TUGAS

MESIN KONVERSI ENERGI

2

Disusun oleh :Nama: Gunawan ArdiyantoNIM : 13503241064

Kelas : P

Pendidikan Teknik Mesin

Fakultas Teknik

Universitas Negeri Yogyakarta

2015

Soal1.Jelaskan pengertian tentang motor bakar!

2.Sebutkan bagian dan klasifikasi motor bakar!

3.Sebutkan dan jelaskan cara kerja motor bakar!

4.Sebutkan komponen-komponen utama motor bakar dan fungsinya!

5.Dengan melihat motor di lab,hitunglah volume silinder (volum langkah)!

Jawab

1.Pengertian motor bakar

Motor bakar adalah suatu pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi panas tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada motor itu sendiri.

2. Klasifikasi motor bakar adalah:

Pada umumnya motor bakar terbagi menjadi

dua golongan utama, yaitu :

1. Motor pembakaran luar(External combustion Engine))

Motor pembakaran luar adalah suatu motor bakar dimana proses pembakaran atau perubahan energi panas dilakukan diluar dari mekanisme/konstruksi mesin, dan dari ruang pembakaran energi panas tersebut dialirkan ke konstruksi mesin melalui media penghubung. proses pembakaran yang terjadi pada turbin uap, ketel uap, mesin-mesin torak uap, dimana proses pembakarannya berlangsung di dalam ruang bakar ketel uap. Energi panas kemudian mengubah air menjadi uap. Uap dari ketel tersebut kemudian disalurkan ke dalam silinder, dan di dalam silinder inilah uap tersebut lalu menggerakkan torak atau piston, sehingga timbul tenaga gerak atau mekanis.A.Turbin Uap

Turbin kukus (uap air) adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi potensial

kukus menjadi energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk

putaran poros turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan roda gigi reduksi,

dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung pada jenis mekanisme yan

digerakkan, turbin kukus dapat dipergunakan pada berbagai bidang industri, untuk pembangkit

tenaga listrik, dan untuk transportasi.

B.Turbin Nuklir

Yaitu mesin motor bakar luar dimana mengubah energi dari reaktor nuklir yang

dikeluarkan melalui turbin/sudu” sehingga mampu memutar gnenerator dan menghasilkan listrik.

Hal-hal yang dimiliki pada mesin pembakaran luar yaitu :

a. Dapat memakai semua bentuk bahan bakar.

b. Dapat memakai bahan bakar bermutu rendah.

c. Cocok untuk melayani beban-beban besar dalam satu poros.

d. Lebih cocok dipakai untuk daya tinggi.

2. Motor Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)

Adalah suatu proses dimana energi gerak atau mekanis dibangkitkan atau ditimbulkan di dalam ruang bakar. Proses pembakaran terjadi di dalam silinder motor. Sebagai contoh adalah motor bensin atau motor diesel,mesin jet. Di dalam silinder itu juga energi mekanis dibangkitkan atau ditimbulkan oleh gerakan piston.

Hal-hal yang dimiliki pada mesin pembakaran dalam yaitu :a. Pemakian bahan bakar iritb. Berat tiap satuan tenaga mekanis lebih kecilc. Kontruksi lebih sederhana, karena tidak memerlukan ketel uap, kondesor, dan sebagainya.

Motor pembakaran dalam menurut gerakan pistonnya di bagi menjadi dua,yaitu:a. Rotary Engine

Yaitu engine yang gerakan pistonnya berputar, satu kali output shaft berputar menghasilkan 3 kali usaha (expansi) untuk tiap piston. Power yang dihasilkan kira kira 2,5 x reciprotcated Engine. Biasanya untuk sport car.A.Mesin winkel

Mesin wankel atau disebut juga mesin rotary adalah mesin pembakaran dalam yang digerakkan oleh tekanan yang dihasilkan oleh pembakaran diubah menjadi gerakan berputar pada rotor yang menggerakkan sumbu.B.Turbin Gas

Turbin gas adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.b. Reciprocated engine

Yaitu Engine yang gerakan pistonnya naik turuncontoh:Mesin bensin,Mesin diesel,Mesin gas turbin,Mesin roket,Mesin jet dan Mesin gas. A.Mesin Bensin(Otto)

Motor bakar adalah suatu pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi panas tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada motor itu sendiri.

B.Mesin diesel Mesin/motor diesel (diesel engine) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran

dalam (internal combustion engine) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor diesel disebut dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar.

Resiprocated engine menurut sistem kerjanya dibagi menjadi dua,yaitu:

1. Prinsip kerja motor 2 takDimana setiap satu kali putaran poros engkol atau 2 kali langkah atau gerakan naik turun piston menghasilkan satu kali langkah usaha.

