MOTOR BAKAR DIESEL & BENSIN ( PR 6 )
Tugas Mata Kuliah Peralatan Fluida Termal
Disusun oleh:
Bima Anugrah Saputra (1410912007)
Dosen Pengampuh : Ir. Adly Havendri, M.Sc
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Andalas
MOTOR BAKAR A. Pengertian Umum Motor Bakar
Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Mesin yang bekerja dengan cara seperti ini disebut motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energy dengan proses pembakaran di luar disebut motor pembakaran luar (External Combustion Engine). Motor pembakaran dalam adalah mesin yang memanfaatkan fuida kerja/gas panas hasil pembakaran, di mana antara medium yang memanfaatkan fuida kerja dengan fuida kerjanya tidak dipisahkan oleh dinding pemisah.
B. Klasifikasi Motor Bakar
Motor bakar dapat diklasifkasikan menjadi 2 (dua) macam. Adapun pengklasifkasian motor bakar adalah sebagai berikut:
a Berdasarkan Sistem Pembakarannya
1 Mesin bakar dalam (Internal Combustion Engine).
Pada mesin pembakaran dalam fuida kerja yang dihasilkan pada mesin itu sendiri, sehingga gas hasil pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fuida.
Contoh: motor bakar torak.
2 Mesin bakar luar (External Combustion Engine)
Pada mesin pembakaran luar fuida kerja yang dihasilkan terdapat di luar mesin tersebut. Energi thermal dan gas hasil pembakaran dipindahkan ke dalam mesin melalui beberapa dinding pemisah.
Contoh: kereta uap.
b Berdasarkan Sistem Penyalaan 1 Motor bensin
api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor
Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor bensin. Proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga api listrik. Pada waktu torak hampir mencapai titik TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Terjadilah pembakaran pada ruang bakar pada saat udara mekanik. Motor bakar dapat pula diartikan sebagai pesawat dan energi kerja mekaniknya diperoleh dari pembakaran bahan bakar dalam pesawat itu sendiri. Oleh karena itu, motor bakar yang pembakarannya terjadi di dalam pesawat itu sendiri disebut pesawat tenaga dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).
Pada mulanya perkembangan motor bakar torak dengan motor bakar bensin ditemukan oleh Nichollus Otto pada tahun 1876. Karena bentuknya kecil dan tenaganya besar juga mudah dihidupkan dan sangat praktis, maka memberikan kemungkinan untuk dapat mempergunakan motor tersebut diberbagai lapangan kerja dengan aneka macam ragamnya. Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak disini 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 gesekan putar.
B. Siklus Teoritis Motor Bensin
1. Kompresi berlangsung isontropis.
2. Pemasukan kalor pada volume konstan dan tidak memerlukan waktu. 3. Ekspansi isentropis
a) Siklus Termodinamika
Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fuida kerja udara.
Idealisasi proses tersebut sebagai berikut:
1 Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.
2 Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara.
3 Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi perpindahan
panas antara gas dan dinding silinder.
4 Sifat-sifat kimia fuida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung.
5 Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor 4(empat) langkah.
Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi pada volume konstan, sedangkan siklus otto tersebu ada yang berlangsung dengan 4 (empat) langkah atau 2 (dua) langkah. Untuk mesin 4 (empat) langkah siklus kerja terjadi dengan 4 (empat) langkah piston atau 2 (dua) poros engkol. Adapun langkah dalam siklus otto yaitu gerakan piston dari titik puncak (TMA=titik mati atas) ke posisi bawah (TMB=titik mati bawah) dalam silinder.
Gambar 2. Diagram P-V dan T-S siklus otto Proses siklus otto sebagai berikut :
Proses 1-2 : proses kompresi isentropic (adiabatic reversible) dimana piston bergerak menuju (TMA=titik mati atas) mengkompresikan udara sampai volume clearance sehingga tekanan dan temperatur udara naik.
Proses 2-3 : pemasukan kalor konstan, piston sesaat pada (TMA=titik mati atas) bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan temperature meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus.
Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong piston turun menuju (TMB=titik mati bawah), energi dilepaskan disekeliling berupa internal energi.
Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston sesaat pada (TMB=titik
mati bawah) dengan mentransfer kalor ke sekeliling dan kembali mlangkah pada titik awal.
C.Prinsip Kerja Motor Bensin
Berdasarkan prinsipnya, terdapat 2 (dua) prinsip pada motor bakar torak, yaitu: 4 (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun prinsip kerja motor bakar 4 (empat) langkah dan 2 (dua) langkah adalah sebagai berikut:
1.1) Bagian – bagian motor bensin 4 (empat) langkah
Gambar 3. Bagian – bagian motor bensin 4 langkah
a) Silinder ; Tempat untuk berlangsungnya proses atau siklus dari motor. b) Torak ; Untuk mengubah gerakan bolak-balik menjadi gerakan isap dan tekan, juga sebaliknya untuk mengubah pembakaran menjadi tenaga mekanik (gerak bolak-balik).
c) Cincin Torak ; Untuk mencegah kebocoran antara dinding silinder dengan torak.
d) Pena Torak ; Untuk menghubungkan torak dengan batang torak.
e) Pena Engkol ; Untuk menghubungkan poros engkol dengan batang torak.
f) Poros Engkol ; Untuk mengubah gerakan bolak-balik torak menjadi gerak putar pada
sumbu utama motor.
g) Batang Torak ; Untuk meneruskan gaya dari torak ke poros engkol.
h) Saluran Masuk ; Saluran yang dihubungkan dengan karburator, tempat pencampuran antara udara dengan bahan bakar dan dapat masuk ke silinder dalam keadaan sudah tercampur.
i) Saluran Buang ; Saluran untuk mengeluarkan gas-gas buang yang dihubungkan dengan knalpot.
k) Katup Buang ; Untuk mengatur pembuangan gas-gas bekas pembakaran yang di gerakkan oleh poros nok dan di tutup oleh pegas katup sebagaimana halnya pada katup masuk.
l) Busi ; Bagian dari pengapian, yaitu untuk memulainya pembakaran bahan bakar di dalam silinder dengan bunga api listrik yang meloncat dari elektrode ke tengah-tengah elektrode sisi.
m) Ruang Engkol ; Untuk oli pelumas dan ruang gerak sumbu engkol.
n) Karburator ; Untuk mencampur bahan bakar (Bensin) dengan udara supaya tercampur dengan halus(seperti kabut).
o) Sistem Pengapian ; Dapat membangkitkan bunga api listrik pada busi, untuk keperluan pembakaran bahan bakar di dalam silinder.
p) Poros Nok ; Untuk membuka katup-katup dan keluar yang di gerakkan oleh timing gear melalui sabuk gilir atau rantai keting.
1.2) Prinsip Kerja Motor Bensin 4 (empat) Langkah
Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol. Dengan anggapan bahwa katup masuk dan katup buang terbuka tepat pada waktu piston berada pada TMA dan TMB, maka siklus motor 4 (empat) langkah dapat diterangkan sebagai berikut:
Gambar 4. prinsip kerja motor 4 (empat) langkah
A. Pengertian Motor Diesel
Motor bakar diesel merupakan mesin pembakaran internal yang
menggunakan panas kompresi untuk melakukan pembakaran pada bahan bakar. Secara sederhana mesin diesel bekerja dengan cara menginjeksikan bahan bakar ke dalam ruangan yang telah dikompresi dan memiliki suhu yang tinggi sehingga bahan bakar langsung berubah menjadi uap dan meledak. Adanya ledakan ini menyebabkan terbentuknya tenaga untuk menggerakan mesin-mesin pertanian, generator dan lain sebagainnya. Pada langkah isap hanyalah udara segar yang masuk 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.
B. Prinsip Dasar Motor Diesel
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.
Gambar 5. Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah Prinsip kerja motor diesel dapat dipahami dengan mempelajari urutan
langkah kerja dalam menghasilkan satu usaha untuk memutar poros engkol. Urutan langkah kerjanya sebagai berikut :
a). Langkah Hisap.
melambangkan derajad pembukaan katup hisap. Katup hisap ternyata mulai membuka beberapa derajat sebelum torak (piston) mencapai TMA (dalam contoh : 100 sebelum TMA) dan menutup kembali beberapa derajad setelah
TMB (dalam contoh : 490 setelah TMB).
b).Langkah Kompresi.
Poros engkol berputar, kedua katup tertutup rapat, piston (torak) bergerak dari TMB ke TMA. Udara murni yang terhisap ke dalam selinder saat langkah hisap, dikompresi hingga tekanan dan suhunya naik mencapai 35 atm dengan temperatur 500-8000C (pada perbandingan kompresi 20 : 1).Gambar
2.1.1 menunjukkan katup hisap baru menutup kembali setelah beberapa derajad setelah TMB (dalam contoh : 490 setelah TMB). Dengan kata lain,
langkah kompresi efektif baru terjadi setelah katup masuk (hisap) benar-benar tertutup.
c). Langkah Usaha (pembakaran).
Poros engkol terus berputar, beberapa derajad sebelum torak mencapai TMA, injector(penyemprot bahan bakar) menginjeksikan bahan bakar ke ruang bakar (di atas torak piston). Bahan bakar yang diinjeksikan dengan tekanan tinggi (150-300 atm) akan membentuk partikel-partikel kecil (kabut) yang akan menguap dan terbakar dengan cepat karena adanya temperatur ruang bakar yang tinggi (500-8000C). Pembakaran maksimal tidak
terjadi langsung saat bahan bakar diinjeksikan, tetapi mengalami keterlambatan pembakaran
(ignition delay). Dengan demikian meskipun saat injeksi terjadi sebelum TMA tetapi tekanan
maksimum pembakaran tetap terjadi setelah TMA akibat adanya keterlambatan pembakaran
(ignition delay). Proses pembakaran ini akan menghasilkan tekanan balik kepada piston (torak) sehingga piston akan terodorong ke bawah beberapa saat setelah mencapai TMA
sehingga bergerak dari TMA ke TMB.Gaya akibat tekanan pembakaran yang mendorong
piston ke bawah diteruskan oleh batang piston (torak) untuk memutar poros engkol. Poros
engkol inilah yang berfungsi sebagai pengubah gerak naik turun torak menjadi gerak putar
Katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena adanya gaya kelembamam yang dimiliki oleh roda gaya (fy wheel) yang seporos dengan poros engkol, maka saat langkah usaha berakhir,,poros engkol tetap berputar. Hal tersebut menyebabkan torak bergerak dari TMB ke TMA.Karena katup buang terbuka, maka gas sisa pembakaran terdorong keluar oleh gerakan torak dari TMB ke TMA. Setelah langkah ini berakhir, langkah kerja motor diesel 4 langkah (4 tak) akan kembali lagi ke langkah hisap.Proses yang berulang-ulang.
Mekanisme katup pada motor diesel generator 4 tak berfungsi untuk mengatur pemasukan udara murni dan pengeluaran gas sisa pembakaran dengan cara membuka dan menutup kedua katup. Mekanisme katup pada motor diesel 4 tak terdiri dari : poros bubungan (camshaft), pengungkit (tappet), batang pendorong (pushrod), tuas penekan katup (rocker arm) dan katup beserta pegas pengembalinya.Cara kerja mekanisme katup yaitu : saat motor bekerja roda gigi poros engkol berputar menggerakkan roda gigi bubungan sehingga poros bubungan juga ikut berputar.Karena permukaan poros bubungan berbentuk eksentris (lonjong) maka pengungkit (tappet) yang berhubungan dengannya cenderung bergerak naik
turun sesuai dengan bentuk permukaan poros bubungan yang menggerakkannya.Gerak naik turun tappet tersebut diteruskan oleh batang pendorong (push-rod) ke tuas penekan katup (rocker-arm) sehingga menekan (katup terbuka) dan membebaskan katup (katup tertutup) secara bergantian mengikuti putaran poros bubungan yang lonjong (eksentrik). C. Kelebihan dan Kekurangan Motor Diesel VS Motor Bensin
Kelebihan dan kekurangan dari penggunaan motor bakar diesel adalah harganya lebih ekonomis. Lebih ekonomis dibanding motor bakar bensin karena motor bakar diesel memiliki efsiensi yang lebih tinggi dan harga bahan bakar solar lebih murah daripada bensin. Motor diesel lebih aman dibanding motor bensin yang lebih mudah terbakar. Motor diesel lebih mudah perawatannya daripada motor bensin dan motor diesel lebih tahan lama daripada motor bensin karena pada umumnya putarannya rendah dan konstruksinya lebih kuat. Kendati demikian motor diesel memiliki beberapa kekurangan seperti dayanya lebih besar dibanding motor bensin sehingga menyebabkan ia menjadi tidak portable, lebih sukar hidup, dan getaran yang dihasilkan lebih tinggi dibanding dengan motor bensin.
