 2. 2. Diagram P-V dan T-S siklus otto Sumber : makalahtentang.wordpress.com, 31-10-13, 17:4 2.5

Sistem Kerja Motor Bakar 2.5.1 Motor bensin 4 langkah Motor bensin empat langkah adalah motor yang setiap satu kali pembakaran bahan bakar memerlukan 4 langkah dan 2 kali putaran poros engkol. Adapun prinsip kerja motor 4 langkah dapat dilihat pada (gb.2.4) dibawah ini :


42

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.3. Skema Gerakan Torak 4 langkah Sumber : makalahtentang.wordpress.com 13-11-13. 18:55

Langkah isap : 1. Torak bergerak dari TMA ke TMB 2. Katup masuk terbuka, katup buang tertutup 3. Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur didalam karburator masuk kedalam silinder melalui katup masuk 4. Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertutup Langkah kompresi : 1. Torak bergerak dari TMb ke TMA 2. Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehingga gas yang telah diisap tidak keluar pada waktu ditekan oleh torak yang mengakibatkan tekanan gas akan naik 3. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan bunga api listrik 4. Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi terbakar


43

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

5. Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik menjadi kira-kira tiga kali lipat Langkah kerja / ekspansi : 1. Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup 2. Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan torak turun kebawah dari TMA ke TMB 3. Tenaga ini disalurkan melalui batang penggerak, selanjutnya oleh poros engkol diubah menjadi gerak rotasi

Langkah pembuangan : 1. Katup buang terbuka, katup masuk tertutup 2. torak bergerak dari TMB ke TMA 3. Gas sisa pembakaran terdorong oleh torak keluar melalui katup buang

2.5.2. Motor Bensin 2 LangkaU Motor bensin 2 langkah adalah mesin yang proses pembakarannya lebih sederhana dari motor 4 langkah yaitu dilakukan pada satu kali putaran poros engkol yang berakibat dua kali langkah piston. Adapun prinsip kerja motor 2 langkah dapat dijelaskan pada gb.( 2.5 ) dibawah ini :


44

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.4. Skema Gerakan Torak 2 Langkah Sumber : makalahtentang.wordpress.com 13-11-13. 18:59

Langkah isap : 1. Torak bergerak dari TMA ke TMB. 2. Pada saat saluran bilas masih tertutup oleh torak, di dalam bak mesin terjadi kompresi terhadap campuran bensin dengan udara. 3. Di atas torak, gas sisa pembakaran dari hasil pembakaran sebelumnya sudah mulai terbuang keluar saluran buang. 4. Saat saluran bilas terbuka, campuran bensin dengan udara mengalir melalui saluran bilas terus masuk kedalam ruang bakar. Langkah kompresi : 1. Torak bergerak dari TMB ke TMA UNIVERSITAS MERCU BUANA

45

TUGAS AKHIR

2. Rongga bilas dan rongga buang tertutup, terjadi langkah kompresi

TEKNIK MESIN

dan setelah

mencapai tekanan tinggi busi memercikkan bunga api listrik untuk membakar campuran bensin dengan udara tadi 3. Pada saat yang bersamaan, dibawah (di dalam bak mesin) bahan bakar yang baru masuk kedalam bak mesin melalui saluran masuk Langkah kerja : 1. Torak kembali dari TMA ke TMB akibat tekanan besar yang terjadi pada waktu pembakaran bahan bakar 2.

Saat itu torak turun sambil mengkompresi bahan bakar baru didalam bak mesin Langkah buang :

1. Menjelang torak mencapai TMB, saluran buang terbuka dan gas sisa pembakaran mengalir terbuang keluar 2. Pada saat yang sama bahan bakar baru masuk ke dalam ruang bahan bakar melalui rongga bilas 3. Setelah mencapai TMB kembali, torak mencapai TMB untuk mengadakan langkah sebagai pengulangan dari yang dijelaskan diatas

2.6

Proses Pembakaran Proses pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar oksigen (O2) sebagai oksidan dengan temperaturnya lebih besar dari titik nyala. Untuk memperoleh daya maksimum dari suatu operasi hendaknya komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin,


46

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak dan mengurangi terjadinya detonasi. Komposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap performance mesin. Sebagaimana telah diketahui bahwa bahan bakar bensin mengandung unsur-unsur karbon dan hidrogen. Terdapat 3 (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut yaitu : a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung dengan oksigen. b. Karbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen. c. Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senyawa (hidrolisasi) yang kemudian dipecah secara terbakar. Dalam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran yang digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik tingkatan pembakaran :

Gambar 2.5. Tingkat pembakaran dalam sebuah mesin Sumber : makalahtentang.wordpress.com 13-11-13. 19:01 UNIVERSITAS MERCU BUANA

47

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode yang terpisah. Periode-periode tersebut adalah : 1. Keterlambatan pembakaran (Delay Periode) Periode pertama dimulai dari titik 1 yaitu mulai disemprotkannya bahan bakar sampai masuk kedalam silinder, dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan yang melebihi kompresi udara yang dihasilkan oleh torak, dan selanjutnya bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel. 2. Pembakaran cepat Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar, yang dipecah halus dan sebagian menguap kemudian siap untuk dilakukan pembakaran. Ketika bahan bakar dinyalakan yaitu pada titik 2, akan menyala dengan cepat yang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik 3 tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. yang membentuk tingkat kedua. 3. Pembakaran Terkendali Setelah titik 3, bahan bakar yang belum terbakar dan bahan bakar yang masih tetap disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan yang tergantung pada kecepatan penginjeksian serta jumlah distribusi oksigen yang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah yang disebut dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit yang akan berakhir pada titik 4 dengan berhentinya injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik, konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c, dimana sudut c tergantung pada beban yang dibawa beban mesin, semakin besar bebannya semakin besar c. 4. Pembakaran pasca (after burning) UNIVERSITAS MERCU BUANA

48

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirnya terbakar. Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram, dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunnya tekanan meskipun panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar. Dalam pembakaran hidrokarbon yang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. Hal ini hanya akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunyai waktu yang cukup sehingga memungkinkan masuknya oksigen ke dalam molekul hidrokarbon. Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka terjadi proses cracking dimana akan menimbulkan asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak sempurna. Ada 2 (dua) kemungkinan yang terjadi pada pembakaran mesin berbensin, yaitu :

a. Pembakaran normal Pembakaran normal terjadi bila bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi, kemudian api membakar gas bakar yang berada di sekitarnya sehingga semua partikelnya terbakar habis. Di dalam pembakaran normal, pembagian nyala api terjadi merata di seluruh bagian. Dapat ditunjukkan pada (gambar grafik 2.7) dibawah sebagai berikut :


49

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.6. Pembakaran campuran udara-bensin dan perubahan tekanan didalam silinder sumber : makalahtentang.wordpress.com 13-11-13. 19:02 Gambar grafik diatas dengan jelas memperlihatkan hubungan antara tekanan dan sudut engkol, mulai dari penyalaan sampai akhir pembakaran. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, busi memberikan percikan bunga api sehingga mulai terjadi pembakaran, sedangkan lonjakan tekanan dan temperatur mulai point 2, sesaat sebelum piston mencapai TMA, dan pembakaran point 3 sesaat sesudah piston mencapai TMA.

b. Pembakaran tidak normal Pembakaran tidak normal terjadi bila bahan bakar tidak ikut terbakar atau tidak terbakar bersamaan pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Pembakaran tidak normal dapat menimbulkan detonasi (knocking) yang memungkinkan UNIVERSITAS MERCU BUANA

50

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

timbulnya gangguan dan kesulitan-kesulitan pada motor bakar bensin. Fenomenafenomena yang menyertai pembakaran tidak sempurna, diantaranya : 1. Detonasi Seperti telah diterangkan sebelumnya, pada peristiwa pembakaran normal api menyebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang sudah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar. Jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise).

2. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya Detonasi Pada lapisan yang telah terbakar akan berekspansi. Pada kondisi lapisan yang tidak homogen, lapisan gas tadi akan mendesak lapisan gas lain yang belum terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik. Bersamaan dengan adanya radiasi dari ujung lidah api, lapisan gas yang terdesak akan terbakar tiba-tiba. Peristiwa ini akan menimbulkan letupan mengakibatkan terjadinya gelombang tekanan yang kemudian menumbuk piston dan dinding silinder sehingga terdengarlah suara ketukan (knocking) yaitu yang disebut dengan detonasi. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya detonasi antara lain sebagai berikut : a) Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan campuran dan suhu silinder yang tinggi. b) Masa pengapian yang cepat. UNIVERSITAS MERCU BUANA

51

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

c) Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat. d) Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh. Proses terjadinya detonasi dapat ditunjukkan pada (gambar 2.8) dibawah :

Gambar 2.7. Proses terjadinya detonasi Sumber :makalahtentang.wordpress.com13-11-13. 19:02 Gambar di atas menjelaskan bahwa detonasi (knocking) terjadi karena bahan bakar terbakar sebelum waktunya. Hal ini terjadi pada saat piston belum mencapai posisi pembakaran, tetapi bahan bakar telah terbakar lebih dahulu.

2.7. Bahan Bakar Bahan bakar (fuel) adalah segala sesuatu yang dapat terbakar misalnya : kertas, kain, batu bara, minyak tanah, bensin dan sebagainya. Untuk melalukan pembakaran diperlukan 3 (tiga) unsur, yaitu : UNIVERSITAS MERCU BUANA

52

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

a. Bahan bakar b. Udara c. Suhu untuk memulai pembakaran Panas atau kalor yang timbul karena pembakaran bahan bakar tersebut disebut hasil pembakaran. Terdapat 3 (tiga) jenis bahan bakar, yaitu : 1. Bahan bakar padat 2. Bahan bakar cair 3. Bahan bakar gas Kriteria utama yang harus dipenuhi bahan bakar yang akan digunakan dalam motor bakar adalah sebagai berikut: a. Proses pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat mungkin dan panas yang dihasilkan harus tinggi. b. Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan atau deposit setelah pembakaran karena akan menyebabkan kerusakan pada dinding silinder. c. Gas sisa pembakaran harus tidak berbahaya pada saat dilepas ke atmosfer.

2.8

Syarat-Syarat Bahan Bakar Untuk Motor Bakar Bensin

2.8.1 Volatilitas bahan bakar Volatilitas bahan bakar didefinisikan sebagai kecenderungan cairan bahan bakar untuk menguap. Pada motor bensin, campuran bahan bakar dan udara yang masuk dalam silinder sebelum dan sesudah selama proses pembakaran diusahakan sudah dalam keadaan campuran uap bahan bakar dan udara, sehingga memudahkan proses UNIVERSITAS MERCU BUANA

53

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

pembakaran. Oleh karena itu kemampuan menguapkan bahan bakar untuk motor bensin sangat penting. 2.8.2 Angka Oktan Angka Oktan adalah suatu bilangan yang menunjukkan sifat anti ketukan (denotasi). Dengan kata lain, makin tinggi angka oktan maka semakin berkurang kemungkinan untuk terjadinya denotasi (knocking). Dengan berkurangnya intensitas untuk berdenotasi, maka campuran bahan bakar dan udara yang dikompresikan oleh torak menjadi lebih baik sehingga tenaga motor akan lebih besar dan pemakaian bahan bakar menjadi lebih hemat. Tabel 2.1. Nilai Oktan Gasolin Indonesia

