8
permodelan dengan program GT-Power dengan variasi rasio kompresi pada motor diesel yang menggunakan bahan bakar biogas. Motor diesel yang memiliki rasio kompresi 22.2 dibuat variasi dari
rasio kompresi 10 hingga 22.2. Hasil running dari program dan analisi mengatakan bahwa rasio kompresi pada motor diesel yang dapat digunakan adalah 16.
2.3. Bahan Bakar Bensin
Bensin untuk kendaraan bermotor merupakan campuran dari destilate hidrokarbon ringan yang terbuat dari campuran minyak bumi dengan komposisi yang ditampilkan pada Tabel 5. Karenanya,
bensin adalah campuran paraffin, olefin, naphthene, dan aromatic yang mana berbeda dari perusahaan satu dan lainnya, dari lokasi dan dari musim pada tiap tahunnya. Bensin harus cukup mudah menguap
volatile agar mudah menguap pada mesin, tetapi tidak sangat volatile sehingga menimbulkan bahaya detonasi selama penanganannya. Temperature boiling bensin adalah 25-225
o
C. n-octane 88 yang sering digunakan untuk mewakili bensin mempunyai boiling point 125.6
o
C Krisna,M 2009. Tabel 5. Komposisi bahan bakar bensin
Sifat Fisika Keterangan
Chemical formula C
4
- C
10
Composition Carbon weight 85
– 88
Composition Hidrogen weight 12-15
Composition Oxygen weight Motor Octane
81 - 90
Heating value kJkg 44000
Constant related to heat kJkgK 0.71
Stoichiometric air fuel, weight 14.7
Spesific heat ratio 1.4
Sumber : Wiratmaja 2010 Menurut Wiratmaja 2010, sebagai bahan bakar utama untuk kendaraan bermotor saat ini, ada
beberapa persyaratan yang harus dipenuhi bensin sebagai bahan bakar yaitu : 1.
Mudah tercampur dengan udara dan terdistribusi merata di dalam intake manifold. 2.
Tahan terhadap detonasi atau knocking. 3.
Tidak mudah terbakar sendiri sebelum waktu yang di tentukan pre-ignition. 4.
Tidak memiliki kecenderungan menurunkan efisiensi volumetris dari mesin. 5.
Mudah ditangani apabila dalam keadaan genting. 6.
Murah harganya dan mudah didapat. 7.
Menghasilkan pembakaran yang bersih, tanpa menyisakan korosi pada komponen peralatan mesin.
8. Memiliki nilai kalor yang cukup tinggi.
9. Tidak membentuk gum dan varnish yang dapat merusak komponen mesin.
2.4. Motor bensin 4 Langkah
Menurut Bosch 2001, motor bensin pembakaran dalamnya menggunakan siklus Otto. Sistem pengapian membakar campuran udara dan bahan bakar dan dalam prosesnya mengubah energi kimia
pada bahan bakar menjadi energi kinetik. Konstruksi motor bensin memiliki perbedaan dari motor
9
bakar lainnya seperti motor diesel, terutama pada ruang pembakaran bahwa motor bensin membutuhkan busi spark plug.
2.4.1. Kontruksi Motor Bensin 4 Langkah
Kontruksi mesin bensin cukup rumit dimana terdapat bagian untuk melakukan kompresi, lihat Gambar 5 bagaimana konstruksi mesin. Motor bensin serupa dengan bangunan tiga lantai, lantai
pertama adalah crankcase termasuk crankshaft yang merubah gerakan bolak balik menjadi gerakan memutar. Lantai kedua adalah cylinder block termasuk didalamnya terdapat silinder yang mana terdapat
piston bergerak bolak balik. Bagian ketiga adalah cylinder head Hyundai,Ltd 2008.
Gambar 5. Level Konstruksi Motor bensin
Sumber: Hyunda,Ltd 2008 Pada konstruksi motor bensin komponen yang bergerak pada bagian pertama dan kedua disebut
komponen penggerak utama main moving part. Termasuk didalamnya piston, crankshaft dan connecting rod. Pada bagian ketiga, terdapat valve yang mengontrol intake dan exhaust campuran bahan
bakar dan gas buang dan pengoperasiannya diatur oleh camshaft, disebut cylinder head system Hyundai,Ltd 2008.
Gambar 6. Konstruksi Umum Motor bensin Sumber: Pulkrabek WW 2004
Menurut Pulkrabek WW 2004, kontruksi umum pada motor bakar terdiri dari banyak komponen Gambar 6. Umumnya bagian motor besin adalah silinder cylinder block, kepala silinder
10
cylinder head, torak piston, poros engkol crank shaft, bubungan camshaft, dan carter crank case. Silinder cylinder block adalah komponen utama pada mesin yang terdiri dari beberapa ruang
silinder dimana terdapat piston yang bergerak naik turun. Fungsi silinder adalah sebagai wadah
terjadinya kerja mekanis utama, khususnya piston. Kepala silinder cylinder head adalah komponen penutup dari silinder cylinder block.
Biasanya komponen ini berisi volume clearance dari ruang pembakaran. Berberapa motor bakar kepala silinder gabung dengan silinder. Kepala silinder berisi komponen busi spark plug dalam motor SI dan
injeksi bahan bakar pada motor CI dan beberapa motor SI. Dalam motor bakar modern memiliki katub valve terletak di kepala silinder yang disebut dengan OHV overhead valves, dan sudah banyak
memiliki bubungan camshaft diletakan di kepala silinder disebut dengan OHC overhead cam Pulkrabek WW 2004.
Torak piston berkerja atau bergerak secara bolak balik didalam cylinder menghantarkan gaya dorong kepada connecting rod. Bagian bawah piston adalah piston skirt untuk menstabilkan gerak
bolak balik piston. Piston terhubung ke connecting rod menggunakan piston pin. Sehingga, gaya dorong dari pembakaran bertumpu pada pin ini Hyundai, Ltd 2008.
Poros engkol Crankshaft berfungsi untuk merubah gerakan reciprocal menjadi gerakan rotasi hingga kini. Crankshaft terpengaruh oleh complicated bending dan distorting force. Counter weight
menjaga keseimbangan berat dari gaya yang ditimbulkan oleh reciprocal movement piston dan dari rotational movement pada crankshaft Hyundai,Ltd 2008.
Menurut Pulkrabek WW 2004, bubungan camshaft berfungsi dalam mengatur kerja valves untuk membuka dan menutup intake port saat memasukan campuran bahan bakar kedalam ruang bakar
dan eshaust port untuk mengeluarkan gas buang. Untuk mesin OHC atau DOHC, cam dipasang pada camshaft di bagian tengah pada cylinder head. Meesin 4 tak ratio pembukaan intake dan exhaust valve
terjadi sekali dalam dua kali putaran crankshaft. Carter crankcase merupakan bagian dari silinder yang berfungsi sebagai poros putarnya poros engkol crankshaft. Banyak motor bakar yang
menggunakan carter sebagai penampungan oli, maka dari itu penyaluran oli berasal dari carter.
2.4.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah
Dasar prinsip kerja pada motor bakar internal combustion terdiri dari langkah intake, langkah kompres, pembakaran, langkah power, dan diakhiri langkah exhaust dapat dilihat pada Gambar 7.
Langkah pertama yang terjadi adalah langkah pemasukan intake stroke. Proses ini adalah piston bergerak dari titik mati atas TMA ke titik mati bawah TMB dengan katup pemasukan intake valve
terbuka dan katup pengeluaran exhaust valve tertutup. Hal ini membuat peningkatan volume di dalam ruang pembakaran. Sehingga terjadinya ruang vakum. Udara akan masuk akan bersamaan dengan
pengkabutan bahan bakar dari hasil carburetor atau menggunakan injector Pulkrabek WW 2004. Langkah kedua merupakan kompresi compression stroke. Ketika piston mencapai TMB, katup
intake menutup dan piston bergerak kembali menuju TMA dengan keadaan semua katup tertutup. Hal tersebut memapatkan campuran udara dan bahan bakar, sehingga terjadi peningkatan baik tekanan
maupun suhu di dalam silinder. Mendekati akhir langkah kompresi, busi dipercikan dan pembakaran combustion pun dimulai Pulkrabek WW 2004.
Pembakaran pada pencampuran udara dan bahan bakar terjadi sangat singkat dengan waktu terbatas hingga piston mendekati TMA. Pembakaran terjadi ketika menjelang langkah kompresi sedikit
mendekati TMA dan terakhir dalam melakukan langkah power dari TMA. Dalam proses ini terjadi pula peningkatan tekanan pada silinder ke titik maksimum Pulkrabek WW 2004.
Langkah ketiga adalah langkah kerja power stroke tekanan tinggi dibuat dari proses pembakaran mendorong piston dari TMA disaat katup tertutup semua. Hal ini menyebabkan adanya
11
tenaga dihasilkan dari siklus mesin. Volume silinder meningkat, menyebabkan tekanan dan suhu di dalam menjadi berkurang ketika piston bergerak dari TMA ke TMB Pulkrabek WW 2004.
Gambar 7. Siklus Kerja Motor Empat Langkah Sumber: Bosch 2001:5
Proses selanjutnya terjadinya hembusan pembuangan exhaust blowdown. Pada akhir langkah power, katup pengeluaran exhaust valve dan exhaust blowdown terjadi. Tekanan dan suhu di dalam
silinder masih dalam relatif tinggi dibandingkan lingkungan saat ini, dan perbedaan tekanan dibuat melalui sistem pengeluaran exhaust system yang dibuka terhadap tekanan atmosfer di luar. Perbedaan
tekanan ini menyebabkan panas pada gas buang yang keluar dari dalam silinder dan melalui sistem pengeluaran ketika piston mendekat TMB Pulkrabek WW 2004.
Langkah keempat adalah terjadinya langkah pembuangan exhaust stroke. Selama waktu piston mencapai TMB, proses exhaust blowdown telah selesai, namun silinder masih penuh dengan gas buang
di sekitar tekanan atmosfer. Dengan keadaan katup pembuangan yang terbuka, piston memulai pergerakan dari TMB ke TMA dalam proses langkah pembuangan. Hal ini mendorong sisa gas buang
dari silinder ke sistem pembuangan di sekitar tekanan atmosfer, hanya menyisakan gas yang terjebak hingga piston bergerak ke TMA Pulkrabek WW 2004.
2.5. Ratio Kompresi Compression Ratio
Menurut Harsanto 1990, pengertian dari ratio kompresi adalah perbandingan volume silinder Gambar 8 antara volume total dengan volume clearance, yang bisa dirumuskan pada Persamaan 1.
=
+
............................................................. 1 Dimana,
r = Ratio Kompresi V
d
=Volume displacement V
c
=Volume clearance
12
Gambar 8. Volume Silinder Sumber: Harsanto 1990
Menurut Robert M 2002, setiap elemen mesin mempertimbangkan sebagai cara untuk mencapai variasi ratio kompresi agar mendapatkan optimasi dan efisiensi daya motor. Ada beberapa
cara dibuat untuk mencapai variasi dalam ratio kompresi, sebagai berikut; 1.
Memindahkan kepala silinder, 2.
Menvariasikan volume ruang bakar Vc 3.
Menvariasikan ketinggian deck piston 4.
Memodifikasi geometri connecting rod 5.
Memindahkan crankpin di dalam poros engkol. 6.
Memindahkan sumbu dari poros engkol.
2.6. Siklus Otto Cycle Otto
