Motor Bensin

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Bensin
Daur otto adalah daur model untuk berbagai model motor bakar dengan pengapian busi. Sewaktu torak berada pada titik mati atas (TMA), berbagai katup pemasukan membuka dan mencampur bahan bakar segar diisap ke dalam silinder. Pada titik mati bawah (TMB) katup pemasukan menutup dan selama langkah kembali ke TMA gas akan dikompresikan. Dalam sistem yang diidealisasikan, pengapian terjadi secara seketika pada TMA, sehingga menimbulkan peningkatan temperatur dan tekanan gas yang cepat. Kemudian gas diekspansikan selama langkah kerja, sehingga pada langkah TMB berbaga katup pembuangan terbuka, dan gas akan ditekan keluar melalui saluran pembuangan. Kerja oleh torak terhadap gas di dalam silinder selama langkah pembuangan secara seksama dengan kerja yang dilakukan oleh gas terhadap torak selama langkah isap.
Pembakaran memerlukan waktu untuk kelangsungannya, dan oleh karena itu pembakaran dimulai sebelum TMA dengan mempercepat pengapian. Selanjutnya terhadap kerugian tekanan sewaktu aliran melalui katup pada langkah isap dan buang, torak harus melakukan kerja terhadap udara untuk mengeluarkannya, dan kerja ini lebih besar dari kerja yang dilakukan gas-gas dalam silinder terhadap torak selama langkah isap.

2.2 Motor Bensin Empat Langkah
Siklus yang terjadi pada motor besin empat langkah adalah:
1. Langkah Isap (Intake Sroke).
Pada angkah isap torak bergerak dari posisi TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah). Pada saat torak bergerak dari TMA menuju TMB, tekanan didalam silinder akan menjadi lebih rendah dari tekanan luar yang mengakibatkan campuran udara bensin dari karburator masuk kedalam slinder dan kemudian katup masuk tertutup.
2. Langkah kompresi (Compression Stroke).
Dalam gerakan ini campuran udara bensin didalam silinder dmampatkan oleh torak yang bergerak keatas dari TMB ke TMA. Kedua katup isap 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.
3. Langkah Kerja (Work Stroke).
Campuran gas yang dimampatkan dibakar dengan dipicu oleh percikan bunga api pada ujung-ujung elektroda busi yang menjorok kedalam ruang bakar. Akibat pambakaran tersebut tekanannya menjadi tinggi sehingga torak didesak ke TMB dengan kuat. Dalam gerakan ini motor melakukan usaha atau kerja. Torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu setengah putaran
4. Langkah Buang (Exhause Stroke).
Dalam gerakan ini, torak terdorong kebawah, ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong gas-gas yang telah terbakar dari silinder. Selama gerakan ini katub buang saja yang terbuka. Pada saat torak mencapai TMA, torak akan kembali pada keadaan semula untuk memulai gerak isap. Sekarang motor telah melakukan 4 gerakan penuh, isap – kompresi – kerja - buang. Poros engkol berputar 2 putaran, dan telah menghasilkan satu tenaga.















Gambar2.1 four stroke engine system
Berkut ini adalah beberapa istilah penting dalam siklus ideal motor bensin 4 langkah:
1. Cilnder bore
Adalah diameter silinder dimana piston bergerak
2. Panjamg langkah
Piston bergerak dalam silinder karena rotasi engkol, Posisi paling atas disebut Titik Mati Atas (TMA) dan posisi paling bawah disebut Titik Mati Bawah (TBM) jarak antara Titik Mati Bawah disebut panjang langkah.
3. Volume clearence
Adalah volume yang ditempati fluida kerja, ketika piston menempati titik mati atas (TMA) disebut volume clearence
4. Volume langkah (Vs)
Volume sapuan oleh piston ketika bergerak antara TMA dan TMB disebut volume langkah.
Vs = Luas penampang Piston X Panjang Langka
=
Dimana, d = diameter piston
5. Volume silinder penuh
Volume yang ditempati oleh fluida kerja ketika piston berada pada titik mati bawah disebut volume silinder penuh. Volume silinder penuh sama dengan volume clearence ditambah dengan volume langkah.
6. Rasio kompresi
yaitu perbandingan volume silinder penuh terhadap volume clearence
r =
7. Tekanan efektif rata-rata
Pada kenyataannya tekanan didalam silinder berubah-ubah sesuai posisi piston, tekanan efektif rat-rata adalah tekanan konstan yang bekerja pada piston selama langkah kerja, yang akan menghasilkan jumlah kerja yang sama seperti yang dihasilkan oleh tekanan aktual yang bervariasi yang dihasilkan selama siklus.
Tekanan efektif rata-rata = kerja yang dilakukan dibagi dengan volume perpindahan.
2.3 Parameter Unjuk Kerja Motor Bakar
Tujuan dalam menganalisa unjuk kerja adalah untuk memperbaiki keluaran dari keluaran dan kehandalan dari mesin sehinggga biaya yang dikeluarkan dapat direduksi seminimal mungkin. Untuk mencapai tujuan diatas maka harus dicoba berbagai konsep perancangan. Dalam memperoleh pengaruh konsep perancangan terhadap unjuk kerja mesin maka harus dilakukan pengujian.
Pengujian dari suatu motor bakar adalah untuk mengetahui kinerja dari motor bakar itu sendiri. Parameter-parameter yang akan dibahas untuk mngetahui kinerja mesin dalam penelitian motor otto empat langkah meliputi:
1. Torsi (T)
2. Daya efektif (Ne)
3. Komsumsi bahan bakar spesifik (SFCe)
4. Efisiensi Termal Efektif (ηe)
2.3.1 Torsi (T)
Torsi merupakan gaya putar yang dihasilkan oleh poros mesin. Besarnya torsi suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan alat yang disebut dynamometer, yang akan menunjukkan besarnya gaya atau beban pengereman pada poros, sehingga harga torsi dapat dicari dari hubungan antara perkalian besanya beban pengereman dengan panjang lengan yang menghubungkan timbangan dengan poros. Besarnya torsi dapat dirumuskan sebagai berkut:
T=F.L [Kg.m]
Dengan :
T = Torsi (Kg.m)
F = besarnya beban pengereman (Kg)
L = panjang lengan dinsmometer = 0358 (m)
2.3.2 Daya Efektif (Ne)
Daya efektif merupakan daya yang dihasilkan oleh poros engkol untuk menggerakkan beban. Daya efektif ini dibangkitkan oleh daya indikasi, yaitu suatu daya yang dihasilkan oleh torak, dimana sebagian dari daya ini digunakan untuk mengatasi gesekan mekanis, misalnya gesekan antara torak dengan dinding silinder, gesekan antara poros dan bantalan, untuk menggerakkan peralatan Bantu (pendingin, kipas radiator,dsb), dan lainnya.
Daya efektif didapatkan dengan mengalikan torsi (T) dengan kecepatan anguler poros (ω). Persamaannya adalah berikut
Ne = T.ω =
Dengan:
T = Torsi (Kg.m)
ω = Kecepatan anguler poros (rad. detik )
n = Putaran poros (rpm)



2.3.3 Konsumsi Bahan Bakar Efektif (SFCe)
Konsumsi bahan bakar spesifik adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan daya efektif sebesar IPS selama 1 jam. konsumsi bahan bakar diukur dengan menggunakan tabung ukur yang telah diketahui volumenya. Bahan bakar akan dialirkan melalui tabung ukur ini kemudian diamati waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar sebesar volume tersebut pada saat mesin bekerja. Konsumsi bahan bakar tersebut dikonversikan kedalam satuan Kg/ jam, maka akan diperoleh:
Fc =
Dengan:
Fc = konsumsi bahan bakar (kg.jam )
b = volume bahan bakar selama t detik (ml)
t = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak b ml (dt)
= berat spesifik bahan bakar (Kg.lt )
Dari nilai konsumsi bahan bakar (Fc) didapat spesifik fuel consumption effective (SFCe) dengan persamaan sebagai berikut:
SFCe =
Dengan:
SPCe = konsumsi bahan bakar spesifik efektif (Kg.PS .jam )
Fc = konsumsi bahan bakar (kg.jam )
Ne = daya efektif (PS)
konsumsi bahan bakar
Konsumsi bahan bakar spesifik efektif dapat dijadikan ukuran ekonomis dan tidaknya pemakaian bahan bakar. Konsumsi bahan bakar spesifik efektif yang rendah menunjukkan efisiensi termal efektif yang tinggi karena efisiensi termal efektif berbanding terbalik dengan nilai konsumsi bahan bakar spesifik.
2.3.4 Efisiensi termal efektif ( )
Efisiensi termal efektif merupakan perbandingan antara kalor yang dirubah menjadi daya efektif dengan kalor yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal efektif merupakan suatu ukuran untuk mengetahuiekonomis atau tidaknya dalam pemakaian bahan bakar, karena nilai dari efisiensi termal efektif bebrbanding terbalik dengan nilai konsumsi bahan bakar spesifik. Jadi jika konsumsi bahan bakar spesifik efektif semakin turun, maka efisiensi termal efektif akan meningkat. Besarnya efisiensi termal efektif dapat dihitung dengan rumus:

Dengan:
= efisiensi termal efektif (%)
Qe = jumlah kalor yang digunakan ntuk daya efektif (kkal.Kg )
Qb = jumlah kalor dari pembakaran baha bakar dan udara (kkal.Kg )
LHV = nilai kalor rendah bahan bakar (kkal.kg ).


2.4 Sistem Bahan Bakar
Didalam motor bensin selalu kita harapkan bahan bakar dan udara itu sudah bercampur deangan baik sebelum dinyalakan oleh busi. sistem pembakaran dimulai dari pompa bahan bakar yang mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang harus tersedia didalam karburator. Pompa ini terutama dipakai apabila letak tangki lebih redah dibandingkan karburatornya.
Untuk membersihkan bahan bakar dari kotoran atau penyumbat saluran bahan bakar yang masuk kekarburator maka digunakan saringan yang dipasang di saluran tangki bahan bakar ke karburator. Sebelum masuk ke silinder, udara mengalir melalui karburator yang mengatur pemasukan, pencampuran dan pengabutan bahan bakar kedalam arus udara sehingga diperoleh perbandingan campuran yang sesuai dengan keadaan beban dan kecepatan poros engkol.
Pembakaran dalam ruang bakar terjadi dengan sangat cepat, tetapi ada jeda waktu sesaat awal penyalaan api oleh busi sampai campuran bahan bakar dan udara terbakar habis. setelah busi menyala, nyala api akan merambat kesegala arah dengan kecepatan yang sangat tinggi (20-50 m/s) dan menyalakan campuran yang terbakar (arismunandar,2002:82).





Gambar 2.3 persiapan proses pembakaran motor bensin
2.5 Jenis Bahan Bakar
Bahan bakar adalah material dengan suatu jenis energi yang bisa diubah menjadi energi berguna lainnya. Berdasarkan jenisnya bahan bakar dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu:
1. Bahan bakar padat
Ada berbagai jenis bahan bakar padat. Yang termasuk bahan bakar padat adalah batu bara dan kayu. Seluruh jenis tersebut dapat terbakar dan menimbulkan api dan panas. Pada zaman dahulu batu bara dibakar didalam kereta uap untuk memanaskan air sehingga menjadi uap untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi pada kereta tersebut. Sedangkan kayu umumnya hanya digunakan untuk pemanasan domestic.
2. Bahan bakar cair dan gas
Bahan bakar yang non solid (padat) termasuk minyak dan gas (keduanya mempunyai subjenis yang beragam diantaranya adalah bahan bakar alam dan premium/ bensin). Bahan bakar yang memiliki potensi besar adalah hydrogen. Hydrogen adalah bahan bakar yang unsur pembentuk utamanya adalah air dan gas. Kita ketahui bersama air memiliki jumlah yang begitu besar maka air bisa dikatagorikan sebagai energi terbarukan.
3. Bahan bakar nuklir
Dalam suatu reaktornuklir/ reaksi nuklir, bahan bakar yang radioaktif akan melalui proses pemecahan nuklir. Hasil dari proses ini adalah sumber energi tanpa proses pembakaran.