No

Jenis

Angka Oktan Minimum

1

Premium 88

88 RON

2

Pertamax

94 RON

3

Pertamax Plus

95 RON

4

Bensol

98 RON


54

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.8.3 Kesetabilan kimia dan kebersihan bahan bakar Kestabilan kimia bahan bakar sangat penting, karena berkaitan dengan kebersihan bahan bakar yang selanjutnya berpengaruh terhadap sistem pembakaran dan sistem saluran. Pada temperatur tinggi, sering terjadi polimer yang berupa endapan-endapan gum (getah), hal ini menyebabkan pengaruh kurang baik terhadap sistem saluran bahan bakar. Bahan bakar yang mengalami perubahan kimia, menyebabkan gangguan pada proses pembakaran. Pada bahan bakar juga sering terdapat saluran/senyawa yang menyebabkan korosi, senyawa ini antara lain : senyawa belerang, nitrogen, oksigen, dan lain-lain , kandungan tersebut pada gas solin harus diperkecil untuk mengurangi korosi, korosi dari senyawa tersebut dapat terjadi pada dinding silinder, katup, busi, dan lainya, hal inilah yang menyebabkan awal kerusakan pada mesin. 2.9 pengertian Piston dan Komponenya 2.9.1 piston, Komponen ini wajib mempunyai sifat tahan terhadap tekanan dan suhu tinggi dan dapat bekerja dengan kecepatan tinggi. Kepala piston umumnya mempunyai permukaan yang datar tetapi ada pula yang cembung atau cekung. Pada bagian atas torak terdapat 2-3 celah untuk pemasangan pegas-pegas piston. Bahan dasar piston adalah campuran besi tuang dan aluminium karena ringan dan mempunyai penghantar panas yang baik. Paduan yang tidak seimbang akan berakibat buruk dimana pada suhu yang sangat tinggi akan membuat piston memuai dan berubah bentuk.


55

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Oleh sebab itu dijumpai diameter bagian atas torak agak lebih kecil dari bagian bawahnya, dimanadalam keadaan suhu tinggi maka bagian atas dan bawah akan menjadi sama besar. Antara piston dan dinding harus diberikan kerenggangan tertentu karena adanya pemuaian pada waktu mesin bekerja yang mana disebut renggang piston/torak. Bila terlalu besar maka akan terjadi kebocoran gas yang keluar dan minyak oli mesin akan masuk ke ruang piston dan silinder, sehingga suara piston berisik.

Bisa

dilihat/dibuktikan jika asap kenalpot (gas buang) terdapat asap putih ... berarti kemungkinan oli mesin ikut terbakar karena terlalu besar keranggangan ini. Bila terlalu kecil akan menimbulkan gesekan yang akan lebih besar sehingga pelumasan tidak sempurna.

Gambar:2.9 piston dan komponenya (Sumber : 5osial.wordpress.com, 31-10-13, 17:49

Pena piston, berguna untuk menghubungkan piston dengan ujung batang piston, berbentuk pipa untuk mengurangi berat dan pada kedua sisinya disangga oleh bos-bos yang terdapat pada piston. UNIVERSITAS MERCU BUANA

56

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Pegas piston, berguna untuk perapat dan menjaga agar gas-gas tidak keluar selama langkah kompresi dan langkah kerja dalam ruang bakar. Dan juga untuk mengikis oli pelumas dari dinding silinder, mencegah oli masuk ke ruang bakar. Umumnya terbuat dari besi cor khusus dan diberi potongan untuk memudahkan pemasangan ke dalam alur pegas yang terdapat pada piston. Diameternya sedikit lebih besar dari diameter piston, dan setelah terpasang maka kekenyalan pegas piston ini menekan dinding silinder.

