BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pendahuluan Bab ini memberikan gambaran umum tentang latar belakang pengertian pembangkitan gaya pada mekanisme sebuah mesin bolak-balik (reciprocating engine).

1

2

1

Gambar 2.1 Reciprocating Engine

Dari gambar : 1.

Piston

2.

Connecting rod

3.

Poros engkol

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.2 Diagram benda bebas mekanisme engkol luncur

Dari gambar 2.2 menunjukkan diagram benda bebas sebuah mekanisme engkol luncur. Torak P yang mengalami percepatan akan menghasilkan gaya inersia (F i ), F i merupakan gaya inersia yang bekerja pada pusat torak P, yang besarnya adalah F i = m p . a p , dimana m p massa keseluruhan piston dan a p adalah percepatan piston. Sehingga gaya yang menekan piston F px jumlah gaya inersia yang bekerja pada piston dan tekanan gas yang dihasilkan pada pembakaran pada permukaan piston. Gaya ini mengakibatkan poros engkol bergerak dengan kecepatan konstan ω 1 . Dan juga mengakibatkan batang penghubung (connecting rod) bergerak dengan kecepatan angular ω 2 dan mengalami percepatan angular α2.

2.2. Mekanisme Engkol Peluncur


Motor bakar satu silinder menggunakan mekanisme engkol luncur dalam pengoperasiannya. Untuk aplikasi mekanisme ini pada sebuah motor bakar, usaha hasil pembakaran bahan bakar dan oksigen berekspansi akan mendorong torak yang dilanjutkan ke batang penghubung yang akan memutar poros engkol, yang kemudian diidealisasikan akan menghasilkan putaran konstan dengan bantuan sebuah roda gila (fly wheel). Gambar 2.3 memperlihatkan skema dari mekanisme engkol peluncur horizontal. O adalah kerangka tetap, R adalah radius poros engkol yang bergerak rotasi yang terpusat di O dan L adalah batang penghubung dan P adalah peluncur, yang mana pada kasus ini torak meluncur sepanjang silinder atau bergerak translasi. θ adalah sudut gerak poros engkol. η adalah sudut perubahan batang hubung terhadap torak. Dan G adalah titik berat batang hubung.

Gambar 2.3 Geometri mekanisme engkol luncur


2.3. Persamaan Kecepatan, dan Percepatan Angular Connecting Rod

TMA

R

L

L Sin η = R Sin θ

X

R+L Gambar 2.4 Geometri engkol peluncur

Perubahan sudut η tiap satuan waktu merupakan kecepatan angular connecting rod dan tiap perubahan kecepatannya merupakan percepatan angular connecting rod. Persamaan ini didapat berdasarkan (Theory of Machine, Rs. Khurmi dan J.K. Gupta) Dengan menggunakan persamaan sinus pada  OCP, seperti pada gambar 2.4.

Dimana


Didapatkan kecepatan angular connecting rod , (2.1)

Dengan mensubsitusikan persamaan ke persamaan diatas dapat ditulis persamaan kecepatan angular connecting rod , Dengan menyederhanakan

(2.2)

Turunan pertama kecepatan angular connecting rod PC terhadap waktu adalah percepatan angular PC.

Dengan menurunkannya terhadap waktu, dan memecah persamaan diatas menjadi beberapa, sehingga memudahkan perhitungan. Turunan kecepatan angular connecting rod dapat ditulis sebagai berikut. Bagian 1.


Karena kecepatan angular poros engkol adalah tetap, maka percepatan angular poros engkol dianggap konstan atau 0

Bagian 2.

Bagian 3.

Bagian 4.

Dengan menjumlahkan tiap bagian, sehingga didapatkan turunan kecepatan angular connecting rod terhadap theta (θ).

Dengan menyederhanakannya,


Maka persamaan diatas dapat ditulis,

Sehingga,

Dengan menurunkannya terhadap waktu, maka percepatan angular connecting rod

Percepatan angular connecting rod, (2.3)

Dengan arah percepatan angular connecting rod berlawanan jarum jam.


2.5. Persamaan Percepatan Titik Berat Pada Connecting Rod

Gambar 2.5 Posisi Titik Berat Connecting Rod Pada Mekanisme Engkol Luncur

Untuk menentukan gaya inersia pada titik G atau pusat gravitasi connecting rod, kita perlu menentukan percepatan absolut pada titik G. Pada sub-bab ini akan ditentukan percepatan G dimana saja berdasarkan perubahan sudut yang dibentuk connecting rod terhadap poros engkol. Dengan mengacu pada percepatan pada titik C. Dan berdasarkan referensi (vector mechanic dynamic, 9th Ed. F.Beer). (2.4) Dimana, a c adalah percepatan pada titik C, dan r g/c adalah posisi dimana saja disepanjang connecting rod. Dengan melihat gambar 2.5, titik C bergerak rotasi berpusat pada titik O.


ω1

C

R

θ

O

Gambar 2.6 Posisi vector C

r c merupakan letak atau posisi titik C, atau merupakan sambungan poros engkol dan connecting rod.

Dengan menurunkan persamaan posisi pada titik C dua kali didapatkan persamaan percepatan pada titik C atau a c (2.5) Untuk mencari persamaan percepatan titik berat pada poros engkol, dan karena jarak titik berat poros engkol adalah R/2, maka percepatan titik berat pada poros engkol adalah.


(2.6) Untuk menentukan r g/c sepanjang connecting rod CP dapat dilihat pada gambar 2.6 dimana CG adalah u.

C

η G

O

θ

η

P

Gambar 2.7 Posisi vector G

(2.7) Kemudian persamaan (2.5) dan persamaan (2.7) disubsitusikan kepersamaan (2.4) didapatkan, persamaan percepatan titik G. Untuk percepatan horizontal pada titik G, (2.8)

Dan untuk percepatan vertikal pada titik G, (2.9)


2.6. Analisa Gaya Pada Main Bearing Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada peluncur dapat dilihat pada gambar 2.8. Fpy

Fpx

Fg

P

mpap

Wp N Gambar 2.8 Diagram benda bebas piston

Pada gambar 2.8 dapat dilihat bahwa F PY merupakan gaya yang terjadi pada titik P untuk komponen vertikal dan F PX merupakan gaya yang terjadi pada titik P untuk komponen horizontal. Karena HONDA REVO menggunakan mesin untuk tipe horizontal, sehingga gaya yang ditimbulkan akibat pembakaran gas F g dan gaya inersia yang ditimbulkan m p a p dikategorikan menjadi komponen horisontal. Sehingga,

(2.10) Sedangkan pada komponen vertikal terdapat berat piston w p dan N gaya yang bekerja pada dinding silinder.


Untuk mengetahui gaya-gaya yang bekerja pada batang hubung atau connecting rod dapat dilihat pada gambar 2.9.

mc.acgy

Fcx

C

-Izz.α2 G

mc.acgx

Fpy

Fcy Wc

η

Gambar 2.9 Diagram benda bebas connecting rod

P

Fpx

Dari gambar 2.9 dapat dilihat connecting rod CP, yang mengalami percepatan angular yang arahnya searah sumbur-z menimbulkan momen inersia I zz . Pada connecting rod CP juga terdapat gaya yang terbagi menjadi komponen vertikal dan horizontal. F CX merupakan gaya pada titik C untuk komponen horizontal, sedangkan pada komponen horizontal terdapat F PX dan m c .a cgx yang merupakan gaya inersia untuk komponen horizontal pada connecting rod. Sedangkan F CY yang merupakan gaya pada titik C untuk komponen vertikal. Komponen vertikal pada batang hubung ini adalah W C berat batang hubung dan m c .a cgy gaya inersia untuk komponen vertikal.

(2.11)


(2.12)

Karena F CY dan F PY belum diketahui, dengan menggunakan momen pada titik G.

Karena U + S = L, maka

(2.13) Sehingga dapat diketahui F CY , (2.14) I zz didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan software SOLIDWORKS.


Fcy mpe.agpy Fcx mpe.agpx

Frx Wpe

Fry Gambar 2.10 Diagaram benda bebas poros engkol

Gambar diatas merupakan diagram benda bebas untuk poros engkol, analisa yang dilakukan pada poros engkol dengan mengganggap titik berat poros engkol R/2, dan poros engkol tanpa beban imbang counter weight. Karena poros engkol dianggap berputar pada kecepatan konstan, sehingga percepatan sudut poros engkol dianggap nol.


2.7. Analisa Torsi Analisa torsi kali ini berdasarkan referensi dari jurnal seperti yang terdapat pada lampiran. Dimana torsi yang terjadi pada mekanisme engkol luncur kali ini adalah gaya-gaya komponen horizontal F CX dan vertikal F CY pada titik C dikalikan panjang dari poros engkol itu sendiri.

FCY

FCX C R O

T

θ

Gambar 2.11 Diagram benda bebas crankshaft

Sedangkan untuk memperoleh gaya yang ditimbulkan oleh gas dengan menggunakan tekanan efektif rata-rata pada siklus otto.

2.8. Gaya Tekan Pada Permukaan Piston


Pada siklus Otto, energy yang dihasilkan berasal dari pembakaran antara campuran bahan bakar. Hasil pembakaran akan menghasilkan tekanan gas yang menekan piston, kemudian diteruskan sampai poros engkol untuk menghasilkan tenaga. Gaya tekan pada siklus Otto bergantung pada tekanan gas yang terjadi akibat ledakan dari pembakaran bahan bakar. Karena selama siklus Otto tekanan dan temperatur selalu berubah-ubah tiap perubahan sudut gerak poros engkol maka sebaiknya dicari harga tekanan konstan yaitu tekanan efektif rata-rata.

Gambar 2.12 Siklus OTTO (sumber : Thermodynamic 6th, Cengel)

Untuk menghitung tekanan gas rata-rata yang terjadi pada siklus Otto dapat dihitung

dengan

menggunakan

rumus

(Internal

Combustion

Engine


Fundamentals, Heywood John-B) (2.15)

Dimana, P

= Daya efektif (kW)

Peff = mean efektif pressure (kPa) V d = Volume silinder (dm3) N

= Putaran poros engkol (R.P.S)

n R = 2 (Motor 4 tak) Dan secara matematis gaya yang ditimbulkan hasil pembakaran pada permukaan torak adalah, (2.16) Dimana, A

= Luas permukaan kepala piston = (π/4).D2

D

= Diameter piston (cm)

2.9 Md ADAM Berdasarkan Md Adams Help, Md adams adalah software MSC berbasis Computer Aided Engineering (CAE) yang fungsi utamanya motion analysis and dynamic analysis multi disiplin ilmu yang mengintegrasikan sistem-sistem seperti komponen-komponen mekanik, pneumatik, hidrolik, elektronik dan sistem kontrol teknologi yang memungkinkan para insinyur untuk membangun dan menguji prototipe secara virtual menjelaskan interaksi antara subsistem.


Md adams software yang dapat meningkatkan efisiensi teknik dan dapat mengurangi biaya pengembangan produk dengan melakukan validasi lebih awal. Insinyur dapat mengevaluasi dan mengelola interaksi tiap disiplin ilmu seperti gerakan, aktuasi, dan pengendalian agar produk bekerja lebih optimal seperti kinerja, keamanan, dan kenyamanan. Seiring dengan kemampuan analisis yang luas Produk-produk yang terdapat pada MD Adams 2010 diantaranya : • • • • • • •

Adams/ Car Adams/ Chassis Adams/ Driveline Adams/ Flex Adams/ Insight Adams/ PostProcessor Adams/ View

Pada analisa kinematika dan dinamika mekanisme engkol luncur akan menggunakan salah satu produk adams yaitu Adams/ View. Adams/ View adalah produk Adams yang sangat powerful dalam bentuk pemodelan dan simulasi. Pengguna Adams dapat membangun dan mensimulasikan sebuah model yang memiliki part yang bergerak. Berikut penggunaan Adams/ View : Start menu, Programs, MSC.Software, MD Adams 2010, AView, Adams - View


Gambar 2.13 Membuka ADAMS/ View

Membuat Model Saat memulai adams/ View, adams/ View akan menampilkan window berupa welcome dialogue box yang memberi pilihan pada pengguna apakah membuat sebuah model yang baru atau membuka model yang telah ada. 1. Memilih salah satu pilihan yang terdapat pada window seperti pada tabel berikut : Tabel : Tampilan pilihan pada window ADAMS/ VIEW

Pilihan Pada Tabel Create a New Model Open an Existing Database Import File

Fungsi Membuat sebuah model yang baru Membuka model yang telah ada Membuka model dari database adams yang telah ada. Exit Keluar dari adams/ View 2. Jika memilih membuat model yang baru, terdapat pilihan penggunaan gravitasi pada model, •

Earth Normal : Gravitasi normal sebesar 1 G

•

No Gravity : Tidak menggunakan gravitasi

•

Other

3. Menyeleksi satuan yang akan digunakan. •

MMKS : millimeter, kilogram, secon

•

MKS : meter, kilogram, second

•

CGS : centimeter, gram, dyne

•

IGS : inci, slug, pound gaya

4. Pilih OK Proses Pemodelan


Tahap-tahap pada pengerjan adams/ View adalah :

Build

Test

Review

Improve

Gambar 2.14 Proses pemodelan

Tahap pertama yang dilakukan adalah membangun model, melakukan percobaan pada model, peninjauan pada model, dan dilakukan pengembangan terhadap model jika diperlukan.

Adams/ View Berikut tampilan adams/ View pada jendela utama.

Gambar 2.15 Window pada ADAM/ View


Tool Box Adams/ View Tabel : Deskripsi Tool

Ikon

Deskripsi Tool seleksi Pemodelan bentuk-bentuk geometri Tool pengukuran Undo dan Redo Tool sambungan Tool simulasi Tool pewarna Tool motor penggerak Kontrol animasi Tool Move Tool Forces PostProcessor Menampilkan model dalam satu window Menampilkan model saat diseleksi


Menampilkan model pada titik pusat model Merotasi model Translate Tool Stack See Dynamically Zooming the Display Increment

Entering a value lets you more precisely control the view display changes, such as zooming and rotations. View Orientation Tools

See Orienting the View Using an Object XY See Orienting the View Using Three Points Background Color Tool Stack Toggle Tool Stack Window Layout Grid

See Working grid

Depth

See Setting the View Perspective

Render

See Rendering mode

Icons

Toggles the display of icons.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents