Motor Bakar

(1)

MOTOR BAKAR MOTOR BAKAR 2.1 Teori Dasar 2.1 Teori Dasar 2.1.1 Motor Bensin. 2.1.1 Motor Bensin.

Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Pr

Proseoses s pempembakbakaraaran n bahbahan an bakbakar ar dan dan ududara ara di di daldalam am silsilindinderer (in

(interternal nal comcombusbustiotion n engengineine). ). MotMotor or bakbakar ar benbensin sin dildilengengkapkapii dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel .

diesel . Busi

Busi berfberfungsungsi i untuuntuk k memmembakar campuran bakar campuran udaraudara-bens-bensinin yan

yang g teltelah ah dimdimampampatkatkan an dendengan gan jaljalan an memmemberberi i lonloncatcatan an apiapi lis

listritrik k diadiantantara ra kedkedua ua eleelektrktrodaodanyanya. . KarKarena ena itu itu momototor r benbensinsin dinam

dinamai ai dengadengan spark ignitn spark ignitions. Sedions. Sedangkaangkan karburn karburator adalator adalahah tem

tempat pat berbercamcampurpurnya nya udaudara ra dan dan benbensinsin. . CamCampurpuran an tertersebsebutut ke

kemmududiaian n mamasusuk k ke ke dadalalam m sisililindnder er yayang ng didinynyalalakakan an ololeheh lon

loncatcatan an bunbunga ga apapi i lislistrtrik ik dardari i busbusi i memenjenjelanlang g akhakhir ir lanlangkagkahh kompresi.

kompresi. Mot

Motor or diediesel sel tiptipe e penpenyalyalaanaannya nya yaiyaitu tu dendengan gan komkomprepresi,si, di

dimamana na papada da lalangngkakah h hihisasap p hahanynya a ududarara a yayang ng didimamasusukkkkanan ke

kedadalalam m ruruanang g babakakar r dadan n papada da sesesasaat at mmenenjejelalang ng lalangngkakahh ko

kompmpreresi si beberarakhkhir ir babahahan n babakakar r didisesempmprorotktkan an dadan n dedengnganan tek

tekanaanan n dan dan temtemperperatuatur r yanyang g tintinggi ggi terterjadjadilailah h pempembakbakaraaran.n. Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang

digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang lain.lain.

Siklus Otto(ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan Siklus Otto(ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume

pemasukan panas pada volume konstan.konstan. P P TT 3 3 4 4 4 4 2 2 22 3 3

(2)

0 1 1 0

V S

Keterangan grafik

 0 – 1 Proses pengisapan udara dan pemasukan bahan bakar dari luar.

 1 – 2 Kompresi (Proses Isentropik)

 2 – 3 Pemasukan Kalor (Terjadi Pada Tekanan Konstan)

 3 – 4 Kerja (Diangap proses Isentropik)

 4 – 1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan).

Daya Poros

Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol.

Daya poros diketahui dari pengukuran, dinamometer-brake digunakan untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol.

Tekanan Efektif Rata – rata

Tekanan efektif rata – rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.

(3)

Efisiensi Termal

Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.

Efisiensi volumetrik

Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran ideal.

Pemakaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/jam, misalkan pemakaian 50cc bahan bakar setiap detik maka jumlah bahan bakar yang dipakai dalam kg/jam adalah :

mf = t 50 . Spgr bahan bakar . 1000 3600 kg/jam

Pemakaian bahan bakar spesifik

Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai perjam untuk menghasilkan setiap kW daya motor.

Perbandingan Bahan Bakar-Udara

Untuk menentukan perbandingan – perbandingan bahan bakar-udara digunakan persamaan :

a f m m A F =

Laju Air Pendingin

Alat ukur ini digunakan untuk mengukur volume aliran air yang masuk radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan :

(4)

Qa =

t V_a

Maka laju massa aliran air :

ma = ρa .Qa (kg/s)

dimana :

ma = laju massa air pendingin a

ρ _{= massa jenis air, kg/m}3

Qa = debit aliran air, m3/s

Prinsip keseimbangan energi digunakan untuk mengetahui energi dalam bentuk panas yang digunakan secara efektif pada suatu sistem. Skema keseimbangan energi seperti gambar dibawah ini :

2.1.2. Motor Bakar Diesel

Motor bakar diesel yang berbeda dengan motor bakar bensin proses penyalaannya bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah isap hanyalah udara segar yang masuk

Q loss Hf Hu H Ne Hsp Hgb

(5)

kedalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan kedalam silinder.

Terjadilah penyalaanan untuk pembakaran, pada saat udara masuk kedalam silinder sudah bertemperatur tinggi.

sistim bahan bakar

ada tiga sistem yang banyak dipakai dalam penyaluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai masuk kedalam silinder pada motor diesel

1. sistem pompa pribadi 2. sistem distribusi dan 3. sistem akumulator

Prinsip Dasar Motor Diesel Empat Langkah

Mesin empat langkah adalah mesin yang melengkapi satu siklusnya yang terdiri dari proses kompresi, ekspansi, buang dan hisap selama dua putaran poros engkol. Prinsip kerja motor diesel empat langkah di gambarkan pada gambar 2.1 dibawah ini.