2. Prinsip kerja motor 4 takDi mana setiap 2 kali putaran poros engkol atau 4 kali langkah atau gerakan naik turun piston menghasilkan satu kali langkah usaha.

3.) Cara kerja motor bakar sebagai berikut:

1.Motor Bakar Bensin(Otto)

A.Cara kerja motor 4 takFour stroke engine adalah sebuah mesin dimana untuk menghasilkan sebuah tenaga

memerlukan empat proses langkah naik-turun piston, dua kali rotasi kruk as, dan satu putaran noken as (camshaft).

1.Langkah Hisap

Sewaktu piston bergerak dari TMA ke TMB, maka tekanan diruang pembakaran menjadi hampa (vakum). Perbedaan tekanan udara luar yang tinggi dengan tekanan hampa, mengakibatkan udara dan bahan bakar terhisap masuk dalam silinder berbentuk kabut.Campuran bahan bakar dan udara tersebut masuk melalui katup masuk yang terbuka mengalir masuk dalam ruang cylinder.

Prosesnya adalah :1. Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB).2. Klep inlet terbuka, bahan bakar masuk ke silinder3. Kruk As berputar 180 derajat4. Noken As berputar 90 derajat5. Tekanan negatif piston menghisap kabut udara-bahan bakar masuk ke silinder

2.Langkah Kompresi

Setelah melakukan penghisapan, piston yang sudah mencapai TMB kembali lagi bergerak menuju TMA, dimana katup masuk dan katup buang tertutup, ini memperkecil ruangan diatas piston, sehingga campuran udara-bahan bakar menjadi padat, tekanan dan suhunya naik. Tekanannya naik kira-kira tiga kali lipat dan mudah terbakar.

Prosesnya sebagai berikut :

1. Piston bergerak kembali dari TMB ke TMA

2. Klep In menutup, Klep Ex tetap tertutup3. Bahan Bakar termampatkan ke dalam kubah pembakaran (combustion chamber)4. Sekitar 15 derajat sebelum TMA , busi mulai menyalakan bunga api dan memulai

proses pembakaran5. Kruk as mencapai satu rotasi penuh (360 derajat)6. Noken as mencapai 180 derajat

3.Langkah Tenaga(Combution)

Dimulai ketika campuran udara/bahan-bakar dinyalakan oleh busi. Dengan cepat campuran yang terbakar ini merambat dan terjadilah ledakan yang tertahan oleh dinding kepala silinder sehingga menimbulkan tendangan balik bertekanan tinggi yang mendorong piston turun ke silinder bore. Gerakan linier dari piston ini dirubah menjadi gerak rotasi oleh kruk as. Enersi rotasi diteruskan sebagai momentum menuju flywheel yang bukan hanya menghasilkan tenaga, counter balance weight pada kruk as membantu piston melakukan siklus berikutnya.

Prosesnya sebagai berikut :

1. Ledakan tercipta secara sempurna di ruang bakar2. Piston terlempar dari TMA menuju TMB3. Klep inlet menutup penuh, sedangkan menjelang akhir langkah usaha klep buang mulai

sedikit terbuka.4. Terjadi transformasi energi gerak bolak-balik piston menjadi energi rotasi kruk as5. Putaran Kruk As mencapai 540 derajat6. Putaran Noken As 270 derajat

4.Langkah Buang

Exhaust stroke

Piston yang terdorong kebawah tadi kembali bergerak ke atas(TMB ke TMA) dan gas sisa pembakaran terdorong.Saat itu juga katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka sehingga sisa pembakaran dan kalor keluar melalui katup keluar.

Prosesnya adalah :

1. Counter balance weight pada kruk as memberikan gaya normal untuk menggerakkan piston dari TMB ke TMA

2. Klep Ex terbuka Sempurna, Klep Inlet menutup penuh3. Gas sisa hasil pembakaran didesak keluar oleh piston melalui port exhaust menuju

knalpot4. Kruk as melakukan 2 rotasi penuh (720 derajat)5. Noken as menyelesaikan 1 rotasi penuh (360 derajat)

Over laping

overlaping adalah sebuah kondisi dimana kedua katup masuk dan katup buang berada dalam possisi sedikit terbuka pada akhir langkah buang hingga awal langkah hisap.  Berfungsi untuk efisiensi kinerja dalam mesin pembakaran dalam. Adanya hambatan dari kinerja mekanis klep dan inersia udara di dalam manifold, maka sangat diperlukan untuk mulai membuka klep masuk sebelum piston mencapai TMA di akhir langkah buang untuk mempersiapkan langkah hisap. Dengan tujuan untuk menyisihkan semua gas sisa pembakaran, klep buang tetap terbuka hingga setelah TMA. Derajat overlaping sangat tergantung dari desain mesin dan seberapa cepat mesin ini ingin bekerja.

Manfaat dari proses overlaping adalah sebagai pembilasan ruang bakar, piston, silinder dari sisa-sisa pembakaran,pendinginan suhu di ruang bakar,membantu exhasut scavanging (pelepasan gas buang),dan memaksimalkan proses pemasukkan bahan-bakar

B.Cara kerja motor bakar 2 tak

Pada motor bakar 2 tak untuk satu kali tenaga hanya memerlukan 2 langkah atau gerakan piston, dimana pada setiap langkah terjadi beberapa proses, 2 langkah tersebut yaitu:

1) Langkah pertama (Langkah hisap dan Langkah kompresi)

a) Langkah Hisap(Dibawah piston)

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 mendesak dan mengalir bercampur dengan bahan bakar di karburator yang selanjutnya masuk ke ruang engkol berbentuk kabut.

b) Langkah Kompresi(Di atas piston) Disisi lain lubang pemasukan dan lubang buang tertutup oleh piston, sehingga terjadi

proses langkah kompresi. Dengan gerakan piston yang terus ke atas mendesak gas baru yang sudah masuk sebelumnya, membuat suhu dan tekanan gas meningkat serta mudah terbakar. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA busi akan melentikkan bunga api dan mulai membakar campuran gas tadi.2) Langkah kedua(Langkah kerja dan Langkah kompresi)a) Langkah Kerja(Di atas piston)

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.Beberapa derajat setelah piston bergerak ke TMB lubang buang terbuka oleh kepala piston, gas-gas bekas keluar melalui saluran buang.

b) Langkah Buang(Di bawah piston)

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).

2.Motor Diesel

Prinsip Kerja Pada Mesin Diesel1. Prinsip Kerja 2 tak

a. Langkah Hisap dan Kompresi : Pada saat langkah hisap, udara bersih masuk kedalam ruang

silinderdengan bantuan pompa hisap. Piston bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMB (titik mati atas). Saluran masuk membuka sehingga udara bersih masuk ke dalam dengan

bantuan pompa udara. Sesaat setelah saluran hisap menutup dan saluran buang menutup maka mulai

dilakukan langkah kompresi hingga tekanan udara mencapai 700-900 C.

b. Langkah Usaha Dan Buang,Sebelum piston mencapai TMA (titik mati atas), injector akan menyemprotkan bahan bakar ke ruang bakar dan ini sebagai pembakaran awal, karena bahan bakar bercampur dengan udara bersih dan bertekanan tinggi maka akan terjadi proses pembakaran sempurna, akibatnya akan mendorong piston dan piston pun bergerak dari TMA ke TMB, sesaat piston belum mencapai TMB (titik mati bawah) katup buang sudah mulai membuka. Dan bila saluran hisap membuka maka udara bersih akan membantu mendorong gas sisa hasil pembakaran keluar.

2. Prinsip Kerja 4 tak

[1] Langkah Hisap Katup hisap terbuka dan katup buang tertutup

Piston bergerak kebawah dan hanya menghisap udara masuk kedalan ruang bakar.

[2] Langkah kompresi Katup hisap dan katup buang keduanya tertutup

Piston bergerak keatas dengan tekanan sangat tinggi didalam ruang bakar

[3] Langkah usaha

Kedua katup masih tertutup. Udara yang bertekanan tinggi dinyalakan dengan menyemprotkan bahan bakar solar ke ruang bakar

[4] Langkah buang Katup hisap tertutup dan katup buang terbuka.

Piston bergerak keatas dan mendorong gas sisa pembakaran keluar ruang bakar

3.Motor WankelSiklus kerja dari mesin Wankel adalah Sebagai Berikut :

1. Langkah Induksi :Sewaktu ujung rotor (triangular rotor) melewati pintu masuk, campuran bahan bakar dengan udara (gas) (berwarna hijau pada gambar) masuk ke kamar akibat hisapan/tekanan tinggi dari gaya/orbit eksentrik perputaran rotor mengelilingi gigi sumbu (central gear).

2. Langkah Tekanan :

Seketika rotor melanjutkan putaran,campuran bahan bakar (gas) dibawa kekamar/sisi yang berikutnya (berwarna biru pada gambar),

campuran bahan bakar dan udara (gas) pada kamar/sisi ini termampatkan oleh kekuatan/gaya/orbit perputaran rotor.

3. Langkah Tenaga :

Pada saat campuran bahan bakar (gas) dalam keadaan mampat/terkompressi busi mencetuskan api dan membakar bahan bakar (gas), sehingga terjadi peningkatan tekanan udara dan menekan sisi rotor sehingga berputar kedepan dan juga rotor memutar roda gigi sumbu (central gear) kedepan.

4. Langkah Buang (exhaust) :

Sewaktu rotor berputar kearah atau kekamar/sisi berikut, lobang atau pintu gas buang terbuka sehingga sisa pembakaran keluar.

4.Komponen-komponen motor bakar dan fungsinya:

1. Torak

Torak bergerak naik turun didalam silinder untuk langkah hisap,

kompressi, pembakaran, dan pembuangan. Fungsi utama torak untuk

menerima tekanan pembakaran dan meneruskan tekanan untuk memutarkan

poros engkol melalui batang torak ( connetcting rod ).

2. Pegas torak

Fungsinya adalah sebagai berikut:

1.      Mencegah kebocoran campuran udara dan bahan bakar dan gas pembakaran yang melalui

celah antara torak dan dinding silinder.

2.      Mencegah oli yang melumasi torak dan silinder masuk keruang bakar.

3.      Memindahkan panas dari torak ke dinding silinder untuk membantu medinginkan torak.

3.Batang Torak ( Connecting Rod ) 

Batang torak ( connecting rood ) berfungsi menghubungkan

torak ke poros engkol dan selanjutya meneruskan tenaga yang dihasilkan

oleh torak ke pores engkol.

4. Pena Torak ( Piston Pin )

Pena torak berfungsi menghubungkan torak dengan bagian ujung

yang kecil ( small end ) pada batang torak. Dan meneruskan tekanan pembakaran yang

berlaku pada batang torak.

5.   Poros Engkol ( Crank Shaft )

Poros engkol berfungsi untuk merubah tenaga resiprokal/maju

mundur piston menjadi gerak melingkar.

6. Roda Penerus ( Fly Weel )

Roda penerus menyimpan tenaga putar ( inertia )

selama proses langkah lainya kecuali langkah usaha oleh

sebab itu poros engkol berputar secara terus-menerus. Hal ini

menyebabkan engine berputar dengan lembut diakibatkan

getaran tenaga yang dihasilkan. 

7. Silinder Silinder merupakan tempat terjadinya pembakaran pada motor bakar dalam ( internal

combustion engine) (Jacobs and Harrell, 1983).  Pada silinder berlaku hukum Boyle dan

hukum Gay Lussac.  Pada silinder, terjadi perubahan bentuk tenaga, yang semula adalah

tenaga kimia (pada bahan bakar), kemudian dirubah menjadi tenaga panas (pada saat proses

pembakaran), yang akhirnya dirubah menjadi tenaga mekanik (yaitu terjadinya putaran poros

engkol).

8. Mekanisme Katup

                Katup dimiliki oleh motor bakar empat tak, yang

berguna untuk membuka dan menutup saluran pemasukan ke

silinder, dan satu katup lainnya dipakai untuk membuka dan

menutup saluran pengeluaran.

9. Karburator.

Fungsi karburator adalah merubah bahan bakar cair menjadi kabut,memberikan

campuran  bahan bakar ke dalam silinder, dan mencampur bahan bakar dan udara dengan

perbandingan tertentu.

10. Pump Injection (pada motor disel)

Fungsi kompresi pada motor diesel adalah menaikkan efisiensi panas (thermal efficiency),

dan menghasilkan suhu yang tinggi untuk memulai pembakaran. 

11. Sistem Pendingin (radiator)

Tujuan sistem pendingin adalah untuk mencegah suhu yang sangat tinggi (yang

dihasilkan pada proses pembakaran pada silinder), karena suhu yang sangat tinggi tersebut

dapat merusak bagian – bagian dinding silinder, torak, katup, dan bagian motor lainnya, serta

mencegah kerusakan oli pelumas yang melumasi bagian bagian tersebut.

12. Blok silinder/Silinder

Fungsi blok silinder adalah sebagai dudukan kepala silinder,sebagai dudukan silinder

liner dan sebagai dudukan mekanisme poros engkol.

5.Perhitungan volume silinder mesin:Motor Vario TechnoDiketahui:

D(Bore) : 52,4 mm = 5,24 cmS(Stroke) : 57,9 mm = 5,79 cm

Maka:Volume silinder

Vs=π4

D2 . S

¿ 3,144

5,242 .5,79

¿124,8 cc