Pengertian Umum MOTOR BAKAR

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. MOTOR BAKAR

2.1.1. Pengertian Umum

Motor bakar adalah suatu mesin kalor yang mengubah energi termal menjadi energi mekanik. Dengan kata lain, motor bakar adalah alat mekanis yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik Arismunandar, 2005. Motor bakar dapat dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan proses pembakarannya, yaitu motor bakar eksternal dan motor bakar internal. Motor bakar eksternal adalah motor bakar yang proses pembakarannya berlangsung di luar ruang pembakaran silinder seperti motor uap, sedangkan motor bakar internal proses pembakarannya terjadi di dalam ruang pembakaran silinder seperti motor bakar bensin Otto dan motor bakar Diesel Jones, 1963; Arismunandar, 2005. Ide pertama yang mendasari operasi dan konstruksi motor bakar internal adalah gerakan peluru pada laras senjata api. Laras senjata dianggap sebagai silinder dan peluru sebagai pistonnya. Masalah yang dihadapi adalah bagaimana agar piston dapat kembali pada kedudukan semula dan menghasilkan gerakan bolak-balik secara kontinyu untuk menghasilkan tenaga Jones, 1963. Orang pertama yang sesungguhnya membuat sebuah motor bakar dengan silinder dan piston adalah Huygens, seorang berkebangsaan Belanda. Motor bakar ini menggunakan tepung peledak sebagai bahan bakar dan telah dipamerkan kepada menteri keuangan Perancis pada tahun 1680 Jones, 1963. Pada tahun 1876, Dr. N. A. Otto, seorang berkebangsaan Jerman merupakan orang pertama yang mendapatkan hak paten atas operasi motornya yang berhasil dengan prinsip 4 langkah four stroke cycle. Walaupun yang pertama mengemukakan cycle ini adalah Beau de Rochas, namun lebih dikenal umum sebagai Otto cycle. Motor ini pertama kali dipamerkan pada tahun 1878. Penemuan motor 4 langkah oleh Otto segera diikuti dengan penemuan motor 2 langkah two stroke cycle oleh seorang berkebangsaan Inggris, Dugald Clerk dan dia mendapatkan patennya pada tahun 1878. Motor tersebut menghasilkan tenaga pada setiap putaran porosnya. Motor itu tidak segera dipasarkan sampai tahun 1881 Jones, 1963. Perkembangan dan variasi lain dari motor bakar internal ditemukan oleh seorang sarjana Jerman, Dr. Rudolph Diesel. Dia mengemukakan suatu ide untuk menggunakan panas yang dihasilkan oleh kompresi untuk melakukan penyundutan bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder. Dia memperoleh paten atas motor bakar buatannya yang bekerja dengan cara seperti idenya tersebut pada tahun 1892, namun motor bakar tersebut masih belum sepenuhnya bekerja dengan baik, baru pada tahun 1898 mulai diproduksi motor bakar diesel secara masal. Selama masa 25 tahun kemudian, terjadi perkembangan yang pesat pada prinsip motor bakar diesel sehingga motor bakar ini makin banyak digunakan orang Jones, 1963. Motor bakar torak menurut kerja yang dihasilkan dalam satu siklus terdiri dari dua jenis yaitu empat langkah dan dua langkah. Empat langkah untuk menghasilkan satu kerja poros engkol berputar 2 kali sedangkan dua langkah hanya memerlukan 1 kali putaran poros engkol. Siklus ideal motor bakar torak volume konstan motor Otto adalah siklus ideal dimana pemasukkan kalor dan pelepasan kalor dilakukan pada volume konstan Arismunandar, 2005, seperti yang terlihat pada Gambar 1. Gambar1. Siklus ideal motor bakar torak volume konstan Sumber : Arismunandar, 2005 Sifat ideal serta keterangan mengenai proses siklus udara volume konstan ini adalah sebagai berikut Arismunandar, 2005 : 1. Pada sifat ideal fluida kerja dianggap sebagai gas ideal yang mempunyai kalor spesifik yang konstan. 2. Langkah isap 0-1, proses tekanan konstan. Dalam proses ini fluida kerja berupa bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder pada tekanan konstan dari TMA titik mati atas sampai TMB titik mati bawah. 3. Langkah kompesi 1-2, proses isentropik adiabatik reversibel, yaitu fluida kerja dikompresikan oleh gerakan torak dari TMB ke TMA. 4. Proses pembakaran 2-3 pada volume konstan, yaitu proses pemasukan kalor sesudah torak mencapai TMA titik 2. Fluida kerja ini tidak melakukan dan dikenai kerja. 5. Langkah kerja atau ekspansi 3-4 pada proses isentropik, pada langkah ini akan dihasilkan kerja yang berguna dari TMA sampai TMB. 6. Proses pelepasan kalor 4-1, dianggap sebagai proses pelepasan kalor pada volume konstan. Setelah torak mencapai TMB sejumlah kalor dikeluarkan dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun. 7. Langkah buang 1-0 ialah proses pembuangan hasil pembakaran fluida kerja ke lingkungan saat torak bergerak dari TMA menuju TMB. Fluida kerja didorong keluar silinder oleh torak yang bergerak dari TMB ke TMA pada tekanan konstan. 8. Siklus dianggap tertutup dimana proses akan terus berlangsung seperti pada point 1 sampai 8. Tekanan efektif rata-rata P rata-rata adalah harga tekanan tertentu yang konstan yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja per siklus W persiklus yang sama dengan siklus yang dianalisis, atau didefinisikan sebagai Arismunandar, 2005 : 1 Dalam kenyataan siklus volume konstan ini akan sulit di dapat karena terjadi penyimpangan dari siklus ideal yang tidak bisa dihindari hanya bisa diusahakan sekecil mungkin. Akan tetapi boleh dikatakan antara efesiensi siklus udara dan siklus sebenarnya terdapat hubungan tertentu, yaitu pada efesiensi indikatornya dimana Arismunandar, 2005 . 2 Daya indikator daya gas pembakaran di dalam silinder dapat ditentukan dengan Persamaan di bawah ini Arismunandar, 2005 : 3 Dimana : P = Daya yang dihasilkan motor bakar torak, kW P rata-rata = Tekanan efektif rata-rata, Kgcm 3 V l = Volume silinder, cm 3 z = Jumlah silinder n = Putaran poros engkol, rpm a = Jumlah siklus per putaran, 1 untuk motor 2 langkah dan 12 untuk motor bakar 4 langkah. Menurut Arismunandar 2005, Penyimpangan ini terjadi karena dalam keadaan sebenarnya terjadi kerugian, antara lain yaitu: 1. Kebocoran fluida kerja karena cincin torak dan katup tidak bisa menyekat dengan sempurna, 2. Katup tidak dibuka dan ditutup pada TMA dan TMB karena alasan pertimbangan dinamik mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja, 3. Fluida kerja bukanlah udara yang bisa dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama proses berlangsung, 4. Pada motor bakar torak tidak terjadi pemasukan kalor. Kenaikan temperatur dan tekanan terjadi karena adanya proses pembakaran udara dan bahan bakar di dalam silinder, 5. Saat pembakaran berubah-ubah menurut kecepatan torak dan proses pembakaran memerlukan waktu, maka proses pembakaran dilakukan beberapa derajat pada saat torak sebelum mencapai TMA dan berakhir pada saat torak bergerak dari TMA menuju TMB. Jadi pembakaran tidak berlangsung pada volume konstan, 6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin, 7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang ke lingkungan, 8. Terdapat kerugian energi akibat gesekan fluida kerja dengan dinding saluran. Siklus sebenarnya yang terjadi seperti terlihat pada Gambar 2 di bawah ini. Pada grafik terlihat pemasukan dan pengeluaran kalor tidak pada volume konstan, langkah isap dan langkah buang tidak tejadi pada tekanan konstan dan tekanan langkah buang lebih tinggi dibanding tekanan langkah isap. Gambar 2. Siklus sebenarnya motor bakar torak volume konstan Sumber: Arismunandar, 2005 Daya yang berguna pada motor bakar torak adalah daya poros karena daya ini yang akan menggerakkan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator. Daya poros dapat diketahui dari torsi dan putaran poros, maka daya poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Goering dan Hansen, 2004 : 4 dimana : P = Daya kW T = Torsi N.m N = Kecepatan putar motor RPM Untuk mengetahui daya poros diperlukan alat ukur dynamometer dan biasanya dilakukan dengan jalan mengukur gaya, waktu dan jarak gaya dari titik pusat Daywin, 1990. Hasil pengujian suatu motor bakar bensin pada bermacam-macam putaran dengan katup gas terbuka penuh seperti terlihat pada Gambar 3 di bawah ini. Gambar 3. Hasil Pengujian Motor Bakar Torak Pada Bermacam-macam Putaran Dengan Katup Throttle Terbuka Penuh Sumber : Arismunandar, 2005

2.1.2. Bagian Utama dari Konstruksi Motor Bakar Diesel