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
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 dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm
MOTOR BAKAR
2.1 Teori Dasar
2.1.1 Motor Bensin.
Motor bensin termasuk ke dalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar bensin dilengkapi dengan busi dan karburator yang membedakanya dengan motor diesel .
Busi berfungsi untuk membakar campuran udara-bensin yang telah dimampatkan dengan jalan memberi loncatan api listrik diantara kedua elektrodanya. Karena itu motor bensin dinamai dengan spark ignitions. Sedangkan karburator adalah tempat bercampurnya udara dan bensin. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik dari busi menjelang akhir langkah kompresi.
Motor diesel tipe penyalaannya yaitu dengan kompresi, dimana pada langkah hisap hanya udara yang dimasukkan kedalam ruang bakar dan pada sesaat menjelang langkah kompresi berakhir bahan bakar disemprotkan dan dengan tekanan dan temperatur yang tinggi terjadilah pembakaran. Dalam perkembangannya kedua motor bakar ini sangat banyak digunakan baikitu dikendaraan maupun di aparatus yang lain.
Siklus Otto(ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan.
Keterangan grafik
- 0 – 1 Proses pengisapan udara dan pemasukan bahan bakar dari luar.
- 1 – 2 Kompresi (Proses Isentropik)
- 2 – 3 Pemasukan Kalor (Terjadi Pada Tekanan Konstan)
- 3 – 4 Kerja (Diangap proses Isentropik)
- 4 – 1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan).
Daya Poros
Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol.
Daya poros diketahui dari pengukuran, dinamometer-brake digunakan untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol.
Tekanan Efektif Rata – rata
Tekanan efektif rata – rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.
Efisiensi Termal
Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.
Efisiensi volumetrik
Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran ideal.
Pemakaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/jam, misalkan pemakaian 50cc bahan bakar setiap detik maka jumlah bahan bakar yang dipakai dalam kg/jam adalah :
mf = . Spgr bahan bakar . kg/jam
Pemakaian bahan bakar spesifik
Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai perjam untuk menghasilkan setiap kW daya motor.
Perbandingan Bahan Bakar-Udara
Untuk menentukan perbandingan – perbandingan bahan bakar-udara digunakan persamaan :
Laju Air Pendingin
Alat ukur ini digunakan untuk mengukur volume aliran air yang masuk radiator, maka debit aliran air dapat ditentukan :
Qa =
Maka laju massa aliran air :
ma = kg/s
dimana :
ma = laju massa air pendingin
= massa jenis air, kg/m3
Qa = debit aliran air, m3/s
Prinsip keseimbangan energi digunakan untuk mengetahui energi dalam bentuk panas yang digunakan secara efektif pada suatu sistem. Skema keseimbangan energi seperti gambar dibawah ini :
2.1.2. Motor Bakar Diesel
Motor bakar diesel yang berbeda dengan motor bakar bensin proses penyalaannya bukan dengan loncatan bunga api listrik. Pada langkah isap hanyalah udara segar yang masuk kedalam silinder. Pada waktu torak hampir mencapai TMA bahan bakar disemprotkan kedalam silinder.
Terjadilah penyalaanan untuk pembakaran, pada saat udara masuk kedalam silinder sudah bertemperatur tinggi.
sistim bahan bakar
ada tiga sistem yang banyak dipakai dalam penyaluran bahan bakar dari tangki bahan bakar sampai masuk kedalam silinder pada motor diesel
1. sistem pompa pribadi
2. sistem distribusi dan
3. sistem akumulator
Prinsip Dasar Motor Diesel Empat Langkah
Mesin empat langkah adalah mesin yang melengkapi satu siklusnya yang terdiri dari proses kompresi, ekspansi, buang dan hisap selama dua putaran poros engkol. Prinsip kerja motor diesel empat langkah di gambarkan pada gambar 2.1 dibawah ini.
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Diesel Empat Langkah
Tinjauan Energi Motor Diesel
Motor diesel dapat dipandang sebagai sistem yang menerima energi, mengubah sebagian energi menjadi kerja dan membuang sebagian energi lain. Aliran energi masuk berasal dari udara dan bahan bakar. Energi yang hilang berupa energi thermal yang terbawa oleh gas buang, energi hilang dari radiator dan rugi gesekan, sehingga volume atur dapat digambarkan seperti gambar 2.4.