2.9.2. Blok Silinder merupakan bentuk dasar dari mesin dan pada blok silinder ini terdapat beberapa buah silinder mesin, pada tiap silinder terdapat sebuah torak/piston yang dipasangkan pada salah satu ujung batang piston, sedangkan ujung piston yang lain berhubungan langsung dengan poros engkol/crank shaft, maka dengan demikian gerak naik turunnya piston dapat menggerakan poros engkol. Sedangkan dibagian atas kepala silinder pada bagian dalamnya berbentuk sebuah ruang bakar dan dilengkapi dengan katup-katup hisap dan buang. Blok silinder biasanya terbuat dari besi tuang/cor tetapi ada pula yang terbuat dari paduan almunium dengan tujuan untuk mengurangi berat serta menambah panas radiasi. Beberapa silinder disusun pada blok silinder, bagian atasnya ditutup dengan kepala silinder sedangkan bagian bawah blok silinder membentuk ruang engkol untuk penempatan dan pemasangan kelengkapan, seperti dinamo starter (untuk start awal gerak poros engkol, alternator, pompa bensin serta distributor.

2.9.3 Kepala Silinder Dibaut dengan blok silinder dibagian atas dan diantaranya juga diberikan gasket, terdapat lubang-lubang untuk pemasangan busi dan mekanik katup yang dilengkapi pada mesin. Kepala silinder pada umunya dibuat dari besi tuang campuran almunium untuk UNIVERSITAS MERCU BUANA

57

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

membatasi pemuaian. Juga dilengkapi mantel pendingin yang berhubungan denga blok silinder untuk memberikan pendinginan pada katup-katup dan busi-busi.

2.9.4 Poros engkol/crankshaft Mempunyai tugas penting yaitu mengubah gerakan lurus piston yang berada dalam silinder pada gerak kerja menjadi gerak putar dengan melalui batang-batang piston serta menjaga pergerakan piston dalam lengkah-langkah selanjutnya. Poros engkol terdiri dari pusat putaran dimana pada pena engkol dipasangkan batang piston. Bagian ujung depan poros engkol dibuat sedemikian rupa sehingga memungkinkan pemasangan gigi pengatur (timing gear) yang berfungsi untuk menggerakan sumbu nok dan puli untuk menggerakan pompa air/alternator (waterpump). Sedangkan bagian ujung belakang dipasangkan dengan flens untuk pemasangan roda penerus (roda gila).

2.9.5. Roda penerus/flywheel Merupakan piringan yang terbuat dari besi tuang dan dibaut pada ujung belakang poros engkol. Dimana poros engkol hanya mendapatkan tenaga putaran dari langkah kerja saja, agar supaya dapat bekerja pada langkah yang lainnya maka poros engkol harus dapat menyimpan day putaran yang diperolehnya. Bagian yang menyimpan tenaga putaran ini adalah roda penerus yang juga dilengkapi dengan gigi ring yang dipasangkan di bagian luar untuk perkatian dengan starter pinion. Torsi adalah satuan gaya ayun atau momen (gaya yang memiliki besar dan titik acuan putar), semakin besar torsi maksimum yang bisa dihasilkan oleh mesin kendaraan, maka mesin semakin kuat memberikan gaya ayun yang digunakan untuk menggerakkan mesin. Secara umum, semakin besar torsi maksimum yang bisa dihasilkan, maka kemampuan untuk berakselerasi akan semakin baik.


58

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.9.6. Torsi Torsi adalah satuan gaya ayun atau momen (gaya yang memiliki besar dan titik acuan putar), semakin besar torsi maksimum yang bisa dihasilkan oleh mesin kendaraan, maka mesin semakin kuat memberikan gaya ayun yang digunakan untuk menggerakkan mesin. Secara umum, semakin besar torsi maksimum yang bisa dihasilkan, maka kemampuan untuk berakselerasi akan semakin baik.

2.9.7. Daya Tenaga atau daya adalah kemampuan untuk melakukan kerja yang dinyatakan dalam satuan Nm/s, Watt, ataupun HP, menurut sejarah besarnya satuan 1 HP (horse power) pertama kali dinyatakan sebagai setara dengan kemampuan seekor kuda menarik beban 366 pound dengan kecepatan 1 foot per second. semakin besar daya maksimum yang bisa dicapai oleh mesin kendaraan, maka semakin besar kemampuan mesin tersebut dalam memberikan putaran yang tinggi untuk disalurkan dalam menggerakkan kendaran. Secara umum, semakin besar daya maksimum yang bisa diraih, maka kecepatan maksimum (top speed) akan semakin tinggi (dengan asumsi faktor transmisi, bobot kendaraa, dan banyak lagi diabaikan).

