5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Dasar Motor Bakar
Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.
Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan fluida kerja yang banyak dan efesiensi totalnya lebih tinggi. Sedangkan mesin pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan lebih beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar gas, sehingga mesin pembakaran luar banyak dipakai untuk keluaran daya yang besar dengan banan bakar murah. Pembangkit tenaga listrik banyak menggunakan mesin uap. Untuk kendaran transpot mesin uap tidak banyak dipakai dengan pertimbangan kontruksinya yang besar dan memerlukan fluida kerja yang banyak.
2.1.1 Sejarah Motor Bakar
Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang menggembirakan sejak tahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan sehingga tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang mendorong piston, langkah berikutnya gas pembakaran dibuang. Piston kembali bergerak menghisap campuran bahan bakar udara
6
dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500 buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm.
Mesin berikutnya yang lebih efesien dari mesin Lenoir adalah Otto langen engine. Mesin ini terdiri dari piston yang tidak dihubungkan dengan poros engkol, tetapi piston bergerak bebas secara vertikal pada proses ledakan dan tenaga. Setelah itu, secara gravitasi piston bergerak turun dan terhubung dengan gigi pinion diteruskan ke roda gila. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam roda gila digunakan oleh piston untuk energi langkah isap. Pada langkah isap campuran bahan bakar udara masuk silider untuk pembakaran.
2.2. Siklus 4 Langkah dan 2 Langkah 2.2.1. Siklus 4 Langkah Motor Bensin
Motor bensin 4 langkah adalah motor bensin diman untuk melakukan suatu kerja diperlukan 4 langkah gerakan piston dan 2 kali putaran poros engkol. Siklus kerja motor bensin 4 langkah: a. Langkah Hisap (Suction Stroke)
Pada langkah ini, piston bergerak dari TMA menuju TMB, katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Akibatnya tekanan pada kepala silinder akan bertambah.
7
b. Langkah Kompresi (CompressionStroke)
Setelahmelakukanpengisian, piston yang sudah mencapai TMB kembali lagi bergerak menuju TMA, ini memperkecil ruangan diatas piston, sehingga campuran udara dan bahan-bakar menjadi padat, tekanan dan suhunya naik. Tekanannya naik kira-kira tiga kali lipat. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA terjadi letikan bunga api listrik dari busi yang membakarcampuran udara dan bahan-bakar.
Sewaktu piston bergerak keatas, katup hisap tertutup dan pada waktu yang sama katup buang juga tertutup. Campuran diruang pembakarandicompressi sampai TMA, sehingga dengan demikian mudah dinyalakan dan cepat terbakar.
Gambar 2.2. Langkah Kompresi (Jalius Jama, 2008) c. Langkah kerja (Explosion/Power Stroke)
Campuran terbakar sangat cepat, proses pembakaran menyebabkan campuran gas akan mengembang dan memuai, dan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran dalam ruang bakar menimbulkan tekanan ke segala arah dan tekanan pembakaran mendorong piston kebawah (TMB), selanjutnya memutar poros engkol melaluiconnecting rod.
8
d. Langkah Pembuangan (Exhaust Stroke)
Sebelum piston bergerak kebawah ke (TMB), katup buang terbuka dan gas sisa pembakaran mengalir keluar. Sewaktu piston mulai naik dari TMB, piston mendorong gas sisa pembakaran yang masih tertinggal keluar melalui katup buang dan saluran buang ke atmosfir. Setelah piston mulai turun dari TMA katup buang tertutup dan campuran mulai mengalir kedalam cylinder.
Gambar 2.4. Langkah Pembuangan (Jalius Jama, 2008)
9 2.2.2. Siklus 2 Langakah Motor Bensin
Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin diman untuk melakukan suatu kerja diperlukan 2 langkah gerakan piston dan 1 kali putaran poros engkol. Siklus kerja motor bensin 2 langkah: a. Langkah Hisap danKompresi
Sewaktu piston bergerak keatas menuju TMA ruang engkol akan membesar dan menjadikan ruang tersebut hampa (vakum). Lubang pemasukan terbuka. Dengan perbedaan tekanan ini, maka udara luar dapat mengalir dan bercampur dengan bahan bakar di karburator yang selanjutnya masuk ke ruang engkol (disebut langkah isap atau pengisian ruang engkol).
Disisi lain lubang pemasukan dan lubang buang tertutup oleh piston, sehingga terjadi proses langkah kompresi disini. Dengan gerakan piston yang terus ke atas mendesak gas baru yang sudah masuk sebelumnya, membuat suhu dan tekanan gas meningkat. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA busi akan melentikkan bunga api dan mulai membakar campuran gas tadi (langkah ini disebut langkah kompresi).
10 b. Langkah Usaha dan Bauang
Ketika piston mencapai TMA campuran gas segar yang dikompresikan dinyalakan oleh busi. Gas yang terbakar mengakibatkan ledakan yang menghasilkan tenaga sehingga mendorong piston memutar poros engkol melalui connecting rod sewaktu piston bergerak kebawah menuju TMB (langkah usaha). Beberapa derajat setelah piston bergerak ke TMB lubang buang terbuka oleh kepala piston, gas-gas bekas keluar melalui saluran buang (langkah buang).
Beberapa derajat selanjutnya setelah saluran buang dibuka, maka saluran bilas (saluran transfer) mulai terbuka oleh tepi piston. Ketika piston membuka lubang transfer segera langkah pembuangan telah dimulai. Gas baru yang berada di bawah piston terdesak, campuran yang dikompresikan tersebut mengalir melalui saluran bilas menuju puncak ruang bakar sambil membantu mendorong gas bekas keluar (proses ini disebut pembilasan).
Gambar 2.7. Langkah Usaha dan Buang (Jalius Jama, 2008)
11 2.2.3. Cara Kerja Mesin 2 Langkah
a. Langkah Pemasukan dan Kompresi
Sewaktu piston bergerak ke atas di dalam crankcase terjadi kevakuman dan sewaktu piston mulai membuka lubang pemasukan, campuran bahanbakar dan udara dari karburator terhisap masuk kedalam crankcase. Disisi lain lubang transfer dan exhaus port tertutup oleh piston, lalu campuran bahan bakar dan udara mengalami kompresi di dalam ruang bakar (gerak piston belum mencapai TDC).
Gambar 2.9. Langkah pemasukan dan kompresi kedua (Basic Mechanic Training)
b. Usaha (Langkah Usaha) dan Kompresi Pertama
Ketika piston mencapai TMA campuran gas segar yang dikompresikan dinyalakan oleh busi. Gas yang terbakar mendorong piston memutar poros engkol melalui connecting rod. Sewaktu piston bergerak ke bawah, piston menutup lubang pemasukan dan sewaktu piston bergerak ke bawah terus, piston mengkompresi campuran di dalam crankcase.
Gambar 2.10. Langkah usaha dan kompresi pertama (Basic Mechanic Training)
12
c. Langkah Pembuangan dan Kompresi Pertama
Sewaktu piston bergerak kebawah, lalu piston membuka lubang buang untuk mengalirkan sisa gas keluar dari cylinder. Disisilain, campuran di dalam crankcase dikompresi (setengah gerakan piston kebawah).
Gambar 2.11. Langkah pembuangan dan kompresi pertama (Basic Mechanic Training)
d. Langkah Pembuangan dan Langkah Pembilasan
Ketika piston membuka lubang transfer segera langkah pembuangan telah dimulai, campuran yang dikompresikan didalam crankcase mengalir melalui lubang transfer didinding cylinder dan mengalir ke dalam ruang pembakaran. Campuran gas segar ini mendorong gas sisa pembakaran keluar dari cylinder dan padawaktu yang bersamaan ruang pembakaran diisi dengan campuran gas segar (dalam setengah gerakan).
Gambar 2.12. Langkah pembuangan dan Langkah Pembilasan (Basic Mechanic Training)
13 2.3. Siklus Motor Bakar
2.3.1 Siklus udara volume konstan
Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto. Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan ( explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba. Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.
Gambar 2.13 Diagram P-v dan T-s siklus Otto (Willard W. Pulkrabek: 75)
Adapun urutan prosesnya adalah sebagai berikut:
a. Proses 0 – 1 (Langkah Hisap): Menghisap udara pada tekanan konstan, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder melalui lubang katup masuk.
1 P
Po = (2.1)
b. Proses 1 – 2 (Kompresi Isentropik): Semua katup tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang berada didalam silinder ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak dari TMB ke
14
TMA. Akibatnya suhu dan tekanan dalam silinder naik menjadi P2 dan T2. 1 1 1V m RT P = m (2.2) c d V V V1 = + (2.3)
( )
1 1 2 1 2 1 1 2 − − = ⇒ = k k r T T V V T T (2.4)( )
k k r P P V V P P 1 2 2 1 1 2 ⇒ = = (2.5)(
)
(
k)
T T R m W m − − = − 1 1 2 2 1 (2.6) Vc Vc Vd r = + (2.7) Dimana: 1P
= Tekanan pada titik 1 (kPa) 2P
= Tekanan pada titik 2 (kPa) 1T
= Temperatur spesifik pada titik 1(K) 2T
= Temperatur spesifik pasda titik 2 (K) 1V
= Folume pada titik 1 (m3 ) 2V
= Folume pada titik 2 (m3 ) 21−
W
= Kerja pada siklus 1 – 2 (kJ) mm
= Massa campuran gas di dalam silinder (kg)r = Rasio kompresi k=
v
p
c
c
/
= Rasio kalor spesifikc. Proses 2 – 3 : Proses penambahan kalor pada volume konstan.
(
3 2)
3 2 Q m Q m C T T Q− = in = f HVηc = m v − (2.8) = 2 3 2 3 T T P P (2.9) 3 2 V V = (2.10)15 maks T T3= dan P3 =Pmaks (2.11) Dimana: v
C
= Panas jenis gas pada volume konstan (kJ/kg-K) 3P
= Tekanan pada titik 3 (kPa) HVQ
= Heating value (kJ/kg) inQ
= Kalor yang masuk (kJ) 3T
= Temperatur pada titik 3 (K) cη
= Efisiensi pembakaran d. Proses 3 – 4 : Ekspansi Isentropic.k k r V V P P = = 1 4 3 3 4 (2.12) 1 1 4 3 3 4 1 − − = = k k r V V T T (2.13) Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus Otto juga merupakan proses Isentropic, persamaanya sebagai berikut:
(
)
(
k)
T T mR W − − = − 1 3 4 4 3 (2.14) Dimana: 4P = Tekanan pada titik 4 (kPa)
3T
= Temperatur pada titik 3 (K) 4T
= Temperatur pada titik 4 (K) 43−
W
= Kerja (kJ) 3V
= Volume pada titik 3 (m3) 4V
= Volume pada titik 4 (m3)e. Proses 4 – 1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan.
(
1 4)
1 4 Q m C T T Q− = out = m v − (2.15) 1 1 3 4 4 3 − − = = k k r V V T T (2.16)16 4 3 2 1− + − =W W Wnett (2.17) 1 4 V V = (2.18) in nett th Q W =
η
(2.19) Dimana: outQ
= Kalor yang dibuang (kJ) 4T
= Temperatur pada titik 4 (K) nettW
= Kerja netto (kJ) thη
= Efisiensi termal2.3.2 Siklus aktual
Gambar 2.14. Siklus aktual otto (Basyirun, 2008)
Pada Gambar 2.14 diatas adalah siklus aktual dari mesin otto. Fluida kerjanya adalah campuran bahan bakar udara, jadi ada proses pembakaran untuk sumber panas. Pada langkah hisap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. Proses pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir pembakaran. Proses kompresi dan ekspasi tidak adiabatis, karena terdapat kerugian panas yang keluar ruang bakar.
17 2.4. Tekanan Efektif Rata-rata (mep)
Selama siklus berlangsung, tempertur dan tekananya selalu berubah-ubah. Oleh karena itu sebaiknya dicari harga tekanan tertentu (konstan) yang apa baila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja persiklus yang sama dengan siklus yang di analisis.
d nett V W mep = (2.20) Dimana:
mep = Tekanan efektif rata-rata (kPa) d
V
= Volume langkah torak (m3) nettW
= Kerja netto dalam satu siklus (kJ)2.5. Prestasi Mesin
2.5.1. Volume langkah dan volume ruang bakar
Volume langkah adalah volume ketika torak bergerak dari TMA ke TMB disebut juga volume displacement dari mesin. Volume mesin satu silinder dihitung dengan rumus
L D Vd 4 2 π = (2.21)
Volume langkah dengan N jumlah silider adalah LxN D Vd 4 2 π = (2.22)
Volume ruang bakar atau clearance volume adalah Vc
Dimana
Vc
=
Vcsh
+
Vcg
(2.23)Vcg
adalah volume yang disebabkan ketebalan gasket4 . .D2 Lg Vcg =π
Lg = panjang gasket
Vcsh adalah volume ruang bakar dari silinder head.
Vcg Vl Vcsh= +
18
2.5.2. Perbandingan kompresi ( compression ratio)
Perbandingan kompresi (r) adalah mencirikan seberapa banyak campuran bahan-bakar dan udara yang masuk silinder pada langkah hisap, dan yang dimampatkan pada langkah kompresi.
Perbandingannya adalah antara volume langkah dan ruang bakar (V
d +Vc) yaitu pada posisi piston di TMB, dengan volume ruang bakar (V
c) yaitu pada posisi piston di TMA, dapat dirumuskan dengan persamaan ; TMA di piston posisi pada silinder volume TMB di piston posisi pada silinder volume = r c c d V V V r = + (2.24)
Dari rumus efisiensi termal dapat dilihat bahwa dengan menaikan rasio kompresi akan menaikan efisiensi, dengan kata lain tekanan pembakaran bertambah dan mesin akan menghasilkan daya berguna yang lebih besar. Akan tetapi, kenaikan tekanan pembakaran didalam silinder dibarengi dengan kenaikan temperatur pembakaran dan ini menyebabkan pembakaran awal, peristiwa ini disebut dengan knoking yang meyebabkan daya mesin turun.
Pada mesin diesel rasio kompresi lebih tinggi dibanding dengan mesin bensin. Rasio kompresi semakin tinggi pada mesin diesel dibarengi dengan kenaikan efisiensi. Kenaikan rasio kompresii akan menaikan tekanan pembakaran, kondisi ini akan memerlukan material yang kuat sehingga bisa menahan tekanan dengan temperatur tinggi. Material yang mempuyai kualitas tinggi harus dibuat dengan teknologi tinggi dan harganya mahal, sehingga secara keseluruhan menjadi tidak efektif.
2.5.3. Tekanan kompresi
1. Tekanan diakhir langkah hisap (Pa)
Tekanan udara diakhir langkah isap untuk motor 2 langkah berkisar antara (0,85 – 0,92) x PO atm). Diambil Pa = 0,85 atm.
19
Dimana PO = 1 atm = 1,033 kg/cm2
Maka: Pa = 0,92 x Po (2.25)
2. Tekanan ahir kompresi (Pc)
Adalah tekanan campuran bahan bakar di dalam silinder pada akhir langkah kompresi.
∑
=
1.
nPa
Pc
(2.26) 1 2 2 1 1 1.
.
n nV
P
V
P
=
(2.27)2.5.4. Kecepatan piston rata-rata
Piston atau torak bergerak bolak balik ( reciprocating) didalam silinder dari TMA ke TMB dan dari TMB ke TMA. Kecepatan pergerakan piston dapat dihitung dengan mengambil harga rata ratanya yaitu
xLxn
Up
=
2
(2.28)Dengan Up = adalah kecepatan piston rata-rata (m/s) n = putaran mesin rotasi per waktu (rpm) L = panjang langkah atau stroke
2.6. Efisiensi Mesin
setiap proses memerlukan energi, menghasilkan kerja untuk melakukan proses, kemudian ada energi yang harus dibuang. Seperi manusia yang harus makan untuk melakukan aktifitas kerja, selanjutnya secara alamiah harus ada yang dibuang. Apabila proses ini tidak berjalan semestinya, manusia dinyatakan dalam keadaan sakit dan tidak bisa melakukan kerja. Dalam kondisi ini seandainya manusia adalah mesin maka manusia dalam keadaan rusak.
Konsep efisiensi menjelaskan bahwa perbandingan antar energi berguna dengan energi yang masuk secara alamiah tidak pernah mencapai 100%.
20 2.6.1. Temperatur awal kompresi (Ta)
Adalah temperatur campuran bahan bakar yang berada di dalam silinder pada saat piston mulai melakukan langkah kompresi. (Petrovsky, 1968:29) Ta = r r r w o t T T
γ
γ
+ + ∆ + 1 ) . ( (2.29) Dimana :To = Temperatur udara luar (oK) w
t
∆ = Kenaikan temperature dalam silinder akibat panas dari
luar (oK) r
y
= Koefisien gas bekasr
T
= Temperatur gas bekas (o K) 2.6.2. Temperatur kompresi (Tc)Adalah temperatur campuran bahan bakar sebelum pembakaran (pada akhir langkah kompresi).(Kovach,1977:34)
∑
− = 11 . n Ta Tc (2.30) Dimana :Ta = Temperatur awal kompresi (oK)
∑ = Perbandingan kompresi. n1 = Koefisien politropik.
Standarisasi Tc untuk motor bensin berkisar antara 550-750oK
2.6.3. Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran (λ) Adalah rasio yang menunjukkan perbandingan tekanan maksimum pada pembakaran campuran bahan bakar dengan tekanan pada awal pembakaran.(Petrovsky,1968:31)
c z P P =
λ
(2.31) Dimana:21
Pc = Tekanan akhir kompresi (atm)
2.6.4. Nilai pembakaran bahan bakar (Qb)
Adalah jumlah panas yang mampu dihasilkan dalam pembakaran 1 kg bahan bakar. (Petrovsky,1968:43)
Bensin memiliki komposisi sebagai berikut : C = Berat karbon = 86%
H = Berat hidrogen = 13% O = 1%
Menurut persamaan dulog dengan komposisi demikian bensin tersebut mempunyai nilai pembakaran (Qb) sebesar :
Qb = 81 . C + 200 . ( H – O / 8 ) (2.32) Bensin mempunyai nilai pembakaran 9.500 – 10.500 Kcal/kg.
2.6.5. Kebutuhan udara teoritis (LO)
Adalah kebutuhan udara yang diperlukan membakar bahan bakar sesuai perhitungan. (Petrovsky,1968:32)
+ − = 32 4 12 . 21 , 0 1 C H O Lo (2.33) Dimana: C = Kandungan Karbon H = Kandungan Hidrogen O = Kandungan Oksigen
2.6.6. Koefisien kimia perubahan molekul selama pembakaran (µo)
Adalah koefisien yang menunjukan perubahan molekul yang terjadi selama proses pembakaran bahan bakar. (Petrovsky,1968:40) Lo Mg o .
α
µ
= (2.34)Mg = Jumlah molekul yang terbakar (mol) Lo = Kebutuhan udara teoritis (mol)
22 α = Kofisien kelebihan udara.
2.6.7. Koefisien perubahan molekul setelah proses pembakaran (µ) Adalah menunjukkan perubahan molekul sebelum dan setelah pembakaran. (Kovach,1977:22) r r o
γ
γ
µ
µ
+ + = 1 (2.35) Dimana:µo = Koefisien kimia molekul selama pembakaran. γr = Koefisien gas bekas.
2.6.8. Temperatur akhir pembakaran (Tz)
Adalah temperatur gas hasil pembakaran campuran bahan bakar untuk motor bensin yang memiliki siklus volume tetap. (Kovach, 1977 : 47)
( )
[
cv gas]
c o b z T M r L Q 985 , 1 ) 1 ( . . Tz . ) .(M μo cp gas + + + = γ δ δ (2.36) Dimana:µo = Koefisien kimia perubahan molekul selama pembakaran.
(Mcp)gas = Kapasitas panas dari gas pada tekanan tetap. (Mcv)gas = Kapasitas udara panas pada volume tetap. Qb = Nilai pembakaran bahan bakar (Kcal/kg).
2.6.9. Perbandingan ekspansi (ρ)
Rasio yang menunjukkan perubahan yang terjadi pada gas hasil pembakaran campuran bahan bakar pada awal langkah ekspensi. (Petrovsky, 1968:50) c z T T . .
λ
µ
ρ
= (2.37) Dimana:23
Tz = Temperature akhir pembakaran (oK).
λ = Perbandingan tekana dalam silinder selama pembakaran. Tc = Temperatur Kompresi (oK)
2.6.10. Perbandingan ekspansi selanjutnya (δ)
Adalah ratio yang menunjukkan perubahan pada gas hasil pembakaran selama langkah ekspansi. (Kovack,1977:46)
ρ
δ = Σ (2.38)
Dimana:
∑ = Perbandingan kompresi.
ρ = Perbandingan ekspensi.
2.6.11. Tekanan akhir ekspansi (Pb)
Adalah tekanan saat piston terdorong kebawah di dalam silinder pada akhir langkah ekspensi. (Kovach, 1977:49)
1 n z P Pb δ = (2.39) Dimana:
Pz = Tekanan akhir pembakaran (atm). δ = Perbandingan ekspensi selanjutnya. n1 = Koefisien politropik.
2.6.12. Tekanan indikator rata – rata teoritis (Pit)
Besar rata-rata tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran campuran bahan bakar dan bekerja pada piston sesuai perhitungan. (Petrovsky, 1968:55) Σ − − − − − + − − Σ = 1−1 1 11−1 1 1 1 1 1 . ) 1 ( 1 n n c it n n P P δ ρ λ ρ λ (2.40) Dimana:
Pc = Tekanan akhir kompresi (atm). ∑ = Perbandingan kompresi.
24
λ = Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran.
ρ = Perbandingan ekspensi.
δ = Perbandingan ekspensi selanjutnya. n1 = Koefisien politropik.
2.6.13. Tekanan indikator rata – rata (Pi)
Adalah besarnya rata – rata tekanan yang dihasilkan dari pembakaran campuran bahan bakar. (Petrovsky, 1968:55)
it i QP
P = . (2.41)
Dimana:
Q
= Faktor koreksi.Pit = Tekana indikator rata-rata teoritis (Kg/cm2).
2.6.14. Efisiensi Pengisian (ηch)
Adalah rasio yang menunjukkan kemampuan silinder dalam menghisap campuran bahan bakar. (Petrovsky, 1968:61)
ηch= r o o o a T r tw T P T P ) ( ) 1 (Σ− +∆ +γ Σ (2.42) Dimana:
Pa = Tekanan campuran bahan bakar pada silinder pada akhir langkah hisap (atm).
To = Temperatur udara luar (oK)
tw
∆ = Kenaikan temperatur di dalam silinder akibat panas dari luar (oK).
r
γ = Koefisien gas bekas. r
T
= Temperatur gas bekas (oK).2.6.15. Pemakaian bahan bakar Indokator (F1)
Adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan tekanan indikator (Kovach,1977:67)
o o i o T L P P . . . . 318,4. F ch 1 α η = (2.43)
25 Dimana :
ch
η
= Efisiensi Pengisian. Po = Tekanan udara luar (atm).Pi = Tekanan indikator rata-rata (Kg/cm2).
α = Koefisien kelebihan udara. o
L
= Kebutuhan udara teoritis (mol). oT
= Temperatur udara luar (oK).2.6.16. Daya indikator (Ni)
Adalah besar rata-rata daya yang dihasilkan oleh mesin yang bersifat teoritis. (Kovach, 1977:61)
100 75 60 . . . 4 1 . a N 2 i . . L.n.z D . Pi π = (2.44) Dimana:
a = Jumlah proses kerja mesin (langkah kerja): - 2 tak = 1
- 4 tak = 2
i
P
= Tekanan indikator rata-rata (Kg/cm2) Ni = Daya indikator (HP)L = Panjang langkah torak (Cm). n = Putaran (menit).
z = Jumlah silinder.
2.6.17. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan (Fh)
Adalah jumlah konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan kerja efektif.
i h F N
F = 1. (2.45)
Dimana:
F1 = Pemakaian bahan bakar indicator. Ni = Daya indiKator (HP).
26
2.6.18. Pemakaian bahan bakar efektif (Fe)
Adalah jumlah konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan kerja efektif. (Kovach, 1977:67)
i h e N F F = (2.46) Dimana: h
F
= Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan (liter / jam) iN
= Daya indikator (HP)2.6.19. Daya efektif ( Ne)
Adalah besar rata-rata daya yang dihasilkan oleh mesin. (Ibid:61). m Ni Ne= ×
η
(2.47) Dimana: Ni = Daya indikator (HP) Ne = Daya efektif (HP) mη
= Efisiensi mekanis. 2.6.20. Efisiensi termal (η
th)Efisiensi termal suatu mesin didefinisikan sebagai energi keluar dengan energi kimia yang masuk yang di hisap ke dalam ruang bakar. Efisiensi termal menurut definisinya merupakan parameter untuk mengukur bahan bakar.
in nett th Q W =
η
(2.48) 2.6.21. Efisiensi mekanis (η
m)Perbandingan antara daya indikator dengan daya efektif (Basyirun, 2008:26) i e m N N =
η
(2.49)27 Dimana:
Ne = Daya efektif (HP) Ni = Daya indikator (HP)
m
η
= Efisiensi mekanis (bukan dalam persen)2.6.22. Efisiensi volumetrik (
η
v) d a a v V p m x =η
(2.50) Dimana: ap
= Massa jenis udara (kg/m3)Gambar 2.15. Grafik efisiensi terhadap rasio kompresi mesin otto (Rahmat Doni Widodo, 2008:19)
Dapat dilihat dari Gambar 2.15, bahwa efisiensi siklus otto akan naik apabila kita menaikan rasio kompresinya yaitu dari 6 – 12 HP (Rahmat Doni Widodo, 2008:19). Kenaikan rasio kompresi mesin otto dibatasi oleh peritiwa kenoking, yaitu suara berisik karena terjadi ledakan dari pembakaran spontan dari mesin otto. Karena knoking daya menjadi turun sehingga efisiensi pun menurun.
28
2.7. Perhitungan Rasio Pada Setiap Gigi Transmisi Reduction ratio Rm : digerakan yang gigi jumlah Perkalian pengerak gigi jumlah Perkalian = Rm (2.51) 2.8. Gasket
Gasket merupakan salah satu consumable material yang sangat penting dalam sebuah pabrik kimia. Karbon itu sendiri berfungsi mencegah kebocoran dan menambah daya lekat pada gasket. Gasket dapat didefinisikan sebagai bahan atau material yang dipasang diantara dua permukaan benda, di mana di dalamnya terdapat fluida bertekanan, untuk mencegah terjadinya kebocoran.
Jenis-jenis material gasket yang digunakan dalam industri kimia berbeda-beda, disesuaikan dengan kondisi operasi (tekanan, temperatur) dan karakteristik bahan kimia yang kontak dengan gasket.
Material yang umum digunakan sebagai bahan pembuat gasket adalah:
1. Rubber Gaskets
Banyak sekali jenis gasket yang menggunakan bahan rubber sheet atau lembaran karet, seperti neoprene, nitrile, fluorocarbon, red rubber, aflas dan silicone.
2. Viton Gaskets
Viton gasket banyak digunakan untuk sistem di mana terdapat bahan kimia yang bersifat asam atau basa, hidrokarbon dan minyak, baik nabati maupun hewani.
3. PTFE Material
Gasket PTFE atau Teflon gasket merupakan gasket yang paling banyak dikenal, karena bersifat multi fungsi. Teflon memiliki ketahanan yang baik terhadap berbagai bahan kimia, termasuk hidrogen peroksida. 4. Graphite Gaskets
29
Graphite fleksibel tahan terhadap panas. Selain itu, gasket jenis ini juga tahan pada kondisi sangat asam dan basa.
5. EPDM Material
Gasket dengan material EPDM tahan terhadap ozon, sinar UV, minyak alami dan berbagai jenis bahan kimia.
Gasket harus terbuat dari bahan yang tahan panas serta tekanan, Biasanya gasket kepala silinder terbuat dari campuran karbon dan lempengan baja (carbon cald sheet steel).
