Motor Bakar

MOTOR BAKAR

2.1 Teori Dasar

2.1.1 Motor Bensin.

Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel .

Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya. Karena itu motor bensin dinamai  dengan spark ignitions. Sedangkan karburator adalah tempat bercampurnya udara dan bensin. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi.

Motor diesel tipe penyalaannya yaitu dengan kompresi, dimana pada langkah hisap hanya udara yang dimasukkan kedalam ruang bakar dan pada sesaat menjelang langkah kompresi berakhir bahan bakar disemprotkan dan dengan tekanan dan temperatur yang tinggi terjadilah pembakaran. 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

                                   

                0                             1                                             1                                       0

                                                          

                                              V                                                     S        

Keterangan grafik

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

v  1 – 2 Kompresi (Proses Isentropik)

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

v  3 – 4 Kerja (Diangap proses Isentropik)

v  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.

     

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 :

m_f  =  . Spgr bahan bakar .          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 :

 

Laju Air Pendingin

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

Q_a =

Maka laju massa aliran air :

m_a =        (kg/s)

dimana :

             m_a = laju massa air pendingin

                    = massa jenis air, kg/m³

Q_a = 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

 

                                                

 

 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 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.

                  

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

Parameter-parameter mesin yang diukur untuk menentukan  karakteristik  pengoperasian pada motor bakar diesel

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 ;

                                             = 2SN    

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

dimana :

a = crankshaft

r = connecting rod length

q = 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 :

N_e =                                 (kW)

N_e = 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.

P_e =      (kPa)

dimana:

P_e = 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 :

m_f =         (kg/h)

dimana :

t = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 10 cm³

r_bb = 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.

B_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 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 :

v_u = C        (m/s)

Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis :

m_v =    (m³/s)

maka laju aliran udara adalah:

m_a  =     (kg/h)

Perbandingan bahan bakar-udara, F/A

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

F/A =

Laju air pendingin

Maka laju massa aliran air :

m_a  = r_a . Q_a               (kg/s)

dimana :

m_a = laju massa air

r_a = massa jenis air, kg/m³

Q_a = debit aliran air, m³/s

Efisiensi volumetrik, h_v

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

Persamaan laju aliran udara ideal :

m_ia =  V_L  z  n  a  kg/h

Efisiensi volumetrik adalah:

Efisiensi termal,

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

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 (H_f)

H_f = m_f . LHV                       (kW)

·         Energi udara masuk (Hu)

H_u = m_u . c_pu . T₁             (kW)

b). Energi Keluar

·         Energi gas buang (H_gb)

H_gb = (m_u + m_f) . c_pgb . T_gb         (kW)

asumsi : c_pgb = 950 + (0.25T_gb)       (J/kg.)

·         Energi poros efektif dalam bentuk panas

H_Ne = N_e          (kW)

·         Energi keluar air pendingin (H_ap)

H_ap  = m_ap . c_pap . (T_k – T_m)    (kW)

      c). Energi Yang Hilang (Q_loss)

Q_loss = (H_u­ + H­­_f) – (H­­_Ne + H­_ap­ + H_gb­)     (kW)

Persentase keseimbangan energi menjadi :

1 =