5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Dasar Motor Bakar

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang

banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran

menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin

kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri

sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya.

Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran

dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses

pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar. Sebagai contoh mesin

uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian

dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.

Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan

mesin pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak

memerlukan fluida kerja yang banyak dan efesiensi totalnya lebih tinggi.

Sedangkan mesin pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang

digunakan lebih beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar

gas, sehingga mesin pembakaran luar banyak dipakai untuk keluaran daya

yang besar dengan banan bakar murah. Pembangkit tenaga listrik banyak

menggunakan mesin uap. Untuk kendaran transpot mesin uap tidak banyak

dipakai dengan pertimbangan kontruksinya yang besar dan memerlukan

fluida kerja yang banyak.

2.1.1 Sejarah Motor Bakar

Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang

menggembirakan sejak tahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir

mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi.

Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan

sehingga tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang

mendorong piston, langkah berikutnya gas pembakaran dibuang.

Piston kembali bergerak menghisap campuran bahan bakar udara

6

dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin

Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500 buah dengan daya

1,5 hp pada putaran 100 rpm.

Mesin berikutnya yang lebih efesien dari mesin Lenoir adalah

Otto langen engine. Mesin ini terdiri dari piston yang tidak

dihubungkan dengan poros engkol, tetapi piston bergerak bebas

secara vertikal pada proses ledakan dan tenaga. Setelah itu, secara

gravitasi piston bergerak turun dan terhubung dengan gigi pinion

diteruskan ke roda gila. Selanjutnya energi yang tersimpan dalam

roda gila digunakan oleh piston untuk energi langkah isap. Pada

langkah isap campuran bahan bakar udara masuk silider untuk

pembakaran.

2.2. Siklus 4 Langkah dan 2 Langkah

2.2.1. Siklus 4 Langkah Motor Bensin

Motor bensin 4 langkah adalah motor bensin diman untuk

melakukan suatu kerja diperlukan 4 langkah gerakan piston dan 2

kali putaran poros engkol. Siklus kerja motor bensin 4 langkah:

a. Langkah Hisap (Suction Stroke)

Pada langkah ini, piston bergerak dari TMA menuju TMB,

katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Akibatnya

tekanan pada kepala silinder akan bertambah.

Gambar 2.1. Langkah Hisap (Jalius Jama, 2008)

7

b. Langkah Kompresi (Compression Stroke)

Setelah melakukan pengisian, piston yang sudah mencapai

TMB kembali lagi bergerak menuju TMA, ini memperkecil

ruangan diatas piston, sehingga campuran udara dan bahan-

bakar menjadi padat, tekanan dan suhunya naik. Tekanannya

naik kira-kira tiga kali lipat. Beberapa derajat sebelum piston

mencapai TMA terjadi letikan bunga api listrik dari busi yang

membakar campuran udara dan bahan-bakar.

Sewaktu piston bergerak keatas, katup hisap tertutup dan

pada waktu yang sama katup buang juga tertutup. Campuran

diruang pembakaran dicompressi sampai TMA, sehingga dengan

demikian mudah dinyalakan dan cepat terbakar.

Gambar 2.2. Langkah Kompresi (Jalius Jama, 2008)

c. Langkah kerja (Explosion/Power Stroke)

Campuran terbakar sangat cepat, proses pembakaran

menyebabkan campuran gas akan mengembang dan memuai,

dan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran dalam ruang

bakar menimbulkan tekanan ke segala arah dan tekanan

pembakaran mendorong piston kebawah (TMB), selanjutnya

memutar poros engkol melalui connecting rod.

Gambar 2.3. Langkah Kerja (Jalius Jama, 2008)

8

d. Langkah Pembuangan (Exhaust Stroke)

Sebelum piston bergerak kebawah ke (TMB), katup buang

terbuka dan gas sisa pembakaran mengalir keluar. Sewaktu

piston mulai naik dari TMB, piston mendorong gas sisa

pembakaran yang masih tertinggal keluar melalui katup buang

dan saluran buang ke atmosfir. Setelah piston mulai turun dari

TMA katup buang tertutup dan campuran mulai mengalir

kedalam cylinder.

Gambar 2.4. Langkah Pembuangan (Jalius Jama, 2008)

Gambar 2.5. Proses kerja mesin 4 langkah Otto (Basyirun, 2008)

9

2.2.2. Siklus 2 Langakah Motor Bensin

Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin diman untuk

melakukan suatu kerja diperlukan 2 langkah gerakan piston dan 1

kali putaran poros engkol. Siklus kerja motor bensin 2 langkah:

a. Langkah Hisap dan Kompresi

Sewaktu piston bergerak keatas menuju TMA ruang

engkol akan membesar dan menjadikan ruang tersebut hampa

(vakum). Lubang pemasukan terbuka. Dengan perbedaan

tekanan ini, maka udara luar dapat mengalir dan bercampur

dengan bahan bakar di karburator yang selanjutnya masuk ke

ruang engkol (disebut langkah isap atau pengisian ruang

engkol).

Disisi lain lubang pemasukan dan lubang buang tertutup

oleh piston, sehingga terjadi proses langkah kompresi disini.

Dengan gerakan piston yang terus ke atas mendesak gas baru

yang sudah masuk sebelumnya, membuat suhu dan tekanan gas

meningkat. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA

busi akan melentikkan bunga api dan mulai membakar campuran

gas tadi (langkah ini disebut langkah kompresi).

Gambar 2.6. Langkah Hisap dan Kompresi (Jalius Jama, 2008)

10

b. Langkah Usaha dan Bauang

Ketika piston mencapai TMA campuran gas segar yang

dikompresikan dinyalakan oleh busi. Gas yang terbakar

mengakibatkan ledakan yang menghasilkan tenaga sehingga

mendorong piston memutar poros engkol melalui connecting rod

sewaktu piston bergerak kebawah menuju TMB (langkah usaha).

Beberapa derajat setelah piston bergerak ke TMB lubang

buang terbuka oleh kepala piston, gas-gas bekas keluar melalui

saluran buang (langkah buang).

Beberapa derajat selanjutnya setelah saluran buang dibuka,

maka saluran bilas (saluran transfer) mulai terbuka oleh tepi

piston. Ketika piston membuka lubang transfer segera langkah

pembuangan telah dimulai. Gas baru yang berada di bawah

piston terdesak, campuran yang dikompresikan tersebut

mengalir melalui saluran bilas menuju puncak ruang bakar

sambil membantu mendorong gas bekas keluar (proses ini

disebut pembilasan).

Gambar 2.7. Langkah Usaha dan Buang (Jalius Jama, 2008)

Gambar 2.8. Proses Kerja Mesin 2 Langkah (Basyirun, 2008)

11

2.2.3. Cara Kerja Mesin 2 Langkah

a. Langkah Pemasukan dan Kompresi

Sewaktu piston bergerak ke atas di dalam crankcase

terjadi kevakuman dan sewaktu piston mulai membuka lubang

pemasukan, campuran bahanbakar dan udara dari karburator

terhisap masuk kedalam crankcase. Disisi lain lubang transfer

dan exhaus port tertutup oleh piston, lalu campuran bahan bakar

dan udara mengalami kompresi di dalam ruang bakar (gerak

piston belum mencapai TDC).

Gambar 2.9. Langkah pemasukan dan kompresi kedua (Basic

Mechanic Training)

b. Usaha (Langkah Usaha) dan Kompresi Pertama

Ketika piston mencapai TMA campuran gas segar yang

dikompresikan dinyalakan oleh busi. Gas yang terbakar

mendorong piston memutar poros engkol melalui connecting

rod. Sewaktu piston bergerak ke bawah, piston menutup lubang

pemasukan dan sewaktu piston bergerak ke bawah terus, piston

mengkompresi campuran di dalam crankcase.

Gambar 2.10. Langkah usaha dan kompresi pertama (Basic

Mechanic Training)

12

c. Langkah Pembuangan dan Kompresi Pertama

Sewaktu piston bergerak kebawah, lalu piston membuka

lubang buang untuk mengalirkan sisa gas keluar dari cylinder.

Disisilain, campuran di dalam crankcase dikompresi (setengah

gerakan piston kebawah).

Gambar 2.11. Langkah pembuangan dan kompresi pertama

(Basic Mechanic Training)

d. Langkah Pembuangan dan Langkah Pembilasan

Ketika piston membuka lubang transfer segera langkah

pembuangan telah dimulai, campuran yang dikompresikan

didalam crankcase mengalir melalui lubang transfer didinding

cylinder dan mengalir ke dalam ruang pembakaran. Campuran

gas segar ini mendorong gas sisa pembakaran keluar dari

cylinder dan padawaktu yang bersamaan ruang pembakaran diisi

dengan campuran gas segar (dalam setengah gerakan).

Gambar 2.12. Langkah pembuangan dan Langkah Pembilasan

(Basic Mechanic Training)

13

2.3. Siklus Motor Bakar

2.3.1 Siklus udara volume konstan

Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto.

Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan (

explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi

sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba.

Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga

api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat

mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.

Gambar 2.13 Diagram P-v dan T-s siklus Otto (Willard W.

Pulkrabek: 75)

Adapun urutan prosesnya adalah sebagai berikut:

a. Proses 0 – 1 (Langkah Hisap): Menghisap udara pada tekanan

konstan, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup.

Campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder

melalui lubang katup masuk.

1PPo = (2.1)

b. Proses 1 – 2 (Kompresi Isentropik): Semua katup tertutup.

Campuran bahan bakar dan udara yang berada didalam silinder

ditekan dan dimampatkan oleh torak yang bergerak dari TMB ke

14

TMA. Akibatnya suhu dan tekanan dalam silinder naik menjadi

P2 dan T2.

111 RTmVP m= (2.2)

cd VVV +=1 (2.3)

( ) 112

1

2

1

1

2 −−

=⇒

= k

k

rTTVV

TT (2.4)

( )kk

rPPVV

PP

122

1

1

2 =⇒

= (2.5)

( )( )k

TTRmW m

−−

=− 112

21 (2.6)

VcVcVdr +

= (2.7)

Dimana:

1P = Tekanan pada titik 1 (kPa)

2P = Tekanan pada titik 2 (kPa)

1T = Temperatur spesifik pada titik 1(K)

2T = Temperatur spesifik pasda titik 2 (K)

1V = Folume pada titik 1 (m3)

2V = Folume pada titik 2 (m3)

21−W = Kerja pada siklus 1 – 2 (kJ)

mm = Massa campuran gas di dalam silinder (kg)

r = Rasio kompresi

k = vp cc / = Rasio kalor spesifik

c. Proses 2 – 3 : Proses penambahan kalor pada volume konstan.

( )2332 TTCmQmQQ vmcHVfin −===− η (2.8)

=

2

3

2

3

TT

PP

(2.9)

32 VV = (2.10)

15

maksTT =3 dan maksPP =3 (2.11)

Dimana:

vC = Panas jenis gas pada volume konstan (kJ/kg-K)

3P = Tekanan pada titik 3 (kPa)

HVQ = Heating value (kJ/kg)

inQ = Kalor yang masuk (kJ)

3T = Temperatur pada titik 3 (K)

cη = Efisiensi pembakaran

d. Proses 3 – 4 : Ekspansi Isentropic. kk

rVV

PP

=

=

1

4

3

3

4 (2.12)

11

4

3

3

4 1 −−

=

=

kk

rVV

TT (2.13)

Kerja ekspansi dari titik 3 ke titik 4 dari siklus Otto juga

merupakan proses Isentropic, persamaanya sebagai berikut:

( )( )k

TTmRW−−

=− 134

43 (2.14)

Dimana:

4P = Tekanan pada titik 4 (kPa)

3T = Temperatur pada titik 3 (K)

4T = Temperatur pada titik 4 (K)

43−W = Kerja (kJ)

3V = Volume pada titik 3 (m3)

4V = Volume pada titik 4 (m3)

e. Proses 4 – 1 : Proses pembuangan kalor pada volume konstan.

( )4114 TTCmQQ vmout −==− (2.15)

11

3

4

4

3 −

−

=

= k

k

rVV

TT (2.16)

16

4321 −− += WWWnett (2.17)

14 VV = (2.18)

in

nettth Q

W=η (2.19)

Dimana:

outQ = Kalor yang dibuang (kJ)

4T = Temperatur pada titik 4 (K)

nettW = Kerja netto (kJ)

thη = Efisiensi termal

2.3.2 Siklus aktual

Gambar 2.14. Siklus aktual otto (Basyirun, 2008)

Pada Gambar 2.14 diatas adalah siklus aktual dari mesin otto.

Fluida kerjanya adalah campuran bahan bakar udara, jadi ada proses

pembakaran untuk sumber panas. Pada langkah hisap, tekanannya

lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. Proses

pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir

pembakaran. Proses kompresi dan ekspasi tidak adiabatis, karena

terdapat kerugian panas yang keluar ruang bakar.

