Motor Bakar

MOTOR BAKAR 2.1 Teori Dasar 2.1.1 Motor Bensin. Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Prose Proses s pembak pembakara aran n bahan bahan bakar bakar dan udara udara di dalam dalam sil silind inder er (inter (internal nal combus combustio tion n engine engine). ). Motor Motor bakar bakar bensin bensin dileng dilengkap kapii dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel . Busi berfungs berfungsii untuk untuk membakar membakar campuran udara-bens udara-bensin in yang yang telah telah dimamp dimampatk atkan an dengan dengan jalan jalan member memberii loncat loncatan an api listri lis trik k dianta diantara ra kedua kedua elektr elektroda odanya nya.. Karena Karena itu moto motorr bensin bensin dinamai dinamai

dengan dengan spark ignitions. ignitions. Sedangka Sedangkan n karburator karburator adalah adalah

tempat tempat bercam bercampur purnya nya udara udara dan bensin bensin.. Campur Campuran an terseb tersebut ut kem kemudia udian n masu masuk k ke dala dalam m sili silind nder er yang yang diny dinyal alak akan an oleh oleh loncat loncatan an bunga bunga api api lis listr trik ik dari dari busi busi menje menjelan lang g akhir akhir langka langkah h kompresi. Motor Motor diesel diesel tipe tipe penyal penyalaan aannya nya yaitu yaitu dengan dengan kompre kompresi, si, dima dimana na pada pada lang langka kah h hisa hisap p hany hanya a udar udara a yang yang dima dimasu sukk kkan an keda kedala lam m ruan ruang g baka bakarr dan dan pada pada sesa sesaat at menje enjela lang ng lang langka kah h komp kompre resi si bera berakh khir ir baha bahan n baka bakarr dise disemp mpro rotk tkan an dan dan deng dengan an tekana tekanan n dan temper temperatu aturr yang yang tinggi tinggi terjad terjadila ilah h pembak pembakara aran. n. Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang lain.

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

T 3

4 4 2

2

3

1

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.

2

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 :

3600

mf  =

50 t

. Spgr bahan bakar . 1000

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 bakarudara digunakan persamaan :

F A

=

m f  ma

Laju Air Pendingin Alat ukur ini digunakan untuk mengukur volume aliran air yang masuk radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan : 3

Qa =

Va t

Maka laju massa aliran air :

ma =

ρa

.Qa

(kg/s)

dimana : ma = laju massa air pendingin ρa

= massa jenis air, kg/m3

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 :

Q loss

H Ne Hf  Hu

Hsp Hgb

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

4

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.

5

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.

Qcv Udara Po , To

Gas  Buang 

Siklus Dari Mesin

Permukaan

Bahan Bakar 

Po , To

Po , To

Kontrol

Wcv

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

6

Parameter-parameter menentukan

mesin

karakteristik

yang

diukur

untuk

pengoperasian pada motor bakar

diesel

Vc TDC B

 Vd

s

BDC

 r

s

θ    

 a

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 ; U   p

= 2SN

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

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 s = a cos θ +

2

r 

−a

2

sin 2 θ 

7

dimana : a = crankshaft r = connecting rod length θ = crank shaft offset

Metoda Perhitungan Daya poros efektif, N e 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 =

2 π. n . T 60

(kW)

Ne = Daya poros efektif, kW N = putaran poros engkol, rpm

Tekanan efektif rata – rata, P e

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

8

Pe =

 N e

x 60 x 10

6

VL x z x n x a

(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, m f  Pemkaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/h, maka jumlah bahan bakar yang terpakai sebanyak 10cc dalam detik adalah : mf  =

10

x

t

ρ bb

x

3600 1000

(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, B e 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 =

m f   N e

(kg/kWh)

Laju aliran massa udara, m a Daya yang dapat dihasilkan motor dibatasi opleh jumlah udara yang diisap ke dalam silinder. Pemakaian udara diukur dengan 9

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

(m/s)

2g.∆ h

Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis : mv =

πd

2

4

× v a × 10

-6

(m3/s)

maka laju aliran udara adalah: ma =

ρu × m v × 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 =

m f  ma

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

Efisiensi volumetrik,

v 

10

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:

η v

=

ma m ia

Efisiensi termal,

η  t 

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

η T  =

 N e m f  × LHV

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 •

Energi gas buang (Hgb) 11

Hgb = (mu + mf ) . cpgb . Tgb

(kW)

asumsi : cpgb = 950 + (0.25Tgb) •

Energi poros efektif dalam bentuk panas HNe = Ne

•

(J/kg. °K  )

(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 :  H  Ne

1 =  H  u

+

H f 

+

 H ap  H u

+

H f 

+

 H  gb  H u

+

H f 

+

 H loss  H u

+

 H  f  

12