Motor Bensin dan Prinsip kerjanya

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.
Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.
Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut EFI.

Prinsip Kerja Motor Bensin

Mesin mobil merupakan pembangkit tenaga (gerak), pada mesin inilah dibangkitkan tenaga yang kemudian menlmbulkan gerak putar. Bagian-bagian motor dapat dipisahkan menjadi dua yakni bagian yang bergerak dan bagian yang tak bergerak. Sistim yang ada pada sebuah motor terdiri atas sistem bahan bakar, sistim pelumasan, dan sistim pendingin Motor dibedakan dari proses kerjanya yaitu motor empat (4) takt dan motor 2 takt. Sedangkan berdasarkan penyalaan bahan bakarnya motor juga dibedakan menjadi 2 yaitu motor bensin dan motor diesel.

Motor bensin dan motor diesel bekerja dengan torak bolak balik (naik turun pada motor gerak). Keduanya bekerja pada prinsip 4 langkah dan prinsip ini umumnya digunakan pada teknik mobil. Untuk motor dengan penyalaan busi disebut motor bensin dengan menggunakan bahan bakar bensin(premium), sedangkan untuk motor diesel menggunakan bahan bakar solar atau minyak diesel.

Dalam proses pembakaran tenaga panas bahan bakar diubah ketenaga mekanik melalui pembakaran bahan bakar didalam motor. Pembakaran adalah proses kimia dimana Karbondioksida dan zat air bergabung dengan oksigen dalam udara. Jika pembakaran berlangsung maka diperlukan : a)Bahan bakar dan udara dimasukkan kedalam motor b)Bahan bakar dipanaskan hingga suhu tinggi Pembakaran menimbulkan panas dan menghasilkan tekanan, kemudian menghasilkan tenaga mekanik. Campuran masuk kedalam motor mengandung udara dan bahan bakar. Perbandingan campuran kira kira 12-15 berbanding 1 setara 12-15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar. Yaitu karbon dioksida 85% dan zat asam (Oksigen) 15 % atau 1/5 bagian dengan karbon dioksida dan zat air. Zat lemas (N) tidak mengambil bagian dalam pembakaran.
Jika diperhatikan lebih jauh terdapat banyak perbedaan antara motor bensin dan motor diesel:

Perbedaan motor diesel dan bensin:

1. Gas yang diisap pada langkah motor bensin adalah campuran antara bahan bakar dan udarasedangkan pada motor diesel adalah udara murni.
2. Bahan bakar pada motor bensin terbakar oleh loncatan bunga api busi, sedangkan pada motor diesel oleh suhu kompresi tinggi.
3. Motor bensin menggunakan busi sedangkan motor diesel menggunakan injector (nozzel)

Kelebihan dan kekurangan antara motor bensin dan motor diesel;

Kelebihan dan kekurangan antara motor bensin dan motor diesel

kelebihan

• Getaran motor bensin lebih halus dan pada ukuran dan kapasitas yang sama mesin motor bensin lebih ringan

kekurangan

• Motor bensin tidak tahan bekerja terus-menerus dalam waktun yang lama sedangkan diesel
  sebaliknya. Dengan medan yang berat
• Motor bensin peka pada suhu yang tinggi terutama komponen sistem pengapiannya,
  sedangkan motor diesel tahan bekerja pada suhu yang tinggi
• Bahan bakar motor bensin harus bermutu baik karena peka terhadap bahan bakar, beda dengan dengan motor diesel hampir dapat menggunakan bahan bakar dari berbagai jenis dan mutu.
  Keduanya baik motor bensin dan diesel keduanya bekerja dengan proses 4 tak dan 2 tak, dimana
  motor 4 tak adalah motor yang bekerja setiap satu kali pembakaran bahan bakamya memerlukan
  4 kali langkah piston atau 2 kali putaran poros engkol.

PRINSIP KERJA MOTOR BENSIN EMPAT LANGKAH

Langkah Hisap

Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan bensin di hisap ke dalam silinder.Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak dari titik mati atas ( TMA ) ke titik mati bawah (TMB), menyebabkan ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar. ( Sumber: New Step 1, hal 3 — 4)

Langkah Kompresi

Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, sehingga akan
mudah terbakar. Saat inilah percikan api dari busi terjadi . Poros engkol berputar satu kali ketika torak mencapai titk mati atas ( TMA ). ( Sumber : New Step 1, hal 3 -4)

Langkah Usaha

Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Saat torak mencapai titik mati atas ( TMA ) pada saat langkah kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran yang  telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin.