17

2.4. Tekanan Efektif Rata-rata (mep)

Selama siklus berlangsung, tempertur dan tekananya selalu berubah-

ubah. Oleh karena itu sebaiknya dicari harga tekanan tertentu (konstan)

yang apa baila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan

kerja persiklus yang sama dengan siklus yang di analisis.

d

nett

VWmep = (2.20)

Dimana:

mep = Tekanan efektif rata-rata (kPa)

dV = Volume langkah torak (m3)

nettW = Kerja netto dalam satu siklus (kJ)

2.5. Prestasi Mesin

2.5.1. Volume langkah dan volume ruang bakar

Volume langkah adalah volume ketika torak bergerak dari

TMA ke TMB disebut juga volume displacement dari mesin. Volume

mesin satu silinder dihitung dengan rumus

LDVd 4

2π= (2.21)

Volume langkah dengan N jumlah silider adalah

LxNDVd 4

2π=

(2.22)

Volume ruang bakar atau clearance volume adalah Vc

Dimana VcgVcshVc += (2.23)

Vcgadalah volume yang disebabkan ketebalan gasket

4

.. 2 LgDVcg π=

Lg = panjang gasket

Vcsh adalah volume ruang bakar dari silinder head.

VcgVlVcsh +=

7

18

2.5.2. Perbandingan kompresi ( compression ratio)

Perbandingan kompresi (r) adalah mencirikan seberapa banyak

campuran bahan-bakar dan udara yang masuk silinder pada langkah

hisap, dan yang dimampatkan pada langkah kompresi.

Perbandingannya adalah antara volume langkah dan ruang

bakar (Vd

+Vc) yaitu pada posisi piston di TMB, dengan volume

ruang bakar (Vc) yaitu pada posisi piston di TMA, dapat dirumuskan

dengan persamaan ;

TMA dipiston posisi padasilinder volumeTMB dipiston posisi padasilinder volume

=r

c

cd

VVVr +

=

(2.24)

Dari rumus efisiensi termal dapat dilihat bahwa dengan

menaikan rasio kompresi akan menaikan efisiensi, dengan kata lain

tekanan pembakaran bertambah dan mesin akan menghasilkan daya

berguna yang lebih besar. Akan tetapi, kenaikan tekanan pembakaran

didalam silinder dibarengi dengan kenaikan temperatur pembakaran

dan ini menyebabkan pembakaran awal, peristiwa ini disebut dengan

knoking yang meyebabkan daya mesin turun.

Pada mesin diesel rasio kompresi lebih tinggi dibanding dengan

mesin bensin. Rasio kompresi semakin tinggi pada mesin diesel

dibarengi dengan kenaikan efisiensi. Kenaikan rasio kompresii akan

menaikan tekanan pembakaran, kondisi ini akan memerlukan material

yang kuat sehingga bisa menahan tekanan dengan temperatur tinggi.

Material yang mempuyai kualitas tinggi harus dibuat dengan

teknologi tinggi dan harganya mahal, sehingga secara keseluruhan

menjadi tidak efektif.

2.5.3. Tekanan kompresi

1. Tekanan diakhir langkah hisap (Pa)

Tekanan udara diakhir langkah isap untuk motor 2 langkah berkisar

antara (0,85 – 0,92) x PO atm). Diambil Pa = 0,85 atm.

19

Dimana PO = 1 atm = 1,033 kg/cm2

Maka: Pa = 0,92 x Po (2.25)

2. Tekanan ahir kompresi (Pc)

Adalah tekanan campuran bahan bakar di dalam silinder pada

akhir langkah kompresi.

∑=1. nPaPc (2.26)

122

111 .. nn VPVP = (2.27)

2.5.4. Kecepatan piston rata-rata

Piston atau torak bergerak bolak balik ( reciprocating) didalam

silinder dari TMA ke TMB dan dari TMB ke TMA. Kecepatan

pergerakan piston dapat dihitung dengan mengambil harga rata

ratanya yaitu

xLxnUp 2= (2.28)

Dengan Up = adalah kecepatan piston rata-rata (m/s)

n = putaran mesin rotasi per waktu (rpm)

L = panjang langkah atau stroke

2.6. Efisiensi Mesin

setiap proses memerlukan energi, menghasilkan kerja untuk

melakukan proses, kemudian ada energi yang harus dibuang. Seperi

manusia yang harus makan untuk melakukan aktifitas kerja, selanjutnya

secara alamiah harus ada yang dibuang. Apabila proses ini tidak berjalan

semestinya, manusia dinyatakan dalam keadaan sakit dan tidak bisa

melakukan kerja. Dalam kondisi ini seandainya manusia adalah mesin maka

manusia dalam keadaan rusak.

Konsep efisiensi menjelaskan bahwa perbandingan antar energi

berguna dengan energi yang masuk secara alamiah tidak pernah mencapai

100%.

20

2.6.1. Temperatur awal kompresi (Ta)

Adalah temperatur campuran bahan bakar yang berada di

dalam silinder pada saat piston mulai melakukan langkah

kompresi. (Petrovsky, 1968:29)

Ta = r

rrwo TtTγγ

++∆+

1).(

(2.29)

Dimana :

To = Temperatur udara luar (oK)

wt∆ = Kenaikan temperature dalam silinder akibat panas dari

luar (oK)

ry = Koefisien gas bekas

rT = Temperatur gas bekas (oK)

2.6.2. Temperatur kompresi (Tc)

Adalah temperatur campuran bahan bakar sebelum

pembakaran (pada akhir langkah kompresi).(Kovach,1977:34)

∑ −=

11. nTaTc (2.30)

Dimana :

Ta = Temperatur awal kompresi (oK)

∑ = Perbandingan kompresi.

n1 = Koefisien politropik.

Standarisasi Tc untuk motor bensin berkisar antara 550-750oK

2.6.3. Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran (λ)

Adalah rasio yang menunjukkan perbandingan tekanan

maksimum pada pembakaran campuran bahan bakar dengan

tekanan pada awal pembakaran.(Petrovsky,1968:31)

c

z

PP

=λ

(2.31)

Dimana:

Pz = Tekanan akhir pembakaran (atm)

21

Pc = Tekanan akhir kompresi (atm)

2.6.4. Nilai pembakaran bahan bakar (Qb)

Adalah jumlah panas yang mampu dihasilkan dalam

pembakaran 1 kg bahan bakar. (Petrovsky,1968:43)

Bensin memiliki komposisi sebagai berikut :

C = Berat karbon = 86%

H = Berat hidrogen = 13%

O = 1%

Menurut persamaan dulog dengan komposisi demikian bensin

tersebut mempunyai nilai pembakaran (Qb) sebesar :

Qb = 81 . C + 200 . ( H – O / 8 ) (2.32)

Bensin mempunyai nilai pembakaran 9.500 – 10.500 Kcal/kg.

2.6.5. Kebutuhan udara teoritis (LO)

Adalah kebutuhan udara yang diperlukan membakar bahan

bakar sesuai perhitungan. (Petrovsky,1968:32)

−+=

32412.

21,01 OHCLo

(2.33)

Dimana:

C = Kandungan Karbon

H = Kandungan Hidrogen

O = Kandungan Oksigen

2.6.6. Koefisien kimia perubahan molekul selama pembakaran (µo)

Adalah koefisien yang menunjukan perubahan molekul

yang terjadi selama proses pembakaran bahan bakar.

(Petrovsky,1968:40)

LoMgo.α

µ =

(2.34)

Mg = Jumlah molekul yang terbakar (mol)

Lo = Kebutuhan udara teoritis (mol)

22

α = Kofisien kelebihan udara.

2.6.7. Koefisien perubahan molekul setelah proses pembakaran (µ)

Adalah menunjukkan perubahan molekul sebelum dan setelah

pembakaran. (Kovach,1977:22)

rro

γγµ

µ++

=1

(2.35)

Dimana:

µo = Koefisien kimia molekul selama pembakaran.

γr = Koefisien gas bekas.

2.6.8. Temperatur akhir pembakaran (Tz)

Adalah temperatur gas hasil pembakaran campuran bahan

bakar untuk motor bensin yang memiliki siklus volume tetap.

(Kovach, 1977 : 47)

( )[ ] cgascvo

bz TMrL

Q 985,1)1(.

. Tz . ).(Mμ gascpo +++

=γδ

δ

(2.36)

Dimana:

µo = Koefisien kimia perubahan molekul selama

pembakaran.

(Mcp)gas = Kapasitas panas dari gas pada tekanan tetap.

(Mcv)gas = Kapasitas udara panas pada volume tetap.

Qb = Nilai pembakaran bahan bakar (Kcal/kg).

2.6.9. Perbandingan ekspansi (ρ)

Rasio yang menunjukkan perubahan yang terjadi pada gas

hasil pembakaran campuran bahan bakar pada awal langkah

ekspensi. (Petrovsky, 1968:50)

c

z

TT..

λµ

ρ =

(2.37)

Dimana:

µ = Koefisien perubahan molekul setelah proses pembakaran.

23

Tz = Temperature akhir pembakaran (oK).

λ = Perbandingan tekana dalam silinder selama pembakaran.

Tc = Temperatur Kompresi (oK)

2.6.10. Perbandingan ekspansi selanjutnya (δ)

Adalah ratio yang menunjukkan perubahan pada gas hasil

pembakaran selama langkah ekspansi. (Kovack,1977:46)

ρδ Σ=

(2.38)

Dimana:

∑ = Perbandingan kompresi.

ρ = Perbandingan ekspensi.

2.6.11. Tekanan akhir ekspansi (Pb)

Adalah tekanan saat piston terdorong kebawah di dalam

silinder pada akhir langkah ekspensi. (Kovach, 1977:49)

1nzPPb

δ=

(2.39)

Dimana:

Pz = Tekanan akhir pembakaran (atm).

δ = Perbandingan ekspensi selanjutnya.

n1 = Koefisien politropik.

2.6.12. Tekanan indikator rata – rata teoritis (Pit)

Besar rata-rata tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran

campuran bahan bakar dan bekerja pada piston sesuai perhitungan.

(Petrovsky, 1968:55)

Σ−

−−

−

−+−

−Σ= −− 1111

111

1111

.)1(1 nn

cit nn

PPδ

ρλρλ (2.40)

Dimana:

Pc = Tekanan akhir kompresi (atm).

∑ = Perbandingan kompresi.

24

λ = Perbandingan tekanan dalam silinder selama pembakaran.

ρ = Perbandingan ekspensi.

δ = Perbandingan ekspensi selanjutnya.

n1 = Koefisien politropik.

2.6.13. Tekanan indikator rata – rata (Pi)

Adalah besarnya rata – rata tekanan yang dihasilkan dari

pembakaran campuran bahan bakar. (Petrovsky, 1968:55)

iti PQP .= (2.41)

Dimana:

Q = Faktor koreksi.

Pit = Tekana indikator rata-rata teoritis (Kg/cm2).

2.6.14. Efisiensi Pengisian (ηch)

Adalah rasio yang menunjukkan kemampuan silinder dalam

menghisap campuran bahan bakar. (Petrovsky, 1968:61)

ηch= roo

oa

TrtwTPTP

)()1( γ+∆+−ΣΣ

(2.42)

Dimana:

Pa = Tekanan campuran bahan bakar pada silinder pada akhir

langkah hisap (atm).

To = Temperatur udara luar (oK)

tw∆ = Kenaikan temperatur di dalam silinder akibat panas dari luar

(oK).

rγ = Koefisien gas bekas.

rT = Temperatur gas bekas (oK).

2.6.15. Pemakaian bahan bakar Indokator (F1)

Adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk

menghasilkan tekanan indikator (Kovach,1977:67)

ooi

o

TLPP

....318,4.F ch

1 αη

=

(2.43)

25

Dimana :

chη = Efisiensi Pengisian.

Po = Tekanan udara luar (atm).

Pi = Tekanan indikator rata-rata (Kg/cm2).

α = Koefisien kelebihan udara.

oL = Kebutuhan udara teoritis (mol).

oT = Temperatur udara luar (oK).

2.6.16. Daya indikator (Ni)

Adalah besar rata-rata daya yang dihasilkan oleh mesin

yang bersifat teoritis. (Kovach, 1977:61)

1007560

...41

. aN2

i ..

L.n.zD.Pi π=

(2.44)

Dimana:

a = Jumlah proses kerja mesin (langkah kerja): - 2 tak = 1

- 4 tak = 2

iP = Tekanan indikator rata-rata (Kg/cm2)

Ni = Daya indikator (HP)

L = Panjang langkah torak (Cm).

n = Putaran (menit).

z = Jumlah silinder.

2.6.17. Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan (Fh)

Adalah jumlah konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan

untuk menghasilkan kerja efektif.

ih NFF .1=

(2.45)

Dimana:

F1 = Pemakaian bahan bakar indicator.

Ni = Daya indiKator (HP).

26

2.6.18. Pemakaian bahan bakar efektif (Fe)

Adalah jumlah konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan

untuk menghasilkan kerja efektif. (Kovach, 1977:67)

i

he N

FF =

(2.46)

Dimana:

hF = Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan (liter / jam)

iN = Daya indikator (HP)

2.6.19. Daya efektif ( Ne)

Adalah besar rata-rata daya yang dihasilkan oleh mesin.

(Ibid:61).

mNiNe η×= (2.47)

Dimana:

Ni = Daya indikator (HP)

Ne = Daya efektif (HP)

mη = Efisiensi mekanis.

2.6.20. Efisiensi termal ( thη )

Efisiensi termal suatu mesin didefinisikan sebagai energi

keluar dengan energi kimia yang masuk yang di hisap ke dalam

ruang bakar. Efisiensi termal menurut definisinya merupakan

parameter untuk mengukur bahan bakar.

in

nettth Q

W=η

(2.48)

2.6.21. Efisiensi mekanis ( mη )

Perbandingan antara daya indikator dengan daya efektif

(Basyirun, 2008:26)

i

em N

N=η

(2.49)

27

Dimana:

Ne = Daya efektif (HP)

Ni = Daya indikator (HP)

mη = Efisiensi mekanis (bukan dalam persen)

2.6.22. Efisiensi volumetrik ( vη )

da

av Vp

m x

=η

(2.50)

Dimana:

ap = Massa jenis udara (kg/m3)

Gambar 2.15. Grafik efisiensi terhadap rasio kompresi mesin otto

(Rahmat Doni Widodo, 2008:19)

Dapat dilihat dari Gambar 2.15, bahwa efisiensi siklus otto akan naik

apabila kita menaikan rasio kompresinya yaitu dari 6 – 12 HP (Rahmat

Doni Widodo, 2008:19). Kenaikan rasio kompresi mesin otto dibatasi oleh

peritiwa kenoking, yaitu suara berisik karena terjadi ledakan dari

pembakaran spontan dari mesin otto. Karena knoking daya menjadi turun

sehingga efisiensi pun menurun.

28

2.7. Perhitungan Rasio Pada Setiap Gigi Transmisi

Reduction ratio Rm :

digerakan yang gigijumlah Perkalian pengerak gigijumlah Perkalian

=Rm

(2.51)

2.8. Gasket

Gasket merupakan salah satu consumable material yang sangat

penting dalam sebuah pabrik kimia. Karbon itu sendiri berfungsi mencegah

kebocoran dan menambah daya lekat pada gasket. Gasket dapat

didefinisikan sebagai bahan atau material yang dipasang diantara dua

permukaan benda, di mana di dalamnya terdapat fluida bertekanan, untuk

mencegah terjadinya kebocoran.

Jenis-jenis material gasket yang digunakan dalam industri kimia

berbeda-beda, disesuaikan dengan kondisi operasi (tekanan, temperatur) dan

karakteristik bahan kimia yang kontak dengan gasket.

Material yang umum digunakan sebagai bahan pembuat gasket

adalah:

1. Rubber Gaskets

Banyak sekali jenis gasket yang menggunakan bahan rubber sheet

atau lembaran karet, seperti neoprene, nitrile, fluorocarbon, red rubber,

aflas dan silicone.

2. Viton Gaskets

Viton gasket banyak digunakan untuk sistem di mana terdapat

bahan kimia yang bersifat asam atau basa, hidrokarbon dan minyak,

baik nabati maupun hewani.

3. PTFE Material

Gasket PTFE atau Teflon gasket merupakan gasket yang paling

banyak dikenal, karena bersifat multi fungsi. Teflon memiliki ketahanan

yang baik terhadap berbagai bahan kimia, termasuk hidrogen peroksida.

4. Graphite Gaskets

29

Graphite fleksibel tahan terhadap panas. Selain itu, gasket jenis ini

juga tahan pada kondisi sangat asam dan basa.

5. EPDM Material

Gasket dengan material EPDM tahan terhadap ozon, sinar UV,

minyak alami dan berbagai jenis bahan kimia.

Gasket harus terbuat dari bahan yang tahan panas serta tekanan,

Biasanya gasket kepala silinder terbuat dari campuran karbon dan

lempengan baja (carbon cald sheet steel).