Gambar 2.4. Volume Atur Untuk Menganalisa Kerja Maksimum
Parameter-parameter mesin
Parameter-parameter mesin yang diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar diesel
Gambar 2.1. Sistem Motor Bakar
Untuk sebuah mesin dengan diameter silinder B , crank offset a , panjang langkah S dan perputar dengan kecepatan N seperti pada gambar 2.1 maka kecepatan rata-rata piston adalah ;
= 2SN
dimana N biasanya diberi satuan RPM (revolution per minute), dalam m/detik (ft/sec), dan B,a dan S dalam m atau cm (ft atau in).
Jarak s antara crank axis dan wrist pin axis diberikan oleh persamaan
s = a cos +
dimana :
a = crankshaft
r = connecting rod length
= crank shaft offset
Metoda Perhitungan
Daya poros efektif, Ne
Daya poros diperoleh dari pengukuran, dihitung dalam watt (Nm/s) atau dalam kW dan didefinisikan sebagai momen torsi dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol.
T = m . g . l (N.m)
dimana :
T = Momen torsi, Nm
M = Gaya berat, kgf
G = gaya gravitasi bumi, m/s2
L = panjang lengan momnen torsi, m
maka :
Ne = (kW)
Ne = Daya poros efektif, kW
N = putaran poros engkol, rpm
Tekanan efektif rata – rata, Pe
Tekanan efektif rata –rata didefinisikan sebagai tekanan efektif dari fluida kerja terhadap torak sepanjang langkahnya untuk menghasilkan kerja persiklus.
Pe = (kPa)
dimana:
Pe = tekanan efektif rata – rata, kPa
Z = Jumlah silinder
a = Jumlah siklus per putaran
= 1 untuk motor 2-langkah
= 2 untuk motor 4-langkah
Pemakaian bahan bakar, mf
Pemkaian bahan bakar dinyatakan dalam kg/h, maka jumlah bahan bakar yang terpakai sebanyak 10cc dalam detik adalah :
mf = (kg/h)
dimana :
t = waktu pemakaian bahan bakar sebanyak 10 cm3
bb = massa jenis bahan bakar
= 0,7329 gram/cm3 untuk bensin
Pemakaian bahan-bakar spesifik, Be
Pemakaian bahan bakar spesifik merupakan parameter penting untuk sebuah motor yang berhubungan erat dengan efisiensi termal motor. Pemakaian bahan bakar spesifik didefinisikan sebagai banyaknya bahan bakar yang terpakai per jam untuk menghasilkan
Setiap kW daya motor.
Be = (kg/kWh)
Laju aliran massa udara, ma
Daya yang dapat dihasilkan motor dibatasi opleh jumlah udara yang diisap ke dalam silinder. Pemakaian udara diukur dengan manometer tabung-U, dimana yang diukur adalah beda tekanan pada tabung pitot. Laju aliran udara karena pengaruh perbedaan tekanan pada tabung pitot.
Kecepatan aliran udara melewati pitot :
vu = C (m/s)
Laju aliran udara volumetrik yang melewati orifis :
mv = (m3/s)
maka laju aliran udara adalah:
ma = (kg/h)
Perbandingan bahan bakar-udara, F/A
Perbandingan bahan bakar-udara yang masuk ke karburator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
F/A =
Laju air pendingin
Maka laju massa aliran air :
ma = a . Qa (kg/s)
dimana :
ma = laju massa air
a = massa jenis air, kg/m3
Qa = debit aliran air, m3/s
Efisiensi volumetrik, v
Efisiensi volumetrik didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran udara sebenarnya terhadap laju aliran aliran udara ideal diperoleh dari persamaan :
Persamaan laju aliran udara ideal :
mia = VL z n a kg/h
Efisiensi volumetrik adalah:
Efisiensi termal,
Efisiensi termal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah energi bahan bakar yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu.
Neraca kalor
Panas yang dihasilkan dapat digunakan secara efektif. Sebagian panas yang hilang dapat dinyatakan dengan prinsip balance energi sebagai berikut :
a). Energi Masuk
• Energi bahan bakar masuk (Hf)
Hf = mf . LHV (kW)
• Energi udara masuk (Hu)
Hu = mu . cpu . T1 (kW)
b). Energi Keluar
• Energi gas buang (Hgb)
Hgb = (mu + mf) . cpgb . Tgb (kW)
asumsi : cpgb = 950 + (0.25Tgb) (J/kg. )
• Energi poros efektif dalam bentuk panas
HNe = Ne (kW)
• Energi keluar air pendingin (Hap)
Hap = map . cpap . (Tk – Tm) (kW)
c). Energi Yang Hilang (Qloss)
Qloss = (Hu¬ + H¬¬f) – (H¬¬Ne + H¬ap¬ + Hgb¬) (kW)
Persentase keseimbangan energi menjadi :
1 =
Tidak ada komentar:
Posting Komentar