BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

PENGERTIAN MOTOR BAKAR Dalam mesin sendiri mempunyai yang namanya siklus pembakaran biasa

disebut dalam istilah adalah motor bakar, motor bakar sendiri mempunyai arti yaitu salah satu jenis kalor yang dalam kinerjanya terdapat dalam ruang bakar (silinder) dengan menggunakan bahan bakar setelah mengalami pembakaran dalam ruang bakar maka akan menghasilkan perubahan tenaga, menjadi tenaga gerak melalui mekanisme yang sudah ditentukan, dalam proses pembakaran kalor ini ada dua bagian diantaranya adalah : 2.1.1 Proses Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Dalam proses pembakaran pada mesin pembakaran luar terjadi diluar mesin, energi thermal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah. fluida kerja itu sendiri adalah fluida dari mesin kalor. contohnya mesin turbin, mesin uap, semua energi yang diperlukan oleh

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MERCU BUANA

5

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

mesin itu mula-mula meninggalkan gas hasil pembakaran kemudian melalui dinding pemisah kalor energi tersebut masuk ke fluida kerja yang kebanyakan terdiri dari air atau uap. 2.1.2 Proses Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine) Dalam mesin pembakaran dalam merupakan mesin yang fluida kerjanya adalah gas hasil pembakaran. Dalam proses mesin pembakaran dalam ini terbagi lagi menjadi tiga kelompok yaitu motor bakar torak, turbin gas, dan propulasi pancar gas. Mesin pembakaran motor bakar torak adalah pembakaran yang menggunakan bagian silinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak secara tranlasi, gerakan tranlasi torak menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerakan rotasi pada engkol menyebabkan gerakan tranlasi pada torak. Pada mesin pembakaran dalam turbin gas fluida kerja yang berupa gas yang digunakan untuk memutar roda turbin bersudut. sejumlah sudut itu berfungsi untuk mengubah momentum fluida kerja yang mengalir diantara sudut tersebut. Sedangkan pada mesin pembakaran propulasi pancar adalah mesin yang menghasilkan daya dorong, gaya tersebut terjadi karena adanya perubahan momentum gas yang mengalir melalui mesin tersebut. Contoh motor bakar pembakaran dalam : Mesin diesel, mesin bensin. 2.1.3 Siklus Dari Motor Bakar Torak 1. Siklus Ideal Proses termodinamika dan kimia yang terjadi dalam motor bakar torak amat kompleks untuk dianalisa menurut teori. Untuk memudahkan menganalisanya perlu membayangkan suatau keadaan yang ideal. Makin


6

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

ideal suatu keadaan makin mudah untuk di analisa, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan sebenarnya. Pada

umumnya

untuk

menganalisa

motor

bakar

torak

dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya dalam hal sebagai berikut : a. Urutan proses b. Perbandingan kompresi c. Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatau keadaan d. Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara 2. Siklus Aktual Siklus udara volume konstan atau siklus Otto adalah proses yang ideal.Dalam kenyataanya baik siklus volume konstan, siklus tekanan konstan dan siklus gabungan tidak mungkin dilaksanakan, karena ada beberapa hal yaitu : (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 2931).

1. Fluida kerja bukanlah udara yang bisa dianggap sebagai gas ideal, karena fluida kerja disini adalah campuran bahan bakar (premium) dan udara, sehingga tentu saja sifatnya pun berbeda dengan sifat gas ideal. 2. Kebocoran fluida kerja pada katup (valve), baik katup masuk maupun katup buang, juga kebocoran pada piston dan dinding silinder, yang menyebabkan tidak optimalnya proses. 3. Baik katup masuk maupun katup buang tidak dibuka dan ditutup tepat pada saat piston berada pada posisi TMA dan atau TMB, karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.


7

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Kerugian ini dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak. 4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, saat torak berada di TMA tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara. Kenaikan tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran campuran udara dan bahan bakar dalam silinder. 5. Proses pembakaran memerlukan waktu untuk perambatan nyala apinya, akibatnya proses pembakaran berlangsung pada kondisi volume ruang yang berubah-ubah sesuai gerakan piston. Dengan demikian proses pembakaran harus dimulai beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA menuju TMB. Jadi proses pembakaran tidak dapat berlangsung pada volume atau tekanan yang konstan. 6. Terdapat kerugian akibat perpindahan kalor dari fluida ke fluida pendingin, misalnya oli, terutama saat proses kompresi, ekspansi dan waktu gas buang meninggalkan silinder. Perpindahan kalor tersebut terjadi karena ada perbedaan temperatur antara fluida kerja dan fluida pendingin. 7. Adanya kerugian energi akibat adanya gesekan antara fuida kerja dengan dinding silinder dan mesin. 8. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam silinder ke atmosfer sekitarnya. Energi tersebut tidak dapat dimanfaatkan untuk kerja mekanik.


8

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.2

MOTOR BENSIN 4 LANGKAH DAN 2 LANGKAH

2.2.1. Berdasarkan Siklus Kerjanya - Cara kerja motor dua langkah (2 tak) Motor 2 langkah/2 tak adalah motor yang dalam siklusnya terdiri dari 2 kali langkah piston (naik dan turun), 1 kali langkah poros engkol (putaran), untuk satu kali langkah usaha/pembakaran. (ref : M. Fatkhurohman, Spd. Dasar-dasar otomotif)

Gambar 2.1 Diagram P-V Motor 2 Langkah (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 29)

Keterangan Gambar : 1. Langkah Hisap Dan Langkah Kompresi (5-6-1) Dalam langkah ini campuran bahan bakar dan udara di hisap oleh piston kemudian masuk kedalam ruang silinder disamping itu juga juga di ikuti dengan langkah kompresi, 5oc sebelum piston sampai titik mati atas (TMA) maka busi mengeluarkan loncatan bunga api ke dalam ruang silinder barulah campuran bahan bakar dengan udara terbakar setelah terbakar akan mengakibatkan tekanan pada piston dan mengakibatkan gerakan piston bergerak dari titik mati atas(TMA) ke titik mati bawah (TMB).karena pada


9

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

mesin motor 2 langkah ini satu kali gerakan piston di ikuti dengan 2 kali langkah kerja. 2. Langkah Expansi Dan Langkah Buang (3,4) Dalam langkah kerja ini dimana hasil dari pembakaran gas ini mendorong piston menuju titik mati bawah (TMB) yang disusul dengan gerakan buang dan pada saat bersamaan campuran bahan bakar dan udara dihisap masuk kedalam ruang silinder melalui saluran masuk menuju ruang silinder. - Cara kerja motor 4 langkah ( 4 tak) Motor 4 langkah/4 tak adalah motor yang dalam siklusnya terdiri dari 4 kali langkah piston (naik dan turun), 2 kali langkah poros engkol (putaran), untuk satu kali langkah usaha/pembakaran. (ref : M. Fatkhurohman, Spd. Dasar-dasar otomotif)

Q1 = Pembakaran pada volume konstan Q2 = Pembuangan gas sisa pembakaran Gambar 2.2 Diagram P-V Motor 4 Langkah (Ref : Arismundar, penggerak mula motor bakar torak, hal : 31)


10

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Keterangan Gambar : 1. Langkah Hisap (5-A-1) Dalam langkah ini katup masuk terbuka kemudian bahan bakar bercampur dengan udara masuk keruang silinder, pada langkah piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju ke titik mati bawah (TMB). 2. Langkah Kompresi (1-B-2) Dalam langkah ini katup masuk dan katup buang tertutup, campuran bahan bakar dan gas berada diruang silinder kemudian piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah ini bahan bakar dipampatkan oleh piston, 5oC sebelum piston mencapai titik mati atas (TMA) busi mengeluarkan loncatan bunga api yang berguna untuk membakar bahan bakar yang berada diruang silinder setelah terjadi pembakaran maka secara otomatis akan menaikan tekanan dan suhu secara tiba-tiba (2-3) 3. Langkah Expansi (3-C-1) Dalam langkah ini katup masuk dan katup buang masih dalam keadaan tertutup, dengan adanya tekanan dari ruang bakar akibat adanya pembakaran diruang silinder maka piston tersebut bergerak dari titikmati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB).seiring dari hasil pembakaran gas secara otomatis gas akan memuai dan di ikuti dengan kecepatan piston bergerak selama dalam langkah expansi sejumlah energi panas diubah menjadi energi mekanis. 4. Langkah Buang (1-D-5) Dalam langkah ini katup keluar terbuka disaat piston bergerak dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) sekaligus mendorong sisa hasil pembakaran tadi dari ruang silinder menuju keluar ruang silinder setelah


11

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

langkah ini selesai dan katup keluar tertutup maka siklus kembali lagi kepada langkah pertama, langkah ini akan terus bekerja seperti ini. Perbedaan siklus motor bensin 2 langkah dalam mekanisme kerjanya yaitu dalam 1 kali pembakaran hanya dilakukan 2 kali langkah kerja, pada motor bensin 2 langkah ini setiap 1 kali langkah piston maka diikuti 2 langkah kerja. 2.2.2

Bahan Bakar Semua jenis motor bakar selalu membutuhkan bahan bakar untuk proses

pembakaran. Bahan bakar adalah bahan yang sangat diperlukan dalam pembakaran yang terjadi dalam ruang bakar. Bahan bakar yang dipergunakan dalam motor bakar harus mempunyai kriteria berupa sifat fisik dan sifat kimia, antara lain adalah nilai bakar dari bahan bakar itu sendiri, densitas yang tinggi, tidak beracun, stabilitas panas, rendah polusi udara, mudah dipakai dan disimpan. Adapun setiap bahan bakar mempunyai sifat-sifat alamiah, yaitu sebagai berikut : 1. Volatility (Penguapan) adalah kemampuan menguap dari bahan bakar pada temperatur tertentu dalam proses destilasi. 2. Titik nyala adalah temperatur tertentu dimana bahan bakar dapat terbakar tanpa bantuan percikan api. 3. Specific gravitasi merupakan perbandingan berat jenis bahan bakar terhadap acuan tertentu (berat jenis air atau udara). 4. Nilai kalor adalah jumlah energi yang terkandung dalam bahan bakar.


12

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Proses pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat mungkin dan panas yang dihasilkan harus semaksimal mungkin. 1. Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan atau deposit setelah proses pembakaran, karena akan menyebabkan kerusakan pada dinding silinder. 2. Gas sisa pembakaran harus tidak berbahaya pada saat dilepaskan ke atmosfer.

-

Premium Premium atau sering kita sebut bensin merupakan salah satu hasil dari penyulingan (destilasi) dari minyak bumi. Bahan bakar jenis ini merupakan campuran hidrokarbon antara lain parafin, olefins, napthenes dan aromatic (Ref: McKetta, encyclopedia of Chemical Processing and Design, Vol 20 hal: 48).

Bensin merupakan bahan bakar untuk motor bakar jenis SI (Spark Plug), yaitu pada mesin yang proses penyalaan campuran bahan bakar dengan udaranya dengan menggunakan percikan api dari busi. Campuran yang dihasilkan dari penyulingan minyak bumi, terkadang kurang memuaskan secara mutu untuk penggunaan pada motor bakar. Biasanya sebelum digunakan bensin ditambahkan dengan suatau aditif yang dapat memperbaiki kualitas dari bensin itu sendiri. Aditif antara lain adalah TEL (Tetra Ethyl Lead / (C2H5)4Pb) atau TML (Tetra Methyl Lead / (CH3)4Pb). Aditif ini berfungsi sebagai anti knocking karena dengan penambahan zat ini pada bahan bakar bensin dapat meningkatkan angka oktan sehingga ketika bahan bakar tersebut terkompresi dalam ruang bakar, tidak mudah meledak sendiri. Angka oktan bensin semula berkisar 75 sampai 85. Sedangkan setelah ditambahkan dengan zat aditif angka oktan


13

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

bensin dapat bertambah menjadi 90 sampai 95. TEL mempunyai sifat larut dalam bensin dan mendidih pada temperatur 200oC, serta mempunyai berat sekitar 1,7 Kg/liter (Ref : Maleev, V.L, Internal Combustion Engines, hal : 272). Kandungan utama dari TEL adalah timbal dimana timbal merupakan partikel berat yang sangat berbahaya bagi manusia. Angka oktan sendiri adalah angka yang menyatakan berapa persen volume iso oktana dalam campuran yang terdiri dari iso oktana dan heptana normal yang mempunyai kecenderungan berdetonasi sama dengan bahan bakar tersebut. Angka oktan merupakan angka dari 1-100. Iso oktana mempunyai bilangan 100, Bahan bakar dengan kecepatan menguap tinggi dan viskositas rendah membantu terbentknya campuran homogen dan menurunkan waktu pembakaran tunda sehingga kecepatan oksidasi tinggi. Sebab selama tahap pembakaran tunda akan lebih banyak campuran yang terbentuk dan mudah terbakar. Periode penundaan suatu campuran bahan bakar-udara menyatakan kesabaran campuran tersebut untuk menunggu saat dinyalakan. Bensin dengan bilangan oktan yang tinggi mempunyai periode penundaan yang panjang. Dengan adanya bilangan oktan yang tinggi hambatan yang sebagian besar disebabkan oleh detonasi berangsur-angsur dapat diatasi.(Ref : Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar, hal 85).


14

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Tabel 2.2.3 Spesifikasi Bensin Premium 88 di Indonesia (Kutipan Spesifikasi Dirjen Migas Pertamina)

No

SIFAT

1

Angka Oktan Riset (RON)

2

Kandungan Pb gr/l

Min 88

Max -

METODE TEST IP ASTM - D-2699

-

0.3

D-3341

BATASAN

Destilasi - 10% Volume Penguapan (Co)

74

o

3

- 50% Volume Penguapan (C )

88

125*)

- 90% Volume Penguapan (Co)

-

180

- Titik didih akhir (Co)

-

205

-

2.0

- Residu (% Vol) o

4

Tekanan Uap Reid pada 37,8 C(Kpa)

-

62*)

D-323

5

Getah Purwa (mg/100ml)

-

4

D-381

6

Periode Induksi (menit)

240

-

7

Kandungan belerang (% assa)

-

0.2

D-1266

8

Korosi Bilah Tembaga (3 jam/50oC)

-

No.1

D-130

Uji Doctor atau Alternatif Belerang

-

Negatif

Merchaptan (% massa)

-

0.002

9 10

Warna

11

Bau

-

IP 30

D-525

-

Kuning Dapat dipasarkan

2.2.3 Pembakaran Pada motor bakar, proses pembakaran merupakan reaksi kimia yang berlangsung sangat cepat antara bahan bakar dengan oksigen yang menimbulkan panas sehingga mengakibatkan tekanan dan temperatur gas yang tinggi. Oksigen


15

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

untuk keperluan pembakaran diperoleh dari udara yang yang merupakan campuran antara oksigen dan nitrogen, serta beberapa gas lain dengan presentase yang relatif kecil dan dapat diabaikan.Reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang diperoleh dari udara akan menghasilkan produk hasil pembakaran yang komposisinya tergantung dari kualitas pembakaran yang terjadi. Pada motor Otto, campuran udara bahan bakar tersebut dinyatakan dalam silinder oleh bunga api listrik dari busi pada akhir langkah kompresi. Pada keadaan normal kita mendapatkan pembakaran teratur dimana selalu terdapat 2 tahapan yaitu bagian yang terbakar dan bagian yang tidak terbakar. Suhu pembakaran berkisar antara 2100oK sampai 2500oK.Waktu pembakaran yang teratur lamanya kira-kira 3 mili detik (0,003 s) Bahan bakar yang lazim digunakan pada mesin sepeda motor adalah bensin(premium). Rumus kimia dari bensin adalah CnHm, dengan perbandingan atom hidrogen dan karbon 1.6 < H/C < 2.1. Adapun reaksi pembakaran bahan bakar hidrokarbon secara umum adalah : CnHm + (n + m) (O2 + 3,773N2) → n CO2 + m/2 H2O + 3,773 (n + m/4) N2 Persamaan reaksi diatas menunjukkan reaksi pembakaran yang sempurna dari 1 mol bahan bakar. Selama proses pembakaran senyawa hidrokarbon terurai menjadi senyawa-senyawa hidrogen dan karbon yang masing-masing bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan H2O. Pada saat proses pembakaran dimana terdapat kelebihan udara, α > 1, gas hasil pembakaran akan mengandung O2, maka reaksi pembakaran diatas akan berubah menjadi: CnHm + α (n + m)(O2 + 3,773N2) → n CO2 + m/2 H2O + xO2 + 3,773 α ( n + m/4) N2


16

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Dimana : α

= Koefisien kelebihan udara

x

= Jumlah mol pada sisa oksigen = 0,5 (2 α(n + m/4) – (2n + m/2) Untuk komposisi campuran bahan bakar dan udara dimana α < 1, maka

akan terjadi kekurangan O2 untuk proses pembakaran. Sehingga membuat reaksi pembakaran berlangsung tidak sempurna. Akibat kekurangan ini, akan terbentuk gas CO serta terdapat sisa gas H2 dan hidrokarbon HC yang belum sempat terbakar. Reaksi ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut : CnHm + α (O2 + 3,773 N2) → b CO2 + c H2O + dN2 +eCO + fH2 + gHC Jumlah mol dari masing-masing gas buang tersebut dapat diketahui melalui pengukuran dan analisa gas buang. Nitrogen tidak berperan pada proses pembakaran, namun pada temperatur yang tinggi nitrogen akan bereaksi membentuk senyawa NO. setelah proses pembakaran, NO ini masih bereaksi dengan oksigen membentuk NO2, yang merupakan gas berbahaya bagi kesehatan.

2.3 Fenomena pembakaran Fenomena pembakarn yang terjadi selama proses pembakaran terbagi menjadi dua macam, yaitu pembakaran normal dan pembakaran tidak normal. 2.3.1 Pembakaran Normal Pembakaran ini terjadi bilamana penyalaan campuran udara-bahan bakar semata-mata diakibatkan oleh percikan bunga api yang berasal dari busi. Adapun nyala api akan menyebar secara merata dalam ruang bakar dengan kecepatan normal sehingga campuran udara-bahan bkar terbakar pada suau periode yang sama.(Ref : Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, hal : 375).


17

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Tekanan gas yang diakibatkan oleh proses ini akan merata (tanpa Fluktuas tekanan) dalam ruang bakar. Pembakaran dimulai sebelum akhir langkah kompresi dan diakhiri sesaat setelah melewati TMA. Suhu dalam ruang bakar akan mencapai kisaran 2100 K-2500 K (Ref ; Arends, Motor Bensin, hal 60). 2.3.2 Pembakaran Abnormal Terjadi sebagian campuran bahan bakar mengalami penyalaan sendiri yang biasanya tidak disebabkan oleh percikan bunga api dari busi. Hal ini dikarenakan temperatur campuran bahan bakar udara terlalu tinggi yang salah satunya disebabkan hasil dari langkah kompresi, hingga mencapai titik nyalanya, sehingga menyebabkan campuran tersebut akan menyala dengan sendirinya. Ataupun titik panas pada permukaan ruang bakar yang menimbulkan percikan api dengan sendirinya baik sebelum ataupun sesudah penyalaan, peristiwa ini biasa disebut dengan detonasi. Campuran bahan bakar-udara didalam silinder motor bensin mula-mula terbakar ketika busi mengeluarkan api listrik, yaitu pada saat beberapa derajat engkol sebelum torak mencapai TMA. Kemudian nyala api merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi (25-50 m/det), sementara itu campuran dibagian yang terjauh dari busi masih menunggu giliran untuk terbakar. Akan tetapi ada kemungkinan bagian campuran tersebut terakhir, karena terdesak oleh penekanan torak maupun oleh gerakan nyala api pembakaran yang merambat dengan cepat itu, temperaturnya dapat melampaui temperatur penyalaan sendiri sehingga akan terbakar dengan cepat (meledak). Proses terbakar sendiri dari bagian campuran yang terakhir (terjauh dari busi) ini yang dinamai detonasi.


18

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Faktor –faktor yang menyebabkan tingginya temperatur campuran bahan bakar dengan udara, sehingga menimbulkan detonasi adalah sebagai berikut : (Ref : Pulkrabek, Engineering Fundamentals of the Combustion engine, hal :156-157)

a. Nilai Oktan (Oktane Number) dari bahan bakar yang terbakar terlalu rendah. Nilai oktan adalah bilangan yang menyatakan pebandingan kandungan isooktana (C8H18) pada campuran antara iso-oktana denagn heptana (C7H14) dalam bahan bakar. Untuk iso-oktana akan bebas dari knocking, sedang heptana mempunyai nilai knocking yang buruk. Semakin tinggi nilai oktan maka akan semakin bagus anti knocking bahan bakar tersebut. b. waktu pengapian yang terlalu cepat waktu pengapian yang teralu cepat akan menyebabkan sebagian dari bahan bakar belum sempat terbakar seluruhnya. Hingga proses ekspansi sisa bahan bakar tersebut akan termampatkan sampai temperaturnya tinggi menyebabkan timbulnya pembakaran sendiri (Self Ignition). c. Busi terlalu panas Busi yang terlalu panas akan menyebabkan temperatur disekitarnya tidak merata, sehingga ketika busi menyala akan terdapat daerah-daerah dengan suhu yang akan menyebabkan pembakaran bahan bakar tidak berjalan dengan merata. d. Temperatur nyala bahan bakar Bahan bakar dengan temperatur nyala yang tinggi akan menyebabkan sulit untuk berdetonasi. Dengan kata lain semakin tinggi temperatur nyala suatu bahan bakar maka akan sulit berdetonasi.


19

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Hal-hal yang dapat mencegah timbulnya detonasi adalah sebagai berikut : (Ref : Arismunandar, Penggerak Mula Motor Bakar Torak, hal :83)

a. Mengurangi perbandingan kompresi b. Memperlambat saat penyalaan. c. Mengurangi tekanan dan temperatur campuran bahan bakar dan udara yang masuk silinder. d. Menaikkan kecepatan torak (putaran poros engkol), untuk memperoleh arus turbulen pada campuran di dalam silinder yang mempercepat rambatan nyala api. e. Memperkaya (menaikkan perbandingan ) campuran bahan bakar-udara atau mempermiskin (menurunkan perbandingan) bahan bakar-udara dari suatu harga perbandingan campuran yang sangat mudah berdetonasi. f. Mempergunakan bahan bakar dengan bilangan oktana yang lebih tinggi. Hasil atau produk yang didapat dari reaksi pembakaran dapat dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan jenis pembakarannya, yaitu :

1. Pembakaran sempurna (Ideal) Setiap pembakaran sempurna pasti akan menghasilkan karbondioksida dan H2O. reaksi pembakaran sempurna ini hanya dpat berlangsung jika campuran udara-bahan bakar sesuai dengan kebutuhan atau campuran stokiometris ( nilai stokiometris = 14,7) dan cukup waktu untuk pembakaran campuran udara-bahan bakar. 2. Pembakaran tidak sempurna


20

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Pembakaran tidak sempurna terjadi apabila kebutuhan oksigen untuk pembakaran tidak cukup (AFR= udara < 14,7). yang dihasilkan dari proses pembakaran ini adalah hidrokarbon yang tidak terbakar (HC), dan apabila sebagian dari hidrokarbon yang terbakar, maka aldehide, ketone, asam karbosiklis dan karbon monoksida akan menjadi polutan dalam gas buang. 3. Pembakaran dengan udara berlebih Pada kondisi temperatur yang tinggi, nitrogen dan oksigen yang terdapat dalam udara pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan NO2) udara > 14,7

Gambar 2.5. Efek tekanan pembakaran pada variasi saat pengapian dan kebutuhan angka oktan (Ref: McKetta, Encylopedia of Chemical Processing and design, hal : 385)


21

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.4 Parameter Prestasi Mesin Pada umumnya performa/prestasi suatu mesin bisa diketahui dengan membaca dan menganalisa parameter yang ditulis dalam sebuah laporan, entah itu dalam bentuk brosur, laporan test drive dari media tabloid/majalah otomotif/acara otomotif di televisi, dsb. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi, dan konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin. Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi ke dalam mesin pada kecepatan tersebut. Sementara suatu mesin dioperasikan pada waktu yang cukup lama, maka konsumsi bahan bakar serta efisiensi mesinnya menjadi suatu hal yang dirasa sangat penting.

2.4.1 Daya Pengukuran daya mesin merupakan merupakan pengukuran torsi yang berhubungan dengan tenaga mekanik, baik untuk tenaga yang diperlukanmaupun


22

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

tenaga yang dikembangkan oleh mesin. Dalam hal ini perlengkapan-perlengkapan pengukur torsi itu biasanya dianggap sebagai dynamometer. Dynamometer ini digunakan untuk pengukuran seluruh perkembangan dari kerja mesin,mulai dari percobaan dan pengetesan motor bersilinder satu sampai motor pesawat terbang. Tetapi dalam hal ini bila mesin dalam keadaan tetapatau diam maka pengukuran dayanya sederhana dan mudah untuk di buat, tetapi untuk keadaan dinamis mungkin sukar untuk menentukan pengukuran dayanya. Ukuran atau besaran untuk suatu kerja motor biasanya dalam bentuk torsi dan tenaga kuda (horse power). Daya yang dibutuhkan untuk membuat mekanisme bergerak daya motor dapat di hitung dengan perumusan :

P=

T .n 5252

Dimana : P = daya motor yang dibutuhkan = HP 0,746 (kW) T = torsi (Nm) N = putaran (rpm) 5252 = konstata (jumlah harga yang tidak bisa diubah) Catatan : 1 ft =

30 m 100

1 lb =

1 kg 2,2

1 Hp = 75 kg.m/dt Maka :


23

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

P = T.n

30 1 m kg (T ) )( ( 100 2,2 X

2π ( n) 60

=

1 kg.m / dt = (0,1364 kg.m)(0,1047) 75

=

75kg.m / dt 0,01428108kg.m / dt

)751 kg.m / dt

= 5251,7 ≈ 5252 2.4.2 Torsi

torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja. Besran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk menghitung energi yang di yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya. Adapun perumusan torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar r dengan data tersebut torsinya adalah : T = 9550

p (Nm) n

Dimana : T = torsi (N.m) p = daya motor (kW)

n = putaran mesin (rpm) 9550 = angka konstan (nilai yang tidak bisa di rubah)


24

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.4.3 Tekanan efektif rata-rata

Unjuk kerja mesin relatif yang terukur, dapat diperoleh dari pembagian kerja per siklus dengan perpindahan volume silinder per siklus. Parameter ini merupakan gaya persatuan luas dan dinamakan dengan Mean Effective Pressure (mep). ( Ref : Heywood, Internal Combustion Engine Fundamental, hal : 50).

bmep =

Wx1000 x60 xn LxAxNxc

Dalam satuan SI : Dimana : n

= Jumlah putaran engkol untuk setiap langkah kerja (2 untuk siklus 4 langkah ; 1 untuk siklus 2 langkah)

bmep = tekanan efektif rata-rata (kPa)

W

= Daya (Nm/s) 1 Nm/s = 0,001 kW

N

= Putaran mesin (rpm)

A

= Luas Silinder/diameter silinder

L

= Panjang langkah

C

= Jumlah piston

Tekanan efektif rata-rata juga dapat dinyatakan dengan torsi. ( Ref : Maleev, Internal –Combustion Engines, hal : 50).

Brake mean effective pressure (bmep) didefinisikan sebagai tekanan konstan teoritik yang dapat dibayangkan terjadi pada setiap langkah kerja dari mesin untuk


25

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

menghasilkan output daya yang sama dengan brake horse power/BHP (kadang disebut dengan effective horsepower). BHP itu sendiri didefinisikan sebagai jumlah daya yang terdapat pada poros, sedangkan indicated horsepower/IHP didefinisikan sebagai daya yang dikonsumsi oleh motor (Ref : Arismunandar, Penggerak MulaMotor Bakar Torak, hal 45).

2.4.4 Konsumsi bahan bakar

Dalam pengujian mesin konsumsi bahan bakar diukur sebagai laju aliran massa bahan bakar per unit waktu (mf). Konsumsi bahan bakar spesifik/spesific fuel consumption (SFC) adalah laju aliran bahan bakar per satuan daya. Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana effisiensi mesin dalam menggunakan bahan bakar untuk menghasilkan daya. SFC =

mf Pb

dimana : SFC

= konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kWjam)

mf

= massa bahan bakar (kg/jam)

Pb

= daya (Nm/s)

Atau

•

BFC (brake fuel Consumtion) =

3600 xVb (Cc) t

Dimana ; Vb = Volume bahan bakar (cc) t

= waktu (second)


26

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2.4.5 Kecepatan Aliran Volumetric

Efisiensi volumetris sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara yang dapat dihisap oleh piston oleh silinder.

•

Va= 0,003536.D2

ho.Ta 3 Pm (m /jam)

Dimana : D

= diameter orifice (mm)

Ho

= Beda tekanan pada orifice (kPa)

Ta

= Temperatur ruangan (K)

Pa

= Tekanan udara ( 1 Atm) 1 = 1.01325 bar

2.4.6

Massa aliran udara, ma (massa rate of flow)

ma= 0,00001232.D2

ho.Pa 3 Ta (m /jam)

Dimana : ma

= massa aliran udara (Kg/s)

D

= diameter orifice (mm)

Ho

= Beda tekanan pada orifice (kPa)

Ta

= Temperatur ruangan (K)


27

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Pa

= Tekanan udara ( 1 Atm) 1 = 1.01325 bar

2.4.7 Effisiensi Volumetris, (ηvol)

ηvol =

60.k .Va x 100 % n.Vs

n

= Putaran mesin

k

= 2 untuk 4 langkah 1 untuk 2 langkah

Vs =

π .d 2 .s.N 4.10 6

d

= diameter piston (mm)

s

= panjang stroke (mm)

N

= jumlah silinder

2.4.8 Perbandingan Antara Udara Dengan Bahan Bakar (Air/ Fuel Ratio)

Dalam pengujian mesin, pengukuran juga dilakukan terhadap laju aliran massa udara (mbb). Perbandingan antara keduanya berguna dalam mengetahui kondisi operasi mesin. Air/Fuel ratio (A/F) =

ma mf

Fuel /air ratio (F/A) =

mf ma

untuk relative air/Fuel ratio (λ) itu sendiri : λ = (A/F)aktual (A/F)stokiometri


28

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

relative air/fuel ratio ini memberikan parameter informasi yang lebih guna menetapkan komposisi campuran udara-bahan bakar yang baik.(Ref : Heywood ,Internal Combustion Engine Fundamentals, hal : 71-72).

Jika : λ > 1 : maka campuran itu miskin akan bahan bakar λ < 1 : maka campuran itu kaya akan bahan bakar Jika oksigen yang dibutuhkan tercukupi, bahan bakar hidrokarbon dapat dioksidasi secara sempurna. Karbon didalam bahan bakar kemudian berubah menjadi karbondioksida (CO2) dan hidrogen menjadi uap air H2O. Jika jumlah udara yang diberikan kurang dari yang dibutuhkan secara stokiometrik maka akan terjadi campuran kaya bahan bakar. Produk dari campuran kaya bahan bakar adalah CO, CO2, H2O dan HC (hidrokarbon tidak terbakar). Jika jumlah udara yang diberikan lebih besar dari kebutuhan maka akan terjadi campuran miskin bahan bakar. 2.5 gas buang

Pada umumnya sistem pembuangan membawahi beberapa fungsi. Diantarnya: Menggiring gas panas,beracun dari dalam mesin ke tempat yang jauh dari kompartemen mesin (udara bebas), mengatur keluaran kebisingan mesin, dalam mesin modern desain knalpot bahkan dirancang untuk menekan emisi gas buang. Sebuah sistem pembuangan biasanya perpipaan digunakan untuk memandu reaksi gas buang jauh dari terkontrol pembakaran di dalam sebuah mesin.seluruh sistem menyampaikan gas bakar dari mesin dan mencakup satu atau lebih pipa knalpot.tergantung pada desain sistem secara keseluruhan.gas buang yang dipancarkan sebagai akibat dari pembakaran bahan bakar seperti gas alam,


29

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

bensin,solar,bahan bakar minyak atau batu bara.menurut jenis mesin gas buang di buang ke atmosfer melalui pipa knalpot,tumpukan gas buang,atau nosel mendorong.sering menyebar melawan arah angin dalam pola yang di sebut. 2.5.1 fungsi exhaust system (sistem saluran buang)

Fungsi exhaust system ialah mengeluarkan gas-gas bekas yang dikumpulkan dari dalam silinder.exhaust system ini terdiri dari exhaust manifold,exhaust pipe (pipa buang),dan muffler (peredam suara). Fungsi dari exhaust manifold (saluran buang) ialah mengumpulkan gas-gas buang dari silinder ke satu tempat dan di salurkan melalui pipe buang (exhaust pipe).bila pada tekanan dan suhu yang tinggi langsung di buang ke atmosfer, maka ekspansi yang mendadak dari gas tersebut akan menimbulkan ledakan yang keras. Untuk mencegah hal ini maka gas buang di slaurkan melalui muffler agar tekanan dan suhunya turun sehingga ledakan tadi tidak akan terjadi.bentuk dan ukuran knalpot yang digunakan untuk sepeda motor empat tak berbeda dengan bentuk dan ukuran knalpot dua tak. Pada knalpot empat tak terdiri dari tiga komponen yaitu : pipa primer,pipa kolektor,dan pipa ekor. Sedangkan pada knalpot sepeda motor dua tak terdiri dari komponenkomponen sebagai berikut : pipa kepala,diffuser,pipa paralel,bufle,dan stinger. 2.5.2 paking knalpot

Paking knalpot pada umumnya terbuat dari aluminium atau tembaga berlapis yang di campur serat asbes. Namun paking almu yang empuk sangat mudah gepeng, sehingga disarankan hanya untuk satu kali pakai. Berbeda dengan paking berbahan kuningan. Rata-rata paking ini umurnya lumayan panjang. Makanya banyak dan biasa digunakan di motor balap karena sering bongkar-pasang knalpot kalau mau seting mesin.


30

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Gambar 2.5.2 (1) paking berbahan aluminium dan campuran asbes (ref : www.rs2racing.blogspot.com)

Gambar 2.5.2 (2) paking berbahan kuningan (ref : www.rs2racing.blogspot.com)

2.5.3 Tekanan Balik

Tekanan balik mengacu pada perlawanan terhadap bergerak cairan oleh penghalang atau belokan yang ketat di pembuluh kurungan bersama yang bergerak seperti pipa terhadap arah aliran.karena itu tekanan balik menyesatkan sebagai tekanan tetap dan menyebabkan aliran dalam arah yang sama,tapi aliran berkurang karena perlawanan.sebagai contoh : sebuah knalpot pada otomotif dengan sejumlah tikungan,belokan,dan panjang sebuah pipa.


31

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

Tekanan balik yang di sebabkan oleh sistem pembuangan (terdiri dari manifold knalpot,catalytic converter,dan sambungan pipa).dari mesin 4 tak memiliki efek negatif terhadap efisiensi mesin mengakibatkan penurunan daya out put yang harus di kompensasi dengan meningkatkan bahan bakar. 2.5.4 geometri knalpot

Knalpot racing sebagai pelepas gas buang dari motor merupakan salah satu kunci dari bagian dari motor yang dapat diupgrade. Dengan penggantian knalpot ini dari knalpot standart ke knalpot racing biasanya dapat menambah tenaga atau malah sebaliknya menurunkan tenaga. Dari pabriknya sendiri pasti sepeda motor berserta knalpot standartnya telah didesign sempurna untuk kegunaannya yang disesuaikan biasanya dengan tipe dan jenis motor. Tentunya agar performanya dapat meningkat diharuskan untuk mengganti salah satu bagian dari motor, yaitu pilihan alternatifnya dengan penggantian saluran buang ini atau disebut dengan knalpot. Pilihan yang seperti apakah knalpot yang sesuai untuk meningkatkan performa pacu motor? Secara dasarnya untuk lebih mudahnya Knalpot Racing ini dipergunakan untuk(jenis pengguna): 1. Pengguna Umum-Kategori Style only-Penggunaan Pergi ke kantor, touring

master dan aktifitas rutin sehari-hari (non-racing) hanya agar mendapatkan suara yang lebih empuk dan ngebass dan agar suara dapat terdengar dengan tujuan agar orang lain/pengendara lain lebih hati-hati didekat si pengendara.. 2. Pengguna Medium-Kategori Style-Gaya balap-ngebut kalau ada kesempatan-

Pengguna Pergi Ke Sekolah, Kampus, Kantor. 3. Pengguna Advance-Kategori Street illegal Racing-Penggunaan khusus untuk


32

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

balap liar dengan kondisi motor akan dipakai hanya untuk balap liar. 4. Pengguna Profesional-Kategori Full Racing is legal-Penggunaan khusus

untuk balap resmi dengan spek motor full racing/medium racing Mp3 dan MP 5, dengan rider seorang pembalap professional. Untuk Mendapatkan knalpot sesuai criteria kategori diatas berikut petunjuknya: 1. Pengguna Umum-Kategori Style only

Yang diperlukan disini cukup hanya dengan mengganti silincer/peredam suaranya saja.Apabila pipa dari leher knalpot hingga silencer bisa dilepas tanpa memotong seperti model motor jenis 4-tak Scorpio, Thunder 250,CBR 150, Minerva, Thunder 125, Shogun 125, Arashi, Honda Supra 125, Satria FU, Nova Sonic. Untuk motor jenis 2-tak seperti NSR,King, Ninja 150, TZM 150, Tiara 125(JR 120), 125Z( bila 2 tak cukup dengan memotong sebagian isi dari silencer yang menempel pada pipa letaknya didalam silencer) namun suara menjadi lebih garing dan keras.

Gambar 2.5.4 (1) katagori style only (umum) (ref : www.rs2racing.blogspot.com)


33

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

2. Pengguna Medium-Kategori Style-Gaya balap

Yang diperlukan pada kategori ini diperlukan mengganti system knalpot standartnya dengan full system( system full termasuk dari leher knalpot yang menempel di blok mesin hingga ujung silencer, atau juga hanya mengganti silencernya juga tanpa mengganti pipa knalpot. Untuk keperluan dalam kategori ini yang diperlukan mencoba beberapa silencer buatan handmade dengan ukuran yang sebaiknya tidak jauh dari ukuran silencer standartnya baik bentuk juga lubang keluar dari silencer, selain itu setting spuyer yang tepat diperlukan. Contohnya: untuk motor jenis 4-tak proses setting dapat dimulai dengan menaikkan spuyer pilot jet sebanyak 1 step angka kenaikan, misalkan dari angka pilot jet 12,5 menjadi 15 untuk karburator jenis mikuni. Dari 15 menjadi 17,5 dan seterusnya kenaikan sebesar per 2,4 (juga disesuaikan dengan setting bukaan skrup udara di karburator). Untuk jenis motor 2tak selain pilot jet naik satu step, sebaiknya mainjet juga dinaikkan satu step untuk mengatasi kekeringan diputaran atas dari mesin.

Gambar 2.5.4 (2) knalpot satndar racing katagori medium style only (ref : www.rs2racing.blogspot.com)


34

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

3. Pengguna Advance-Kategori Street illegal Racing

Yang diperlukan pada kategori ini diperlukan mengganti system knalpot standartnya dengan full system( system full termasuk dari leher knalpot yang menempel di blok mesin hingga ujung silencer). Biasanya para pengguna knalpot ini tidak memperdulikan suara yang dihasilkan, mereka lebih perduli hasil tenaga yang dihasilkan dari penggantian jenis knalpot racing. Untuk memilih knalpot yang tepat bagi kegunaan mereka. pada kondisi untuk keperluan balap oleh pengemar adu kebut untuk kelas mesin standart, mesin korekan medium dan korekan full racing memerlukan tipe knalpot yang berbeda. Hal ini yang banyak kurang dipahami oleh para pengguna di kategori Advance ini. Karena tidak sedikit knalpot bermerk yang sebenarnya fungsinya kurang dimengerti oleh pemakainya. (misalnya untuk beberapa knalpot luar ada peringatannya) : ” Racing use only not for daily use” ini berarti hanya bisa digunakan untuk mesin full balap dan bukannya mesin yang semi dan juga mesin yang hanya diganti spuyernya saja.

Gambar 2.5.4 (3) knalpot katagori street illegal racing (advance) (ref : www.rs2racing.blogspot.com)


35

TEKNIK MESIN

TUGAS AKHIR

4. Pengguna Profesional-Kategori Full-Racing is legal

Yang diperlukan pada kategori ini diperlukan mengganti system knalpot standartnya dengan full system jenis “Racing use only”. Untuk knalpot jenis ini yang produk dari luar negeri seperti Yoshimura Jepang, USA dan yang versi Thailand juga mudah ditemukan hanya saja sepertinya Produk dari negara-negara seperti Thailand dikhususkan dan hanya diproduksi untuk motor-motor kelas 150cc tidak untuk motor besar. Sedangkan untuk produk lokal yang berbahan dasar stainless steel rupanya hanya orderan dari tim-tim balap besar yang dapat memilikinya langsung dari sang produsen, sementara yang ada dipasaran hanya jenis vernekel.

Gambar 2.5.4 (4) knalpot thailand for race bore up Katagori full racing illegal (profesional) (ref : www.rs2racing.blogspot.com)


36

TEKNIK MESIN

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents