BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Motor Bakar Motor bakar adalah suatu tenaga atau bagian kendaran yang mengubah energi termal menjadi energi mekanis. Energi itu sendiri diperoleh dari proses pembakaran. Pada umumnya motor bakar terbagi menjadi dua golongan utama, yaitu: motor pembakaran luar (Exsternal Combustion Engine) dan Motor Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine). Motor pembakaran luar (Exsternal Combustion Engine) adalah suatu proses pembakaran dimana energi gerak atau mekanis yang ditimbulkan di luar ruang bakar. Dalam proses pembakaran tersebut, energi dalam bahan bakar dirubah menjadi energi panas yang terjadi di luar silinder motor. Contoh adalah proses pembakaran yang terjadi pada mesin uap, proses pembakaran terjadi di dalam ruang bakar ketel uap. Uap dari ketel tersebut kemudian disalurkan kedalam silinder. Didalam silinder inilah uap tersebut menggerakan torak atau piston, sehingga timbul tenaga gerak atau mekanis. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) adalah suatu proses pembakaran dimana energi gerak atau energi mekanis dibangkitkan didalam ruang bakar. Proses pembakaran terjadi dalam silinder motor. Sebagai contoh adalah motor bensin dan diesel. Didalam silinder itu juga energi mekanis ditimbulkan oleh gerakan torak atau piston. Secara umum, kendaraan bermotor menggunakan motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine), mengingat motor pembakaran dalam jenis ini mempunyai kelebihan yang banyak jika dibandingkan dengan motor pembakaran luar.
2.2 Bahan Bakar Bahan bakar adalah bahan yang dikosumsi untuk menghasilkan sejumlah energi panas. Secara kondisi fisik bahan bakar dapat dikelompokan menjadi tiga antara lain: 1. Bahan bakar padat. 2. Bahan bakar gas. 3. Bahan bakar cair. Khusus bahan bakar cair merupakan gabungan senyawa hidrokarbon yang diperoleh dari alam maupun secara buatan. Bahan bakar cair umumnya berasal dari minyak bumi. Minyak bumi merupakan campuran alami hidrokarbon cair dengan sedikit belerang, nitrogen, oksigen sedikit
sekali metal dan mineral. Minyak bumi biasanya ditemukan terjebak di beberapa pormasi batuan yang berasal dari dasar laut. Zat organik di dasar laut terbungkus dalam lapisan batuan pada tekanan dan tempratur tinggi., dan selama jutaan tahun berangsur-angsur membentuk minyak bumi. Dengan kemudahan penggunaan, ditambah dengan efisiensi thermis yang lebih tinggi, penangan dan pengkutan yang lebih mudah, serta lebih mudah dalam penyimpanan bahan bakar cair memiliki nilai kalor pembakaran yang cenderung konstan. Salah satu kekurangan bahan bakar cair ini adalah harus menggunakan proses pemurnian yang cukup kompleks.
2.3 Karburator Karburator merupakan bagian dari mesin yang bertugas dalam sistem pengabutan (pemasukan bahan bakar ke dalam silinder). Untuk itu fungsi dari karburator antara lain: Untuk mengatur udara dan bahan bakar ke dalam saluran hisap. Untuk mengatur perbandingan bahan bakar-udara pada berbagai beban kecepatan motor. Mencampur bahan bakar dan udara secara merata. 2.4. Intake Manifold Intake manifold berfungsi sebagai masuknya campuran bahan bakar dan udara dari karburator ke dalam ruang silinder, selain itu juga sebagai dudukan karburator pada dudukan inlet port kepala silinder. Bentuk intake manifold umumnya seperti leher angsa, sebagai saluran campuran bahan bakar dan udara yang masuk, bentuk intake manifold juga sangat menentukan pada efesiensi pemasukan bahan bakar yang masuk. Sudut intake manifold menentukan campuran bahan bakar dan udara yang masuk dengan sempurna tanpa hambatan. 2.5. Inlet Port Inlet port berfungsi sebagai masuknya campuran bahan bakar dan udara dari karburator ke dalam ruang silinder. Namun inlet menjadi satu dengan kepala silinder. Hambatan pada saluran masuk umumnya adalah:
Kekasaran permukaan yang dilalui oleh bahan bakar
Lengkungan atau belokan yang membuat aliran menjadi pusaran atau menghambat laju aliran pemasukan.
Jarak saluran masuk yang lebih panjang, sehingga waktu aliran menjadi lebih lama.
Lubang aliran tidak simetris dengan dudukannya.
2.6.
Kepala Silinder Kepala silinder dipasangkan pada blok silnder, terbuat dari besi tuang atau paduan
alumunium. Fungsi dari kepala silinder adalah: 1. Ruang pembakaran berfungsi sebagai tempat pembakaran dari udara-bahan bakar yang masuk ke ruang bakar. 2. Mekanisme katup adalah tempat dari camsaft mengatur kerja katup untuk memasukan udarabahan bakar ke ruang bakar dan membuang sisa pembakaraan ke kenalpot. 3. Tempat pemasangan busi. 4. Saluran masuk udara-bahan bakar dan saluran buang hasil sisa pembakaran.
2.7 Prinsip Kerja Motor Empat Langkah Motor empat langkah (4 tak) adalah mesin yang menyelesaikan satu siklus dalam empat langkah piston atau dua kali putaran poros engkol. Jadi dalam empat langkah itu meliputi proses yaitu: 1. langkah hisap, 2. langkah kompresi, 3. langkah ekspansi, 4. langkah pembuangan 2.7.1 Langkah Hisap Langkah hisap adalah proses pemasukan bahan bakar ke ruang bakar. dimana piston bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah. Katup inlet terbuka, katup exhaust tertutup. Sehingga kevakuman terjadi pada ruang bakar mengakibatkan campuran udara dan bahan bakar terhisap ke ruang bakar. Proses langkah hisap ditunjukan pada gambar 2.1
Gambar 2.1 Langkah hisap
2.7.2 Langkah Kompresi Langkah Kompresi adalah proses dimana campuran didalam ruang bakar dikompresi ke bagian kecil dari volume awalnya. Piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas kedua katup tertutup. Sesaat sebelum akhir dari langkah kompresi pembakaran dimulai dan tekanan ruang bakar naik lebih cepat. Ditunjukan pada gambar 2.2 Langkah Kompresi
Gambar 2.2 Langkah Kompresi
2.7.3 Langkah Kerja Langkah ekspansi / langkah kerja adalah Kedua katup tertutup, tekanan yang dihasilkan oleh gas dari akhir langkah kompresi, memaksa piston bergerak dari titik mati atas ke titik mati bawah. pembakaran ini disertai dengan lonjakan tekanan di ruang bakar. Ditunjukan pada gambar 2.3 Langkah Usaha
Gambar 2.3 Langkah Usaha
2.7.4 Langkah Buang Langkah buang adalah langkah dimana gas sisa dari hasil pembakaran yang ada pada ruang bakar dibuang ke kenalpot. Piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas. Katup inlet tertutup katup exhaust terbuka. Ditunjukan pada gambar 2.4 Langkah Buang.
Gambar 2.4 Langkah Buang
2.8 P-V dan T-S Diagram Siklus Otto Ideal
Gambar 2.5 P-V dan T-S Diagram siklus ideal motor bensin empat langkah
Adapun proses terdiri atas : Proses 0 → 1 Proses Langkah Hisap Proses 1 → 2 Langkah Kompresi (adiabatic compression reversible) Proses 2 → 3 Proses Pembakaran Pada Volume Konstan Proses 3 → 4 Langkah Kerja (langkah ekspansi, adiabatic expansion reversible)
Proses 4 → 1 Proses Pembuangan dianggap sebagai pengeluaran kalor pada volume konstan. Proses 1 → 0 Proses pembuangan pada tekanan konstan.
2.9 Unjuk Kerja Motor Bensin 2.9.1 Daya Motor Daya didefinisikan sebagai hasil kerja, atau dengan kata lain daya merupakan kerja atau energi yang dihasilkan mesin persatuan waktu mesin itu beroprasi. Satuan daya yang dipilih untuk sepeda motor biasanya watt atau Hosre Power (HP). Untuk menghitung besarnya daya, kita harus mengetahui tekanan rata-rata dalam silinder selama langkah kerja. Besarnya tekanan rata-rata motor bensin empat langkah adalah 6-9 Mpa. Tekanan rata-rata ini dinyatakan dengan lambang Pa. Untuk menghitung gaya yang bekerja pada piston tekanan rata-rata tadi harus dikalikan dengan luas piston
(Pi x A) gaya tersebut
dinyatakan dalam satuan newton, bila tekanan dinyatakan dengan satuan pascal dan luasnya dinyatakan dalam (m2). Mengingat bahwa Daya ditentukan dalam N.m/s (J/s = Watt) maka gaya tadi masih harus dikalikan dengan panjang langkah piston dalam meter dan frekuensi putarnya. Dengan demikian rumus daya : Pi = pi x A x s x n ………………………………………………………… (2.1)
Pada motor empat langkah, tiap dua kali putaran poros engkol terjadi sekali langkah kerja. Maka rumus untuk empat langkah adalah : ……………..………………………………....…(2.2) Dimana : Pi = Daya Indikatif (Hp) pi = Tekanan Rata-rata Indikator dalam Pascal (Pa) A = Luas Piston (m2) s = Langkah Piston (m) n = Frekuensi Putar (Rpm)
Daya yang dihitung dengan cara demikian adalah daya indikator karena didasarkan atas tekanan rata-rata di dalam silinder. Daya efektif adalah daya untuk roda penerus, untuk mendapat daya efektif maka tenaga indikator harus dikalikan dengan efisiensi mekanisnya. Pe = ηm . Pi………………………………………………………………....(2.3) Dimana : Pe = Daya Efektif
ηm = Efisiensi Mekanis Hubungan daya dengan transmisi yaitu dimana pada saat putaran mesin itu rendah sedangkan diberikan pembebanan yang tinggi maka daya yang dihasilkan menjadi rendah, hal ini disebabkan oleh perbandingan transmisi yang terlalu berat pada putaran rendah, namun apabila pada saat putaran mesin yang tinggi semakin besar power yang dihasilkan. 2.9.2 Momen Puntir atau Torsi Momen puntir atau torsi adalah ukuran dari kemampuan pada motor untuk menghasilkan kerja. Didalam pengaplikasiannya torsi motor berguna pada waktu kendaraan akan kerja (start) atau sewaktu kendaraan mempercepat laju kendaraan, dan tenaga berguna untuk memperoleh kecepatan tinggi. Besarnya torsi (T) akan sama, berubah-ubah atau berlipat, tergantung dari torsi timbul akibat gaya tangensial pada jarak dan sumbu putaran. Untuk sebuah mesin yang berpotensi dengan kecepatan tertentu dan meneruskan daya, maka akan timbul torsi atau gaya (F) dan (R) dalam keadaan konstan, yang besarnya dapat ditentukan dari persamaan : T = F . R ……………………………………………..….………………… (2.4)
Untuk menentukan nilai F digunakan persamaan : F = MBD . g………………………………...…………………………..…. (2.5) Dimana : T
= Torsi (Kgf.m)
F
= Gaya (Kgf)
R
= Jari – jari (m)
g
= Gravitasi (m/s2)
MBD
= Massa Beban Dynamometer (kg)
2.9.3 Brake Spesifik Fuel Consumption (BSFC) Pemakaian bahan bakar spesifik adalah perbandingan banyaknya pemakaian bahan bakar setiap jam tiap daya yang dihasilkan. Harga pemakaian bahan bakar spesifik yang makin kecil/rendah menunjukkan efisiensi yang makin tinggi. Besar pemakaian bahan bakar spesifik dihitung dengan rumus : ………………………………..………...…(2.6) Dan, ………………………………………………………...…(2.7)
Keterangan: BSFC = Brake Spesific Fuel Consumption (L/Hp.Jam) FC
= Fuel Consumption (ml/s)
BHP
= Brake Horse Power (Hp)
Mbb
= Massa Bahan Bakar (Kg)
