Motor Bakar

TUGAS MATA KULIAH MOTOR BAKAR

“MOTOR BAKAR 4 TAK & 2 TAK”

Disusun Oleh :

JONESMAN SIDABUTAR

05071006022

PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN

JURUSAN TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS SRIWIJAYA

INDRALAYA

2009

PENDAHULUAN

Pada umumnya tenaga penggerak dibedakan atas dua macam yaitu tenaga penggerak untuk memindahkan atau menarik (Pulling/ drawing effort) dan tenaga untuk menggerakan mesin yang tetap (stationary work). Tenaga yang dipergunakan untuk memindahkan (pulling effort) dipergunakan terutama dilapangan seprti untuk menarik, mendorong, dan mengangkut. Tenaga penggerak motor tetap terutama dipergunakan pada peralatan pengolahan/ industri. Tenaga ini pada umumnya dipindahkan dengan mempergunakan gigi, “belt” dan sebagainya.

Selain tenaga manusia ada beberapa macam sumber tenaga yang dapat dijumpai dialam ini yaitu tenaga hewan, tenaga matahari, tenaga angina, tenaga air, tenaga listrik dan tenaga motor bakar.

Perkembangan teknologi memperluas penggunaan motor bakar, pada umumnya motor bakar ini mempergunakan kayu, batu bara, bensin dan solar sebagai bahan bakar. Setelah proses pembakaran, terjadi panas, kemudian timbul tekanan dan akhirnya dirubah menjadi gerakan mekanis yang menghasilkan tenaga. Berdasarkan perbedaan tempat proses pembakaran berlangsung, maka motor bakar dibedakan atas dua jenis yaitu motor bakar eksternal (luar) dan motor bakar internal (dalam). Contoh motor bakar eksternal antara lain “boiler” atau ketel uap, sedangkan motor bakar dalam seprti mesin motor dan sebagainya. Kemajuan teknologi telah menggantikan sebagian motor bakar eksternal dengan motor bakar dalam dengan keuntungan sebagai berikut :

1. Lebih efisien
2. Daya kuda setiap satuan berat lebih besar
3. Konstruksi mesin lebih kompak
4. Lebih mudah dirawat, di “start” dan lebih menarik
5. Dapat dibuat dalam berbagai ukuran sesuai dengan kebutuhan
6. Pe satuan daya kuda lebih murah.

Akan tetapi motor bakar eksternal (ketel uap) mempunyai keuntungan tersendiri pula yaitu :

1. dapat mempergunakan bermacam-macam bahan bakar
2. kecepatan dan tenaga yang berhubungan sangat fleksibel
3. konstruksi sederhana
4. Pelumas tidak sukar
5. Siap untuk merubah arah gerakan pada kekuatan yang sama.

1. Bahan bakar

Sesuai dengan penggunaan bahan bakar pada motor dikenal dua macam jenis bahan bkar yaitu bahan bakar padat, dipergunakan terutama pada motor bakar eksternal dan bahan bakar cair, untuk motor bakar internal. Contoh bahan bakar padat adalah kayu, batu bara dll, bahan bakar cair antara lain : bensin, premium dan solar.

Motor bakar internal mempunyai beberapa kelemahan apabila ditinjau dari penggunaan bahan bakarnya. Kelemahan ini antaralain harus dipergunakan bahan bakar tertentu dan tetap. Bahan bakar ini tidak harus memenuhi beberapa ketentuan untuk dipergunakan sebagai bahan bakar motor internal yaitu;

a. beresensi tinggi

b. dapat diuapkan pada suhu rendah

c. uap ini harus dapat dibakar dalam campuran dengan udara

d. baik bahan bakar maupun hasil pembakarannya tidak berbahaya bagi kesehatan

e. diperoleh dalam jumlah yang besar dialam, mudah diangkut dan tidak membahayakan.

Bahan bakar yang dipergunakan didalam motor bakar internal dicampurkan dengan udara (oksigen) kemudian dibakar sehingga terjadi gas CO₂ dan HO₂ dengan menimbulkan enersi. Persamaan pembakaran ini adalah sebagai berikut :

CH₄ + 2 O₂ menjadi CO₂ + H₂O + E

C₈H₁ + 12,5 O₂ menjadi 8 CO₂ + 9 H₂O + E

Udara yang dipergunakan terdiri dari 79 persen nitrogen (N₂), 20 persen oksigen (O₂ ) dan lain-lain 1 persen. Yang dipergunakan hanyalah kandungan oksigen.

Perbandingan berat bahan bakar udara disebut “air fuel ratio” adalah 15:1 yaitu setiap 15 gram. Udara dicampurkan 1 gram bahan bakar. Proses pembakaran sendiri terjadi pada perbandingan 11,5 : 1 atau 13 :1. pada perbandingan ini 70 sampai 82 persen bahan bakar terbakar. Proses pembakaran yang ekonomis adalah pada perbandingan 13 : 1 atau 13,5 : 1 yaitu antara 82 sampai 86 persen bahan bakar terbakar.

PEMBAHASAN

I. Motor 4 langkah (4 tak )

Motor bakar adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energy kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada masin itu sendiri. Jika ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini (proses pembakaran bahan bakar), maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu: motor pembakaran luar dan motor pembakaran dalam.

a. Motor pembakaran luar
Pada motor pembakaran luar ini, proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar
mesin itu, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mesin tersendiri. Panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi tenaga gerak, tetapi terlebih dulu melalui media penghantar, baru kemudian diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya pada ketel uap dan turbin uap.

b. Motor pembakaran dalam
Pada motor pembakaran dalam, proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalammesin itu sendiri, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung bisa diubah menjadi tenaga mekanik. Misalnya : pada turbin gas, motor bakar torak dan mesin propulasi pancar gas.

A. Prinsip Kerja Motor Bensin

Pada motor bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi termal. Energi ini selanjutnya digunakan untuk melakukan gerakan mekanik. Prinsip kerja motor bensin, secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : campuran udara dan bensin dari karburator diisap masuk ke dalam silinder, dimampatkan oleh gerak naik torak, dibakar untuk memperoleh tenaga panas, yang mana dengan terbakarnya gas-gas akan mempertinggi suhu dan tekanan. Bila torak bergerak turun naik di dalam silinder dan menerima tekanan tinggi akibat pembakaran, maka suatu tenaga kerja pada torak memungkinkan torak terdorong ke bawah. Bila batang torak dan poros engkol dilengkapi untuk merubah gerakan turun naik menjadi gerakan putar, torak akan menggerakkan batang torak dan yang mana ini akan memutarkan poros engkol. Dan juga diperlukan untuk membuang gas-gas sisa pembakaran dan penyediaan campuran udara bensin pada saat-saat yang tepat untuk menjaga agar torak dapat bergerak secara periodik dan melakukan kerja tetap.

Kerja periodik di dalam silinder dimulai dari pemasukan campuran udara dan bensin ke dalam silinder, sampai pada kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas sisa pembakaran dari dalam silinder inilah yang disebut dengan “siklus mesin”. Pada motor bensin terdapat dua macam tipe yaitu: motor bakar 4 tak dan motor bakar 2 tak. Pada motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus memerlukan 4 gerakan torak atau dua
kali putaran poros engkol, sedangkan pada motor 2 tak, untuk melakukan satu siklus hanya memerlukan 2 gerakan torak atau satu putaran poros engkol.

B. Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah

Torak bergerak naik turun di dalam silinder dalam gerakan reciprocating. Titik tertinggi yang dicapai oleh torak tersebut disebut titik mati atas (TMA) dan titik terendah disebut titik mati bawah (TMB). Gerakan dari TMA ke TMB disebut langkah torak (stroke). Pada motor 4 langkah mempunyai 4 langkah dalam satu gerakan yaitu langkahpenghisapan, langkah kompresi , langkah kerja dan langkah pembuangan.

B.1. Langkah hisap

Pada gerak hisap, campuran udara bensin dihisap ke dalam silinder. Bila jarum dilepas dari sebuah alat suntik dan plunyernya ditarik sedikit sambil menutup bagian ujung yang terbuka dengan jari (alat suntik akan rusak bila plunyer ditarik dengan tiba-tiba), dengan membebaskan jari akan menyebabkan udara masuk ke alat suntik ini dan
akan terdengar suara letupan. Hal ini terjadi sebab tekanan di dalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama juga terjadi di mesin, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan kehampaan di dalam silinder, dengan demikian campuran udara bensin dihisap ke dalam. Selama langkah torak ini, katup hisap akan membuka dan katup buang menutup.

B.2. Langkah kompresi

Dalam gerakan ini campuran udara bensin yang di dalam silinder dimampatkan oleh torak yang bergerak ke atas dari TMB ke TMA. Kedua katup hisap dan katup buang akan menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik.
Bila tekanan campuran udara bensin ini ditambah lagi, tekanan serta ledakan yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak ke bawah. Sekarang torak sudah melakukan dua gerakan atau satu putaran, dan poros engkol berputar satu putaran.

B.3. Langkah kerja

Dalam gerakan ini, campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan menyebabkan terbakar dan menghasilkan tenaga yang mendorong torak ke bawah meneruskan tenaga penggerak yang nyata. Selama gerak ini katup hisap dan katup buang masih tertutup. Torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran.
B.4. Langkah buang

Dalam gerak ini, torak terdorong ke bawah, ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong gas-gas yang telah terbakar dari silinder. Selama gerak ini kerja katup buang saja yang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan pekerjaan seperti di atas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai gerak hisap. Sekarang motor telah melakukan 4 gerakan penuh, hisap-kompresi-kerja-buang. Poros engkol berputar 2 putaran, dan telah menghasilkan satu tenaga. Di dalam mesin sebenarnya, membuka dan menutupnya katup tidak terjadi tepat pada TMA dan TMB, tetapi akan berlaku lebih cepat atau lambat, ini dimaksudkan untuk lebih efektif lagi untuk aliran gas.

Salah satu kekurangan dari mesin 2 langkah adalah tidak terpisahnya proses pembakaran dan pemasukan. Gas buang sisa pembakaran didorong keluar oleh desakan dari gas baru masuk dari crankcase (karter). Semaik efektif sistem pembilasan (scavenging) ini maka mutu pembakaran berikutnya akan semakin baik karena kemungkinan gas buang tercampur dengan gas baru akan berkurang. Namun jika gas datang dibilaskan "sebanyak-banyaknya" maka mereka semua akan terbuang percuma menuju ke knalpot tanpa berguna menghasilkan tenaga. Seperti sebagian sudah mengetahui, knalpot pada motor 2 langkah memegang peranan penting sekali dalam menghasilkan tenaga, kadang >30%. Knalpot-knalpot modern mesin 2 langkah
dirancang tidak saja mampu "menyedot" gas buang dan gas baru untuk proses pembilasan yang sempurna, namun juga mampu "mendorong balik" gas baru yang sebelumnya telah tersedot keluar kembali menuju mesin. Inilah yang menyebabkan mesin 2 langkah mempu mencapai efisiensi volumetrik (VE) >100%. Pada mesin 4 langkah non turbo
dan supercharger VE berkisar antara 60-75% untuk kendaraan produksi dan mendekati 90% untuk mesin balap (kondisi statik, pada daerah putaran mesin tertentu saja). Jadi dengan VE 60% suatu mesin dengan volume 100cc hanya mampu membakar 60cc campuran gas & bahan bakar. Menurut data dari Eric Gorr, mesin2 GP125 umumnya mencapai VE sampai 144%, yang berarti mereka membakar 180cc dengan kapasitas silinder hanya 125cc saja! Pada saat VE maksimum, konsumsi BBM mesinpun menurun berdasarkan perhitungan BSFC tentunya! BSFC = Brake Specific Fuel Consumption, artinya berapa banyak tenaga yang bisa dihasilkan suatu mesin per satuan bahan bakar yang dikonsumsinya. Oleh karena itu para pembuat motor 2 langkah meningkatkan desain knalpot untuk mendapatkan tenaga yang semakin baik dan efisien. Tapi sayangnya
kondisi ini tidak gratis. Knalpot yang dirancang untuk bekerja efisien di putaran tertentu cenderung membuat pengoperasian diputaran lainnya menjadi tidak efisien. Detil dari cara kerja knalpot tidak akan saya bahas disini karena akan membuat fokus topik blur, jika ADA yang berminat, maka akan saya posting di thread terpisah. Singkat kata demi mendapatkan mesin yang mampu beroperasi dengan efisien di putaran tertentu, produsen selama ini terpaksa berkompromi pada putaran mesin lainya. Dalam istilah Yamaha kondisi ini disebut dengan "through of torque" (TOT). Pada kondisi ini tenaga mesin menurun, konsumsi bahan bakar dan tingkat rideability motor pun menurun.
Penggunaan IC atau YEIS ternyata mampu mengurangi kerugian dari desain
knalpot yang baik. Dengan cara ini maka daerah pengoperasian efisien dari suatu mesin meluas. Misal sebelumnya motor mulai bertenaga mulai dari putaran 5000rpm - 8000rpm, kini dapat menjadi 3000rpm - 8000rpm. Cara paling mudah untuk mengetahui pada putaran mesn berapa mesin mengalami TOT adalah dengan membuka saringan udara dan melihat kapan karburator memuntahkan kabut tipis kearah luar. Kabut tipis ini akan mengacaukan pembakaran karena mesin akan mendapatkan campuran bahan bakar yang terlalu kaya (kebanyakan bensin). Kabut bensin tipis ini terjadi karena pulsa gelombang knalpot yang kembali ke mesin sebelum waktunya, mambuat bahan bakar yang masuk termuntahkan keluar lagi melalui karburator. Pada saat pulsa ini melewati venturi karburator dia selalu mengangkat bensin dari dalam mangkuk karburator karena sifat venturi karburator itu sendiri. Jika kita mengurangi pasokan bensin pada
putaran tersebut maka solusi masih belum terjawab arena pada kondisi beban penuh mesin malah akan kekurangan bensin. Mirip buah simalakama. Motor yang diset enak untuk pemakaian ringan tidak memiliki settingan sama dengan mesin yang enak dipakai berakselerasi. Yamaha menemukan bahwa kondisi "through of torque" terjadi pada kondisi:

· Beban ringan

· Pembukaan gas kecil <1/4 throttle

Dalam menemukan dimensi optimal dari tabung YEIS, Yamaha melakukan
penelitian yang akhirnya membuahkan hasil sebagai berikut: Prinsip kerja menggunakan resonansi dari pulsa gelombang intake (pemasukan) - Intake pulse resonant. Dari sekian banyak model dan nama yang beredar dipasaran, prinsip kerjanya tetap sama. Prinsip kerjanya memanfaatkan fenomena yang ditemukan oleh tuan Hemholtz. Tuan Hemholtz
telah merumuskan suatu formula universal yang mendasari teori resonansi gas dalam suatu tabung. Rumus umunya adalah sebagai berikut:

F = Vs/2pi*((A/VC(L+1/2(A*pi)^0,5))^0,5

dimana,
F= frekuensi resonansi (Hz)
Vs= kecepatan suara dalam gas (cm/menit)
A= luas area tabung (cm^2)
L= panjang tabung (cm)
Vc= volume tabung (cm^3)
pi= 3,14.

Untuk kasus dalam IC maka rumusnya berubah menjadi sebagai berikut:

F = a/2pi*((pi*(Dp/2)^2/Vb*(Lp+1,57*(Dp/2)))^0,5

dimana,
F = frekuensi resonansi/putaran mesin (Hz)
pi = 3,14
Dp = diameter batang pipa IC (cm)
Lp = panjang pipa IC (cm)
Vb = Volume tabung (bukan pipa) IC (cm)
a = kecepatan suara dalam gas, biasa digunakan 204000 cm/detik

Mesin yang menjadi bahan penelitian pada waktu itu memiliki spesifikasi
sebagai berikut:

Bore/diameter piston = 56mm
Stroke/langkah piston 50mm
Volume/kapasitas = 123cc
CR/kompresi = 1:6.67
Port timing
Exhaust/lubang buang = 90deg
Transfer/lubang bilas = 121deg

Kalau anda perhatikan sangat mirip dengan model indonesia yang dikenal
dengan nama RX-King bukan? Hanya saja dengan rasio kompresi yang lebih kecil dan kapasitas silinder hanya 123cc.Dari hasil penelitian terbukti bahwa YEIS ini mampu mengembalikan torsi yg hilang karena faktor design mesin dan mengurangi konsumsi bahan bakar sampai 14% pada kondisi pengoperasian sehari-hari.

Sebagai contoh:

Vb = 400cc
Dp = 0,8cm
Lp = 20cm

maka akan didapatkan,

F sebesar 41,667Hz atau 2500rpm

Berdasarkan percobaan yang dilakukan oleh Yamaha akhirnya didapat kesimpulan sebagai berikut :

YEIS berfungsi optimal pada kondisi-kondisi:

· Frekuensi maksimum dari YEIS harus dibuat sama dengan frekuensi (rpm) pada saat mesin mengalami TOT

· Volume dari tabung utama YEIS harus di buat minimal sama dengan volume silinder mesin

· Luas penampang dari batang YEIS yang berada pada intake manifold harus minimal sama dengan ukuran luas penampang efektif karburator pada pembukaan yang diinginkan. Misal ¼ throttle pada karburator 28 mm sama dengan ¼ x pi x (14) ^2=153,93 mm^2

Dari hasil percobaan juga diketahui bahwa YEIS tidak menunjukkan pengurangan berarti pada output WOT (wide open throttle) - WOT = kondisi bukaan gas penuh, sedikit sekali penurunan dari output maksimum mesin. Menurut hemat saya selama bentuk laluan dari intake manifild dan posisi lubang YEIS tidak terlalu menghambat aliran gas masuk, maka pemakaian YEIS memberikan selalu akan memberikan keuntungan. Menurut John Robinson pada bukunya: 4 stroke Tuning, pemakaian intake chamber juga memberikan keuntungan dengan mengurangi blowback di karburator. Hasilnya tentu tenaga konsumsi bahan bakar yang lebih baik pada putaran rendah. Pengalaman pribadi saya juga membuktikan bahwa pemakaian IC pada motor 4 langkah (GL Pro dan Supra) sangat meningkatkan respon mesin pada putaran rendah (1000 - 2000rpm). Masalahnya hanya ribet saja karena bingung tabung nongol-nongol disekitar intake manifold.

Cara Kerja Motor Bakar Diesel 4 Langkah

Motor Bakar Diesel 4 tak pertama kali didemonstrasikan oleh Rudolf Diesel pada tahun1892,oleh sebab itu dikenal sebagai siklus Diesel (Diesel cycle).Keempat langkah pada motor empat langkah adalah langkah masuk, langkah kompresi, langlah tenaga dan langkah buang. Masing masing langkah terjadi pada satu langkah penuh dari piston, oleh sebab itu satu suklus lengkap memerlukan dua kali putaran poros engkol.

Langkah Masuk (Intake). Pada langkah ini piston bergerak dari atas ke bawah sekaligus menghisap udara masuk melalui lubang pemasukan. Pada saat ini katup masuk terbuka dan katup buang dalam keadaan tertutup.

Langkah Buang (Exhaust). Pada langkah ini piston bergerak dari bawah ke atas dan mendorong sisa hasil pembakaran ke luar melalui lubang pengeluaran. Pada saat ini katup buang terbuka dan katup masuk dalam keadaan tertutup.

Langkah Tekan (Compression). Pada langkah ini piston bergerak dari bawah ke atas menekan udara yang menyebabkan peningkatan suhu dan tekanannya. Pada saai ini kedua katup dalam keadaan tertutup.

Langkah Tenaga (Power). Pada saat piston mencapai titik mati atas selanjutnya bahan bakar diinjeksikan melalui injektor. Karena udara yang sudah dimampatkan suhunya menjadi sangat tinggi maka bahan bakar yang disemprotkan tersebut tersundut dengan sendirinya (compression ignition). Energi dari ledakan ini kemudian mendorong piston ke bawah. Pada saai ini kedua katup dalamkeadaan tertutup.