2.10. Parameter prestasi Mesin Karakteristik untuk kerja suatu motor bakar torak dinyatakan dalam beberapa parameter diantaranya adalah laju konsumsi bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik, UNIVERSITAS MERCU BUANA

59

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

daya dan torsi yang dikeluarkan mesin. Berikut tampilan rumus-rumus dari beberapa parameter yang digunakan dalam menentukan untuk kerja motor bakar torak:

2.10.1. Brake Horse Power (daya) Daya( BHP) 

2 .n.T ( Hp) ...............................................................................(2.11) 60.75

Dimana : BHP : Daya keluaran mesin (Hp) T

: Torsi keluaran mesin (Kgf.m)

n

: Putaran mesin (rpm)

2.10.2. Torsi T

BHP.60.75 ( Kgf .m) ..............................................................................(2.12) 2 .n

Dimana : T

: Torsi (Kgf.m)

BHP : Daya keluaran mesin (Hp) n

: Putaran Mesin

2.10.3. Laju konsumsi bahan bakar

Mf 

100 pbb x 3,6 (kg/jam)..........................................................................(2.13) t

Dimana : T

: waktu konsumsi bahan bakar setiap 50 ml (s)

Pbb

: Massa jenis bahan bakar (gr/cm³)


60

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

0,72-0,75 gr/cm³ untuk premium

2.10.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dalam penguian mesin konsumsi bahan bakar diukur sebagai laju aliran massa bahan bakar per unit waktu (mf). Konsumsi bahan bakar spesifik fuel consumption (SFC) adalah laju aliran bahan bakar per satuan daya. pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana effisiensi mesin dalam mengunakan bahan bakar untuk menghasilkan daya.

SFC 

Mf ..........................................................................................................(2.14) Pb

Dimana : SFC

: Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw)

Mf

: massa bahan bakar (kg/jam)

Pb

: daya (kW)

2.11. Rasio kompresi (RC) Mesin Diesel Dan Bensin

Perbandingan kompresi adalah perbandingan volume udara dalam silinder sebelum langkah

kompresi

dengan

volume

sesudah

langkah

kompresi.

Perbandingan kompresi untuk motor-motor bensin adalah berkisar 8-10 : 1 sedangkan perbandingan yang umum untuk motor-motor diesel adalah 16-22 : 1. Perbandingan kompresi yang tinggi pada motor diesel menimbulkan kenaikan suhu udara cukup tinggi untuk menyalakan bahan bakar tanpa ada percikan bunga api. Hal ini menyebabkan motor diesel mempunyai efisiensi yang besar sebab kompresi yang tinggi menghasilkan pemuaian yang besar dari gas-gas hasil pembakaran dalam slinder. Karena itu tenaganya UNIVERSITAS MERCU BUANA

61

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

sangat kuat. Efisiensi tinggi yang dihasilkan pembakaran motor diesel harus diimbangi dengan kekuatan komponen-komponennya agar dapat menahan gaya-gaya pembakaran yang sangat besar.

Volume ruangan yang terbentuk antara kepala silinder dengan kepala pistonyang berada di TMA disebut “ Volume ruang bakar”atau Volume clearaece. Volume silinder jumlah total dari volume silinder ( volume langkah) atau volume ruang bakar ( volume clearance ). Perbandingan kompresi menunjukan tingkat kompresi bahan bakar oleh piston saat melakukan langkah kompresi sampai TMA.

Volume silinder

=

Perbandingan kompresi

+

r=

……………………………………..………………(2.15)

=

………………………………..……(2.16)

Keterangan : r

= perbandingan kompresi = Volume silinder = Volume langkah = Volume ruang bakar


62

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents