Motor Bakar Proses DASAR TEORI

commit to user 4

BAB II DASAR TEORI

2.1. Engine Stand Engine stand merupakan alat peraga yang berfungsi untuk memudahkan cara mengetahui dan memahami komponen-komponen yang ada pada suatu mesin. Proses pembuatan alat dimaksudkan untuk memperoleh rangkaian alat peraga dengan mempertimbangkan faktor fungsi alat, artistic dan kekuatan rangka.

2.2. Motor Bakar

Motor bakar merupakan salah satu mesin pengerak mula yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal tersebut dapat diperoleh dari proses pembakaran. Ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini motor bakar dibagi menjadi dua golongan, yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam Arismunandar, 1978. Pada mesin pembakaran luar External Combustion Engine, proses pembakaran terjadi di luar mesin, energi termal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding pemisah. Contohnya mesin uap. Sedangkan pada mesin pembakaran dalam Internal Combustion Engine, proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Sehingga panas dari hasil pembakaran langsung bisa diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya pada turbin gas dan motor bakar torak. Menurut bahan bakar yang digunakan, motor pembakaran dalam terdiri dari motor otto dan motor diesel Arismunandar, 1978. commit to user 5

2.3. Uraian Umum Motor Diesel dan Motor Otto

Pada motor diesel, udara di dalam silinder dikompresikan hingga menjadi panas. Bahan bakar motor diesel yang berbentuk kabut kemudian disemprotkan dalam silinder-silinder. Pada motor bensin, bahan bakar dicampur dengan udara, dikompresikan dan kemudian dibakar dengan loncatan bunga api listrik. Sedangkan pada motor diesel, bahan bakar dibakar oleh panas udara yang telah dikompresikan di dalam silinder. Untuk memenuhi kebutuhan pembakaran tersebut, maka temperatur udara yang dikompresikan dalam ruang bakar harus mencapai suhu 500°C 932°F atau lebih. Oleh karena itu, motor diesel perbandingan kompresinya dibuat 15:1 – 22:1 lebih tinggi dari pada motor bensin 6:1 – 12:1 dan juga motor diesel dibuat dengan konstruksi yang lebih kuat dari pada motor Otto Arismunandar, 1978. Menurut siklus kerjanya, motor Otto bensin dibagi menjadi:

2.3.1. Motor 4 langkah 4-tak

Motor 4-tak dalam satu siklus kerjanya terdiri dari empat tahap langkah yaitu langkah hisap, langkah tekan, langkah usaha ekspansi dan langkah buang yang diselesaikan dalam dua putaran crankshaft. Posisi tertinggi yang dicapai oleh torak dalam silinder disebut titik mati atas TMA dan posisi terendah yang dicapai torak disebut titik mati bawah TMB. Jarak geraknya torak antara TMA dan TMB disebut langkah torak stroke . Proses menghisap campuran bensin dan udara ke dalam silinder, mengkompresikan, membakarnya dan mengeluarkan gas sisa pembakaran dari dalam silinder, disebut satu siklus Arismunandar, 1978. · . Langkah Hisap Torak didalam silinder bergerak dari TMA titik mati atas menuju TMB titik mati bawah , katup hisap terbuka dan katup buang dalam keadaan tertutup. Melalui katup hisap, campuran bahan bakar dan udara terhisap masuk ke dalam silinder Arismunandar, 1978. commit to user 6 · Langkah Kompresi Dalam langkah ini, torak bergerak dari TMB menuju TMA, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Campuran bahan bakar dan udara dimampatkan oleh torak yang bergerak menuju TMA. Akibatnya tekanan dan temperaturnya menjadi naik, sehingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar satu kali, ketika torak mencapai TMA Arismunandar, 1978. · Langkah Usaha Sesaat sebelum torak mencapai TMA campuran bahan bakar dan udara yang terkompresi dinyalakan oleh loncatan bunga api dari busi, terjadilah proses pembakaran. Sementara itu torak masih bergerak menuju TMA, maka volume dalam ruang bakar semakin kecil sehingga tekanan dan temperatur gas di dalam silinder menjadi semakin tinggi. Akhirnya torak mencapai TMA dan gas pembakaran mampu mendorong torak dari TMA menuju ke TMB. Katup hisap dan katup buang masih dalam keadaan tertutup. Selama torak bergerak dari TMA ke TMB volume gas pembakaran di dalam silinder bertambah besar dan karena itu tekanannya turun Arismunandar, 1978. · Langkah Buang Katup buang terbuka dan katup hisap tertutup, torak bergerak dari TMB ke TMA, mendorong gas hasil sisa pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran katup buang. Setelah langkah buang selesai siklus dimulai lagi dari langkah hisap dan seterusnya Arismunandar, 1978. Gambar 2.1. Langkah Kerja Motor 4 tak Arismunandar, 1978. commit to user 7

2.3.2. Motor 2 langkah 2-tak

Jika pada motor 4-tak memerlukan 2 putaran crankshaft dalam satu siklus kerjanya, maka untuk motor 2-tak hanya memerlukan satu putaran saja. Hal ini berarti dalam satu siklus kerja motor 2-tak melakukan satu kali gerakan naik dari TMB ke TMA dan satu kali gerakan turun dari TMA ke TMB. Desain dari ruang bakar motor 2 tak memungkinkan terjadinya hal semacam itu Arismunandar, 1978. Proses pemasukan campuran bahan bakar dan udara ke dalam silinder tidak dilakukan oleh gerakan hisap dari torak seperti pada motor empat langkah, melainkan dari lubang masuk inlet port melalui bawah torak keadaan torak pada posisi TMA dan dibantu oleh gerakan putar crankshaft yang memompa campuran bahan bakar dan udara tersebut naik melalui transfer port dalam silinder. Sementara torak bergerak dari TMA menuju TMB. Disebut juga langkah pembilasan dimana proses pembersihan silinder dari gas buang dan pengisian silinder dengan campuran bahan bakar dan udara Arismunandar, 1978. Torak bergerak dari TMB ke TMA. Gas buang sisa pembakaran didesak ke luar dari dalam silinder melalui lubang buang exhaust oleh campuran bahan bakar dan udara yang disuplai ke dalam silinder. Campuran bahan bakar dan udara segar akan ikut keluar dari dalam silinder bersama-sama dengan gas sisa pembakaran. Khususnya pada motor bensin 2 langkah hal tersebut merupakan kerugian karena bahan bakar terbuang percuma. Pada motor diesel hanya udara saja yang dipergunakan untuk melakukan pembilasan sehingga hanya pada kerugian daya pembilasan saja Arismunandar, 1978. Keterangan: A : Transfer port B : Exhaust C : Inhaust Gambar 2.2 Langkah pembilasan pada motor 2-tak Arismunandar, 1978. commit to user 8

2.4. Statika

Statika adalah cara perhitungan dalam analisis sruktur, khususnya untuk sistem yang statis tentu, yang komponen reaksi perletakan dan gaya dalam ditentukan dengan mengunakan kriteria kesetimbangan. Struktur adalah gabungan dari komponen-komponen yang menahan gaya desak atau tarik, mungkin juga momen untuk meneruskan beban-beban ke tanah dengan aman. Rekayasa struktur biasa dipakai untuk jembatan bangunan gedung, menara dan lain-lain Hariandja, 1996.

2.4.1. Analisis Struktur

Struktur yang paling sederhana yang lazim dipelajari berupa sebuah balok sederhana. Hal ini disebabkan karena konstruksi bangunan umumnya terdiri dari bagian-bagian berupa balok. Dengan mempelajari sifat balok ini dapat dipelajari lebih lanjut bentuk-bentuk konstruksi lain seperti konstruksi portal, rangka batang atau gabungan balok sepanjang masih dalam batas konstruksi statik tertentu Kamarwan, 1995. Struktur balok merupakan system yang diletakkan horizontal dan yang terutama diperuntukkan memiliki beban lateral, yaitu beban yang bekerja tegak lurus sumbu aksial batang. Beban semacam ini khususnya muncul sebagai beban gravitasi, seperti misalnya bobot sendiri, beban hidup vertikal dan lain- lain. Dalam menjalankan fungsinya gaya yang bekerja pada balok berupa momen lentur dan geser. Kalaupun timbul aksi normal, itu ditimbulkan oleh beban luar yang relatif kecil, misalnya akibat perletakan yang dibuat miring Hariandja, 1996. Struktur balok mampu untuk mendukung gaya aksial, geser dan momen. Struktur yang lebih kompleks adalah struktur portal. Struktur tersebut terdiri dari batang dan tiang yang dibebani muatan di atasnya akan muncul gaya lentur pada balok saja dan akan meneruskan gaya-gaya tersebut pada tiang berupa gaya normal. Sambungan antara batang-batang yang menyusun sebuah portal adalah sambungan kaku jepit, sehingga struktur portal dapat didefinisikan commit to user 9 sebagai suatu struktur yang terdiri dari sejumlah batang yang dihubungkan bersama-sama dengan sambungan-sambungan, yang sebagian atau semuanya adalah kaku jepit, yaitu yang mampu menahan gaya geser, gaya aksial maupun momen lentur. Struktur rangka adalah suatu struktur dimana komponen struktur rangka batangnya hanya mampu untuk mendukung gaya aksial desak atau tarik Kamarwan, 1995. a. Struktur balok b. Struktur rangka c. Struktur portal Gambar 2.3. Sistem stuktur statika Kamarwan, 1995. commit to user 10

2.4.2. Beban

Jenis beban yang ada pada rekayasa struktur Hariandja, 1996: a. Beban Mati Beban Mati adalah berat dari semua bagian struktur yang bersifat tetap termasuk berat sendiri dari bagian struktur tersebut. Contohnya beban benda itu sendiri, lemari, mesin-mesin. b. Beban Hidup Beban Hidup adalah semua beban yang sifatnya dapat berpindah- pindah tidak tetap. Contohnya manusia, hewan, air yang mengalir atau beban yang berpindah seperti kendaraan. c. Beban Angin Beban angin adalah semua beban yang bekerja pada struktur yang disebabkan oleh selisih tekanan udara angin. d. Beban Gempa Beban gempa adalah semua beban yang bekerja pada struktur yang diakibatkan oleh gerakan yang merupakan akibat dari gempa bumi baik gempa tektonik atau vulkanik yang akan mempengaruhi struktur tersebut.

2.4.3. Tipe Tumpuan

Jenis-jenis tumpuan yang biasa dipakai dalam perhitungan adalah Hariandja, 1996: a. Sendi hinge Sendi adalah tipe tumpuanperletakan struktur yang dapat menahan gaya vertikal dan gaya horizontal atau dengan kata lain sendi adalah tipe tumpuan yang dapat menahan gaya yang searah dan tegak lurus dengan bidang perletakan tumpuan. b. Rol roller Rol adalah tipe tumpuan yang hanya mampu menahan gaya yang tegak lurus dengan bidang perletakan. commit to user 11 c. Jepit fixed end Jepit adalah tipe tumpuan yang mampu menahan gaya yang tegak lurus dan searah bidang perletakan tumpuan serta mampu menahan momen. a.Tumpuan Sendi b. Tumpuan Rol c.Tumpuan Jepit Gambar 2.5. Tipe Tumpuan Hariandja, 1996. Reaksi Tumpuan Untuk menghitung reaksi tumpuan digunakan persamaan kesetimbangan statika yaitu Hariandja, 1996: Jumlah momen = 0 atau ∑ = 0 Jumlah gaya lintang = 0 atau ∑ = 0 Jumlah gaya normal = 0 atau ∑ = 0

2.4.4. Gaya Lintang, Lentur, dan Aksial

Dalam analisis rekayasa struktur yang harus dipahami adalah gaya-gaya dalam yang timbulterjadi pada potongan-potongan elemen struktur Kamarwan, 1995: - Gaya Lintang Shearing Force Gaya lintang adalah jumlah aljabar dari gaya-gaya luar sebelah kiri atau sebelah kanan dari suatu potongan yang tegak lurus sumbu balok. commit to user 12 - Momen Lentur Bending Moment Momen lentur adalah jumlah aljabar dari momen dari semua gaya-gaya luar sebelah kiri atau sebelah kanan dari suatu potongan yang tegak lurus sumbu balok. - Gaya Aksial Normal Force Gaya aksial adalah jumlah aljabar dari gaya-gaya luar sebelah kiri atau sebelah kanan dari suatu potongan yang searah dengan sumbu balok.

2.4.5. Perjanjian Tanda

Perjanjian tanda adalah suatu pernyataan untuk membedakan struktur yang mengalami gaya tarik, desak, ataupun momen Hariandja, 1996: - Untuk batang tarik digunakan tanda positif + ataupun arah panah gaya normal meninggalkan batang. - Untuk batang desak digunakan tanda negatif - ataupun arah panah gaya normal menuju batang. a.Tanda Positif b.Tanda negative Gambar 2.6. Perjanjian tanda pada elemen balok Hariandja, 1996.

2.4.6. Diagram Benda Bebas

Free Body Diagram Suatu struktur harus seimbang pada setiap bagian dari struktur. Untuk menjaga suatu struktur tetap pada porsinya, dengan memasukkan beberapa gaya aksial, lintang, dan momen yang secara nyata diberikan oleh bagian lainnya. Suatu bagian dari sebuah struktur kaku dengan gaya-gaya yang bekerja padanya, dan gaya-gaya dalam yang commit to user 13 diperlukan untuk mendapatkan kesetimbangan disebut free body benda bebas. Perjanjian tanda yang telah dibahas sebelumnya, juga berlaku pada free body diagram Hariandja, 1996. 2.4.7. Kesetimbangan 2.4.7.1. Kesetimbangan benda Sebuah benda dikatakan setimbang jika Anonim, 2010: ∑ = 0 + + … + 3 = 0 ÅeÅ ∑ = 0 + + … + 3 = 0 ÅeÅ ∑ = 0 + + … + 3 = 0 ÅeÅ ∑ = 0 ∑ = 0 ∑ = 0 , ∑ = 0 , ∑ = 0

2.4.7.2. Benda tegar

Benda tegar adalah benda yang tidak mengalami perubahan bentuk bila gaya dikerjakan pada benda tersebut. Benda tegar berada dalam kesetimbangan statik, jika gaya luar dan momen luar setimbang. Kondisi yang dibutuhkan dan cukup untuk kesetimbangan statik benda adalah resultan gaya dan kopel dari semua gaya luar sama dengan nol Anonim, 2010 F Gambar 2.7. Benda Tegar Anonim, 2010. commit to user 14

2.4.7.3. Pusat gravitasi

Bila kita perhatikan benda tegar, salah satu gaya yang perlu diperhatikan adalah berat benda, yaitu gaya gravitasi yang bekerja pada benda tersebut. Untuk menghitung torsi dari gaya berat tersebut, gaya berat dapat dipertimbangkan terkonsentrasi pada sebuah titik yang disebut pusat gravitasi Anonim, 2010. Perhatikan benda berbentuk sembarang pada bidang xy. Benda kita bagi-bagi menjadi partikel-partikel dengan massa m 1 , m 2 , …yang mempunyai koordinat x 1 , y 1 , x 2 , y 2 ,…pusat massanya dapat dinyatakan sebagai Anonim, 2010. B = + + + … + + + …

2.4.7.4. Sistem keseimbangan

Di dalam menyelesaikan suatu sistem keseimbangan di bawah pengaruh beberapa gaya, ada beberapa prosedur yang perlu diikuti Anonim, 2010: a. Tentukan objekbenda yang menjadi pusat perhatian dari sistem keseimbangan. b. Gambar gaya gaya eksternal yang bekerja pada obyek tersebut. c. Pilih koordinat yang sesuai, gambar komponen-komponen gaya dalam koordinat yang telah dipilih tersebut. d. Terapkan sistem keseimbangan untuk setiap komponen gaya. e. Pilih titik tertentu untuk menghitung torsi dari gaya-gaya yang ada terhadap titik tersebut. Pemilihan titik tersebut sembarang, tetapi harus memudahkan penyelesaian. f. Dari persamaan yang dibentuk, dapat diselesaikan variabel yang ditanyakan. commit to user 15 2.5. Safety Factor Perancang dalam proses perancangan harus mengetahui bahwa perencanaan yang akan dibuat aman Deutschman, 1975: a. Material yang akan digunakan. b. Efek ukuran material yang berpengaruh pada kekuatan material. c. Tipe beban bahan . d. Efek dari mekanisme dan proses pembentukan. e. Efek panas. f. Efek dari umur mesin. g. Keselamatan manusia secara umum. Joseph P. Vidosic pada tahun 1957, memperkirakan beberapa faktor keselamatan yang layak. Berdasarkan faktor kekuatan keseluruhan Deutschman, 1975: a. N= 1,25-1,5 untuk material yang digunakan dibawah kondisi yang terkontrol. b. N= 1,5-2 untuk material yang diterima dilengkungan kondisi konstan. c. N= 2-2,5 untuk material rata-ratabiasa yang dioperasikan di lingkungan biasa. d. N= 2,5-3 untuk material yang lemah yang dioperasikan di lingkungan dengan kondisi rata-rata. e. N= 3-4 untuk material yang belum dicoba digunakan di lingkungan dengan kondisi di bawah rata-rata. f. N= 3-4 untuk material yang lumayan dikenal tapi dioperasikan di lingkungan kurang baik. g. Beban berulang : factor penempatan 1-6 yang diterima dan digunakan dengan ketahanan limit batas dari pada kekuatan keseluruhan material. h. Pengruh gaya : factor yang diberikan 3-6 diterima, tapi factor gaya harus dimasukkan. i. Material rapuh ketika kekuatan utama yang digunakan adalah teori maksimum dan factor yang didapat 1-6. commit to user 16 j. Ketika factor tertinggi yang keluar diperlukan analisis untuk masukkan ini harus dilakukan sebelum ditentukan untuk digunakan.

2.6. Proses Pengelasan

Dalam proses pengelasan rangka, jenis las yang digunakan adalah las listrik dengan pertimbangan akan mendapatkan sambungan las yang kuat.

2.6.1. Proses las listrik

Dalam las listrik panas yang digunakan untuk mencairkan logam diperoleh dari busur listrik yang timbul antara benda kerja yang dilas dengan kawat logam yang disebut elektroda. Elektroda ini terpasang pada pegangan atau holder las dan didekatkan pada benda kerja hingga busur listrik terjadi atau timbul panas antara ujung elektroda dan benda kerja yang dapat mencairkan logam Wiryosumarto, 2000: a. Elektroda Elektroda yang digunakan adalah E6013 E = Elektroda 60 = Tegangan tarik 60 ksi = 60000 psi 1 = Posisi pengelasan semua posisi 3 = Arus yang digunakan ACDC b. Mengatur busur las Pada pesawat las AC busur dinyalakan dengan menggoreskan elektroda pada benda kerja, sedang pada pesawat las DC busur dinyalakan dengan menyentuhkan elektroda dari atas ke bawah pada benda kerja. Agar hasil yang baik maka harus diatur jarak panjang busur las. Bila diameter elektroda = d dan panjang busur, yaitu jarak elektroda dengan benda kerja = L, maka pengelasan harus diatur supaya L – d sehingga diperoleh alur rigi-rigi yang baik dan halus. Bila L d maka alur rigi-rigi las kasar, penetrasi dangkal dan percikan kerak keluar dari jalur las. Dan bila L d, maka biasanya terjadi pembekuan pada ujung commit to user 17 elektroda dan benda kerja, alur rigi tidak merata, penetrasi kurang dan percikan kerak kasar dan berbentuk bola. c. Mengatur gerak elektroda o Gerak ayunan turun sepanjang sumbu elektroda. Gerakan arah turun sepanjang sumbu elektroda dilakukan untuk mengatur jarak busur las ke benda kerja supaya panjang busur las sama dengan diameter elektroda. o Gerak ayunan dari elektroda untuk mengatur kampuh las Gerakan ayaunan elektroda dilakukan untuk mengatur lebar las yang dikendaki atau kampuh las.

2.6.2. Jenis Sambungan Las

Ada beberapa jenis sambungan las, yaitu Wiryosumarto, 2000: a. Butt join yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang sama. b. Lap join y aitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang yang paralel. c. Edge join y aitu dimana kedua benda kerja yang dilas berada pada bidang pararel, tetapi sambungan las dilakukan pada ujungnya. d. T- join yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain membentuk huruf T. e. Corner join yaitu dimana kedua benda kerja yang dilas tegak lurus satu sama lain membentuk huruf L.

2.7. Proses

Machining a. Gerinda duduk Cutting tool : untuk memotong benda kerja yang memiliki tingkat kekerasan yang tinggi. Misalnya besi pipa, besi L, plat lembaran tebalnya lebih dari 2mm Sucahyo, 2004. b. Gerinda potong tangan : untuk memotong benda kerja yang memiliki tingkat kekerasan yang rendah. Misalnya plat lembaran tebalnya kurang dari 2mm Sucahyo, 2004. commit to user 18 c. Mesin Gerinda : suatu alat yang diganakan untuk menghaluskan benda kerja atau untuk menajamkan alat- alat perkakas, misalnya mata bor, pahat, pengores dan lain-lain. Yang perlu diperhatikan dalam pemakaian mesin gerinda adalah jenis pemukaan batu gerinda yang digunakan untuk permukaan kasar biasanya digunakan untuk penghalusan awal, sedangkan batu gerinda dengan permukaan halus digunakan untuk penghalusan atau pengasahan penajaman mata bor Sucahyo, 2004. d. Bor tangan : merupakan suatu alat pembuat lubang, alur atau biasa untuk perluasan dan penghalusan suatu bidang yang efisien. Sebagai pisau penyayatnya pada mesin bor ini dinamakan mata bor yang mempunyai diameter bermacam-macam Sucahyo, 2004. e. Mesin frais - milling : untuk meratakan permukaan benda kerja. - drilling : suatu proses pengerjaan pemotongan menggunakan mata bor twist drill untuk menghasilkan lubang yang bulat pada material logam maupun non logam yang masih pejal atau material yang sudah berlubang Marsyahyo, 2002. commit to user 19 BAB III LANGKAH PENGERJAAN Gambar 3.1. Diagram alur pembuatan engine stand Finishing rangka Memuaskan Sketsa 2D dan 3D produk Uji kelayakan Overhole Memuaskan Kelengkapan engine stand Start Membuat dan konsultasi desain gambar Mencari dan mengumpulkan data : 1. Observasi ke STP Sragen Techno Park 2. Searching dan browsing di internet Menggambar desain dalam 2D dan 3D Memanufaktur komponen Assembly komponen Perhitungan statika rangka Finish Memuaskan Memuaskan commit to user 20

3.1. Mencari dan Mengumpulkan Data