Langkah Buang

Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder. Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergarak dari titik mati bawah ( TMB ) ke titik mati atas ( TMA ), mendorong gas bekas keluar dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit ( valve overlap ) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan ( campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran ). Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah.

Proses Kerja adalah keseluruhan langkah yang berurutan untuk terjadinya satu siklus kerja dari motor. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulang-ulang. Piston motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya

Pada motor empat langkah, proses kerja motor diselesaikan dalam empat langkah piston. Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian. Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi. Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Pada langkah usaha in terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar) didalam silinder motor / ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dariTMA keTMB. Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan. Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar silinder motor. Jadi pada motor empat langkah proses kerja mptor untuk menghasilkan satu langkah usaha (yang menghasilkan tenaga) diperlukan empat langkah piston. Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol.

Pada motor dua langkah proses kerja motornya untuk mendapatkan satu kali langkah usaha hanya diperlukan dau kali langkah piston. Motor dua langkah yang paling sederhana, pintu masuk atau lubang masuk dan lubang buang terletak berhadap-hadapan yaitu berada pada sisi bawah pada dinding silinder motor. Proses kerjanya adalah sebagai berikut. Piston berada TMB, kedua lubang (masuk dan buang) sama sama terbuka kemudian campuran udara dan bahan bakar dimasukkan kedalam silinder melalui lubang masuk. Gerakan piston dari TMB ke TMA, maka lubang masukakan tertutup dan tertutup pula lubang buang.maka terjadilah langkah kompresi. Pada akhir langkah kompresi ini terjadilah pembakaran gas bahan bakar. Dengan terjadinya pembakaran gas bahan bakar maka dihasilkan tenaga pembakaran yang mendorong piston ke bawah dari TMA ke TMB. Langkah usaha terakhir terjadilah pembuangan gas bekas begitu terbuka lubang buang. Sesudah itu terbuka pula lubang masuk sehingga terjadi pemasukkan gas baru sekaligus mendorong mendorong gas bekas keluar melalui lubang buang. Dengan demikian pada motor dua langkah proses motor untuk menghasilkan satu kali langkah usaha / pembakaran gas dalam silinder , hanya diperlukan dua langkah piston . dilihat dari putaran poros engkolnya diperlukan satu kali putaran poros engkol.

Langkah Hisap
Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan bensin ke dalam silinder. Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar

Langkah Kompresi
Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA), campuran bensin yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, saat ini percikan api dari busi terjadi sebingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar satu kali ketika torak mencapai TMA.

Langkah Usaha
Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenga untuk menngerakkan kendaraan. Sesaat torak mencapai TMA pada saaat langkah kompresi,busi atau meberi loncatan api pada campuran yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin.

Langkah Buang
Dalam langkah ini, gas yang terbakar, akan dibuang dalam siinder. Katup buang terbuka dan torak bergarak dari TMA ke TMB, mendorong gas bekas keluar dari silinder. Ketika torak mencapai TMA, kan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah.

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
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 =   

Kapasitas dan Kerugian Head pada Pompa

Kapasitas Pompa

Kapasitas pompa adalah banyaknya cairan yang dapat dipindahkan oleh pompa setiap satuan waktu . Dinyatakan dalam satuan volume per satuan waktu, seperti :

• Barel per day (BPD)
• Galon per menit (GPM)
• Cubic meter per hour (m3/hr)

Head Pompa

Head pompa adalah energi per satuan berat yang harus disediakan untuk mengalirkan sejumlah zat cair yang direncanakan sesuai dengan kondisi instalasi pompa, atau tekanan untuk mengalirkan sejumlah zat cair,yang umumnya dinyatakan dalam satuan panjang.

Menurut persamaan Bernauli, ada tiga macam head (energi) fluida dari sistem instalasi aliran, yaitu, energi tekanan, energi kinetik dan energi potensial
Hal ini dapat dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :

 Karena energi itu kekal, maka bentuk head (tinggi tekan) dapat bervariasi pada penampang yang berbeda. Namun pada kenyataannya selalu ada rugi energi (losses).

Pada kondsi yang berbeda seperti pada gambar di atas maka persamaan Bernoulli adalah sebagai berikut :

1. Head Tekanan

Head tekanan adalah perbedaan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi tekan dengan head tekanan yang bekerja pada permukaan zat cair pada sisi isap.

2. Head Kecepatan

Head kecepatan adalah perbedaan antar head kecepatan zat cair pada saluran tekan dengan head kecepatan zat cair pada saluran isap.
Head kecepatan dapat dinyatakan dengan rumus :

 3. Head Statis Total

Head statis total adalah perbedaan tinggi antara permukaan zat cair pada sisi tekan dengan permukaan zat cair pada sisi isap.
Head statis total dapat dinyatakan dengan rumus :

Z = Zd - Zs(5)

Dimana  :
Z   :   Head statis total
Zd  :   Head statis pada sisi tekan
Zs   :   Head statis pada sisi isap

Tanda  +   :   Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih rendah dari sumbu pompa (Suction lift).

Tanda  -   :  Jika permukaan zat cair pada sisi isap lebih tinggi dari sumbu pompa (Suction head).

4. Kerugian head (head loss)

Kerugian energi per satuan berat fluida dalam pengaliran cairan dalam sistem perpipaan disebut sebagai kerugian head (head loss).
Head loss terdiri dari :

a. Mayor head loss (mayor losses)

Merupakan kerugian energi sepanjang saluran pipa yang dinyatakan dengan rumus :

Harga f (faktor gesekan) didapat dari diagram Moody (lampiran - 6) sebagai fungsi dari Angka Reynold (Reynolds Number) dan Kekasaran relatif (Relative Roughness  - Îµ/D  ), yang nilainya dapat dilihat pada grafik (lampiran) sebagai fungsi dari nominal diameter pipa dan kekasaran permukaan dalam pipa (e) yang tergantung dari jenis material pipa.

Sedangkan besarnya Reynolds Number dapat dihitung dengan rumus :

b. Minor head loss (minor losses)

Merupakan kerugian head pada fitting dan valve yang terdapat sepanjang sistem perpipaan. Dapat dicari dengan menggunakan Rumus :

Dalam menghitung kerugian pada fitting dan valve dapat menggunakan tabel pada lampiran 4. Besaran ini menyatakan kerugian pada fitting dan valve dalam ukuran panjang ekivalen dari pipa lurus.

c. Total Losses
Total losses merupakan kerugian total sistem perpipaan, yaitu :

Daya Pompa

Daya pompa adalah besarnya energi persatuan waktu atau kecepatan melakukan kerja.
Ada beberapa pengertian daya, yaitu :

1.Daya hidrolik (hydraulic horse power)

Daya hidrolik (daya pompa teoritis) adalah daya yang dibutuhkan untuk mengalirkan sejumlah zat cair. Daya ini dapat dihitung dengan rumus :

2. Daya Poros Pompa (Break Horse Power)

Untuk mengatasi kerugian daya yang dibutuhkan oleh poros yang sesungguhnya adalah lebih besar dari pada daya hidrolik.
Besarnya daya poros sesungguhnya adalah sama dengan effisiensi pompa atau dapat dirumuskan sebagai berikut :

3. Daya Penggerak (Driver)

Daya penggerak (driver) adalah daya poros dibagi dengan effisiensi mekanis (effisiensi transmisi). Dapat dihitung dengan rumus :

Effisiensi Pompa

Effisiensi pada dasarnya didefinisikan sebagai perbandingan antara output dan input atau perbandingan antara HHP Pompa dengan BHP pompa.
Harga effisiensi yang tertinggi sama dengan satu harga effisiensi pompa yang  didapat dari pabrik pembuatnya.
Effisiensi pompa merupakan perkalian dari beberapa effiaiensi, yaitu:

Pompa, dan Jenis-jenis pompa

Pompa adalah alat untuk menggerakan cairan atau adonan. Pompa menggerakan cairan dari tempat bertekanan rendah ke tempat dengan tekanan yang lebih tinggi, untuk mengatasi perbedaan tekanan ini maka diperlukan tenaga (energi). Pompa untuk udara biasa disebut Kompresor, kecuali untuk beberapa aplikasi bertekanan rendah, seperti di Ventilasi, Pemanas, dan Pendingin ruangan maka sebutanya menjadi fan atau Penghembus (Blower) .

Pompa beroperasi dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge). Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang ada sepanjang pengaliran.

Jenis-jenis Pompa 
Klasifikasi Pompa Bila ditinjau dari segi tekanan yang menimbulkan energi fluida maka pompa dapat diklasifikasikan dalam 2 jenis yaitu :

1. Pompa tekanan statis 

Pompa Tekanan Statis Pompa ini disebut juga “positive displacement” dimana head yang terjadi akibat tekanan yang diberikan terhadap fluida dengan cara energi yang diberikan pada bagian utama peralatan pompa menekan langsung fluida yang di pompakan. Jenis pompa yang termasuk dalam golongan statis adalah

          a.       Pompa putar ( Rotary Pump )
          b.       Pompa bolak – balik ( Reciprocating Pump )

2. Pompa Tekanan Dinamis

Pompa ini disebut juga dengan “ Non Positive Displacement Pump “, pompatekanan dinamis terdiri dari poros, sudu – sudu impeller, rumah volut, dan saluran keluar. Energi mekanis dari luar diberikan pada poros pompa untuk memutar impeller. Akibat putaran dari impeler menyebabkan head dari fluida menjadi lebih tinggi karena mengalami percepatan. Ditinjau dari arah aliran yang mengalir melalui sudu – sudu gerak, maka pompa tekanan dinamis digolongkan atas tiga bagian, yaitu :

           a.       Pompa aliran radial
           b.       Pompa aliran aksial
           c.       Pompa aliran campuran

Pompa Sentrifugal

Salah satu jenis pompa pemindah non positip adalah pompa sentrifugal yang prinsip kerjanya mengubah energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller yang berputar dalam casing.
Sesuai dengan data-data yang didapat, pompa reboiler debutanizer di Hidrokracking Unibon menggunakan pompa sentrifugal single - stage double suction.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa Sentrifugal dapat diklasifikasikan, berdasarkan :

1. Kapasitas :

• Kapasitas rendah         < 20 m3 / jam
• Kapasitas menengah   20 -:- 60 m3 / jam
• Kapasitas tinggi           > 60 m3 / jam

2. Tekanan Discharge :

• Tekanan Rendah                       < 5 Kg / cm2
• Tekanan menengah                  5 -:- 50 Kg / cm2
• Tekanan tinggi                           > 50 Kg / cm2

3. Jumlah / Susunan Impeller dan Tingkat :

• Single stage : Terdiri dari satu impeller dan satu casing
• Multi stage   : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun seri dalam satu casing.
• Multi Impeller : Terdiri dari beberapa impeller yang tersusun paralel dalam satu casing.
• Multi Impeller – Multi stage :  Kombinasi multi impeller dan multi stage.

4. Posisi Poros :

• Poros tegak
• Poros mendatar

5. Jumlah Suction :

• Single Suction
• Double Suction

6. Arah aliran keluar impeller :

• Radial flow
• Axial flow
• Mixed fllow

Bagian-bagian Utama Pompa Sentrifugal
Secara umum bagian-bagian utama pompa sentrifugal dapat dilihat sepert gambar  berikut :

Rumah Pompa Sentrifugal

A. Stuffing Box
Stuffing Box berfungsi untuk mencegah kebocoran pada daerah dimana poros pompa menembus casing.

B. Packing
Digunakan untuk mencegah dan mengurangi bocoran cairan dari casing pompa melalui poros. Biasanya terbuat dari asbes atau teflon.

C. Shaft (poros)
Poros berfungsi untuk meneruskan momen puntir dari penggerak selama beroperasi dan tempat kedudukan impeller dan bagian-bagian berputar lainnya.

D. Shaft sleeve
Shaft sleeve berfungsi untuk melindungi poros dari erosi, korosi dan keausan pada stuffing box. Pada pompa multi stage dapat sebagai leakage joint, internal bearing dan interstage atau distance sleever.

E. Vane
Sudu dari impeller sebagai tempat berlalunya cairan pada impeller.

F. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).

G. Eye of Impeller
Bagian sisi masuk pada arah isap impeller.

H. Impeller
Impeller berfungsi untuk mengubah energi mekanis dari pompa menjadi energi kecepatan pada cairan yang dipompakan secara kontinyu, sehingga cairan pada sisi isap secara terus menerus akan masuk mengisi kekosongan akibat perpindahan dari cairan yang masuk sebelumnya.

I. Wearing Ring
Wearing ring berfungsi untuk memperkecil kebocoran cairan yang melewati bagian depan impeller maupun bagian belakang impeller, dengan cara memperkecil celah antara casing  dengan impeller.

J. Bearing
Beraing (bantalan) berfungsi untuk menumpu dan menahan beban dari poros agar dapat berputar, baik berupa beban radial maupun beban axial. Bearing juga memungkinkan poros untuk dapat berputar dengan lancar dan tetap pada tempatnya, sehingga kerugian gesek menjadi kecil.

 K. Casing
Merupakan bagian paling luar dari pompa yang berfungsi sebagai pelindung elemen yang berputar, tempat kedudukan diffusor (guide vane), inlet dan outlet nozel serta tempat memberikan arah aliran dari impeller dan mengkonversikan energi kecepatan cairan menjadi energi dinamis (single stage).