(6)

Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah

Tinjauan Energi Motor Diesel

Motor diesel dapat dipandang sebagai sistem yang menerima energi, mengubah sebagian energi menjadi kerja dan membuang sebagian energi lain. Aliran energi masuk berasal dari udara dan bahan bakar. Energi yang hilang berupa energi thermal yang terbawa oleh gas buang, energi hilang dari radiator dan rugi gesekan, sehingga volume atur dapat digambarkan seperti gambar 2.4.

Gambar 2.4. Volume Atur Untuk Menganalisa Kerja Maksimum Parameter-parameter mesin

Siklus Dari Mesin

Gas Buang P_o, T_o Udara P o, To Bahan Bakar P o, To Permukaan Kontrol W cv Q_cv

(7)

Parameter-parameter mesin yang diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar diesel r θ a s B Vd Vc TDC BDC s

Gambar 2.1. Sistem Motor Bakar

Untuk sebuah mesin dengan diameter silinder B , crank offset a , panjang langkah S dan perputar dengan kecepatan N seperti pada gambar 2.1 maka kecepatan rata-rata piston adalah ;

p

U = 2SN

dimana N biasanya diberi satuan RPM (revolution per minute),

p

U dalam m/detik (ft/sec), dan B,a dan S dalam m atau cm (ft

atau in).

Jarak s antara crank axis dan wrist pin axis diberikan oleh persamaan

(8)

dimana :

a = crankshaft

r = connecting rod length

θ = crank shaft offset

Metoda Perhitungan Daya poros efektif, Ne

Daya poros diperoleh dari pengukuran, dihitung dalam watt (Nm/s) atau dalam kW dan didefinisikan sebagai momen torsi dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol.

T = m . g . l (N.m)

dimana :

T = Momen torsi, Nm M = Gaya berat, kgf

G = gaya gravitasi bumi, m/s2

L = panjang lengan momnen torsi, m maka : Ne = 60 T . n . 2π (kW) Ne = Daya poros efektif, kW

N = putaran poros engkol, rpm

Tekanan efektif rata – rata, Pe

Tekanan efektif rata –rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.

(9)

Pe = 6 L e _x ₆₀_x₁₀ a n x x z x V N (kPa) dimana:

Pe = tekanan efektif rata – rata, kPa

Z = Jumlah silinder

a = Jumlah siklus per putaran = 1 untuk motor 2-langkah = 2 untuk motor 4-langkah

Pemakaian bahan bakar, mf

Pemkaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/h, maka jumlah bahan bakar yang terpakai sebanyak 10cc dalam detik adalah : mf = 1000 3600 x x t 10 bb ρ _(kg/h) dimana :

t = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 10 cm3

ρbb = massa jenis bahan bakar

= 0,7329 gram/cm3 _{untuk bensin}

Pemakaian bahan-bakar spesifik, Be

Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter penting untuk sebuah motor yang berhubungan erat dengan efisiensi termal motor. Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk menghasilkan

Setiap kW daya motor. Be = e f N m (kg/kWh)

Laju aliran massa udara, ma

Daya yang dapat dihasilkan motor dibatasi opleh jumlah udara yang diisap ke dalam silinder. Pemakaian udara diukur dengan

(10)

manometer tabung-U, dimana yang diukur adalah beda tekanan pada tabung pitot. Laju aliran udara karena pengaruh perbedaan tekanan pada tabung pitot.

Kecepatan aliran udara melewati pitot : vu = C 2g.∆h (m/s)

Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis :

mv = _a -6 2 10 v 4 d × × π (m3_/s)

maka laju aliran udara adalah: ma = ρu ×mv ×3600 (kg/h)

Perbandingan bahan bakar-udara, F/A

Perbandingan bahan bakar-udara yang masuk ke karburator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

F/A =

a f m m

Laju air pendingin

Maka laju massa aliran air :

ma = ρa . Qa (kg/s)

dimana :

ma = laju massa air

ρa = massa jenis air, kg/m3

Qa = debit aliran air, m3/s

(11)

Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran aliran udara ideal diperoleh dari persamaan :

Persamaan laju aliran udara ideal :

mia = VL × z × n × a × ρ u ×60×10-6 kg/h

Efisiensi volumetrik adalah:

ia a m m = v η Efisiensi termal, η t

Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah energi bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.

LHV m N f e × = T η Neraca kalor

Panas yang dihasilkan dapat digunakan secara efektif. Sebagian panas yang hilang dapat dinyatakan dengan prinsip balance energi sebagai berikut :

a). Energi Masuk

• Energi bahan bakar masuk (Hf )

Hf = mf . LHV (kW)

• Energi udara masuk (Hu) Hu = mu . cpu . T1 (kW)

b). Energi Keluar

(12)

Hgb = (mu + mf ) . cpgb . Tgb (kW)

asumsi : cpgb = 950 + (0.25Tgb) (J/kg.°K )

• Energi poros efektif dalam bentuk panas HNe = Ne (kW)

• Energi keluar air pendingin (Hap)

Hap = map . cpap . (Tk – Tm) (kW)

c). Energi Yang Hilang (Qloss)

Qloss = (Hu + Hf ) – (HNe + Hap + Hgb) (kW)

Persentase keseimbangan energi menjadi : 1 = f u loss u gb u ap u Ne H H H H H H H H H + + + + + + +Hf Hf Hf