16

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA2.1 Motor BakarMotor bakar adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi 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: 1. motor pembakaran luar

2. motor pembakaran dalam Motor bakar otto termasuk mesin pembakaran dalam yang merupakan motor dengan konversi energi tak langsung. Artinya energi kimia dari bahan bakar dirubah melalui proses pembakar dalam silinder tertutup menjadi energi termis yang kemudian dirubah menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar yang digunakan untuk motor bensin adalah isooktana (C8H18). 2.1.1 Motor pembakaran luaryaitu suatu mesin yang mempunyai sistim pembakaran yang terjadi diluar dari mesin itu sendiri. Misalnya mesin uap dimana energi thermal dari hasil pembakaran dipindahkan kedalam fluida kerja mesin. Pembakaran air pada ketel uap menghasilkan uap kemudian uap tersebut baru dimasukkan kedalam sistim kerja mesin untuk mendapatkan tenaga mekanik.2.1.2 Motor pembakaran dalam

Pada umumnya motor pembakaran dalam dikenal dengan motor bakar. Proses pembakaran bahan bakar terjadi didalam mesin itu sendiri sehingga gas hasil pembakaran berfungsi sekaligus sebagai fluida kerja mesin.Motor bakar itu sendiri dibagi menjadi beberapa macam berdasarkan sistim yang dipakai, yaitu motor bakar torak, motor bakar turbin gas, dan motor bakar propulsi pancar gas.Untuk motor bakar torak dibagi atas 2 (dua) macam, yaitu motor bensin dan motor diesel.Menurut langkah kerjanya motor bakar dibagi menjadi mesin dengan proses dua langkah dan mesin dengan proses empat langkah.

2.1.3 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, kemudian dimampatkan oleh gerak naik torak, dibakar untuk memperoleh tenaga panas, 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. Gambar 2.1 dibawah ini merupakan skema naik turun torak di dalam silinder motor bakar.

Gambar 2.1. Gerak naik turun torakKerja 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.a. 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 langkah pengisapan, langkah kompresi , langkah kerja dan langkah pembuangan. Gambar 2.2 di bawah ini merupakan gambar cara kerja (siklus kerja) motor 4 langkah.

Gambar 2.2. siklus kerja motor 4 langkah

1. Langkah isap (intake)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.

Gambar 2.3. Langkah isap (Intake)2. Langkah kompresi (compression)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 ).

Gambar 2.4. Langkah Kompresi (compression)3. Langkah Kerja (expansion)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. Gambar 2.5. Langkah Ekspansi (expansion)4. Langkah Buang (Exhaust)Setelah akhir dari langkah usaha, piston bergerak dari titik mati bawah ke titik mati atas, pada saat ini katup buanglah yang membuka sedangkan katub hisap dalam keadaan tertutup. Karena piston bergerak ke atas, maka gas hasil pembakaran di dalam silinder akan terdorong dan ke luar melalui katup buang, dilanjutkan ke exhaust manifold kemudian ke knalpot dan dibuang ke udara bebas. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka (valve over lapping), kaadaan ini berfungsi sebagai langkah pembilasan (campuran udara bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran). Gambar 2.6. Langkah Buang (Exhaust)b. Cara kerja motor bensin 2 langkah

Motor bensin 2 langkah merupakan motor bakar torak yangmempunyai prinsip kerja daam dua kali gerakan torak terjadi satu siklus pembakaran, atau dengan kata lain pada setiap 2 langkah torak atau satu putaran poros engkol terjadi satu kali proses kerja. Pada sistem ini lubang buang dan lubang pengisian terletak pada dinding silinder, sedangkan posisi membuka dan enutuonya disebabkan oleh gerakan translasi torak itu sendiri. Proses kerja yang terjadi pada motor 2 langkah dapat dijelaskan sebagai berikut:1) Langkah Torak dari TMB ke TMAPada langkah isap piston bergerak naik dari TMB menuju TMA. Pada saat piston di posisi TMB, bahan baker yang berada dibawah piston didorong dan keluar dari saluran pembilasan. Proses selanjutnya, bahan baker yang keluar dari saluran pembilasan didorong piston sampai mencapai posisi TMA. Pada saat hamper mencapai TMA, piston menutup saluran pembuangan dan saluran pembilasan. Akibatnya, saluran pemasukan bahan baker terbuka yang menyebabkan bahan baker secara otomatis masuk melalui saluran pemasukan di bawah piston. Bahan baker yang telah ada disilinder di tekan naik oleh piston sampai mencapai posisi TMA. Tekanan di silinder meningkat, kemudian bunga api dari busi membakare bahan baker dan udara menjadi letusan.2) Langkah Torak dari TMA ke TMB

Letusan tersebut menghasilkan tenaga yang digunakan untuk mendorong piston bergerak turun dari TMA menuju TMB. Piston bergerak turun akan mendorong bahan baker yang telah berada di bawah piston menuju saluran pembilasan. Saat piston bergerak turun saluran buang dan saluran pembilasan dalam keadaan terbuka. Gas sisa pembakaran akan terdorong keluar melalui saluran pembuangan menuju knalpot akibat desakan bahan baker dan udara yang masuk dalam silinder melalui saluran pembilasan. Dengan terbuangnya gas sisa hasil pembakaran, kerja mesin 2 tak selesai untuk satu proses kerja (siklus). Proses up ward stroke dan down ward stroke akan terus bekerja silih berganti.

Gambar 2.7. Proses kerja motor dua langkah.

2.3 Siklus OttoSiklus Otto adalah siklus thermodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto.

Gambar 2.7. siklus otto.Sumber : www.google.com

Adapun siklus ini adalah sebagai berikut :

1. Langkah 0 1 adalah langkah hisap, yang terjadi pada tekanan (P) konstan.2. Langkah 1 2 adalah langkah kompresi, pada kondisi isentropik.3. Langkah 2 3 adalah proses pemasukan kalor pada volume konstan.4. Langkah 3 4 adalah proses ekspansi, yang terjadi secara isentropik.5. Langkah 4 1 adalah langkah pengeluaran kalor pada volume konstan.6. Langkah 1 0 adalah proses tekanan konstan.Proses tersebut menggunakan beberapa asumsi sebaai berikut:

1. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal yang mempunyai kalor spesifik konstan.2. Siklus dianggap tertutup artinya siklus ini berlangsung dengan fluida yang sama yang berada dalam silinder, pada titik 1 (langkah buang) fluida dukeluarkan dari ruang bakar, tetapi langkah isap berikutnya akan masuk fluida dengan jenis yang sama.2.4 Elemen Mesin

Elemen Mesin adalah Bagian-bagian suatu konstruksi yang mempunyai bentuk serta fungsi tersendiri.

2.4.1 KarburatorKarburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam (Wikipedia: 2009). Karburator bekerja menggunakan Prinsip Bernoulli semakin cepat udara bergerak maka semakin kecil tekanan statisnya namun makin tinggi tekanan dinamis-nya. Karburator pada dasarnya merupakan pipa terbuka dikedua ujungnya, dalam pipa ini udara bergerak menuju intake mainfold menuju kedalam mesin atau ruang bakar seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8. Pipa ini berbentuk venturi, yaitu dari satu ujung permukaannya lebar lalu menyempit dibagian tengah kemudian melebar lagi di ujung satunya. Bentuk ini menyebabkan kecepatan aliran udara meningkat ketika melewati bagian yang sempit. Gambar 2.8. karburator.Sumber : www.google.comPada tipe venturi tetap, diujung karburator dilengkapi dengan katup udara berbentuk kupu-kupu yang disebut sebagai throttle valve (katup gas), yaitu semacam cakram yang dapat berputar untuk menutup dan membuka pergerakan aliran udara sehingga dapat mengatur banyaknya campuran udara/bahan bakar yang masuk dalam ruang bakar. Banyaknya campuran udara/bahan bakar inilah yang menentukan besar tenaga dan/atau kecepatan gerak mesin. Pedal gas, atau pada sepeda motor, grip gas dihubungkan langsung dengan katup ini melalui kabel. Namun pada tipe venturi bergerak, keberadaan katup ini tidak ditemukan karena yang mengatur besarnya aliran udara/bahan bakar adalah ukuran venturi itu sendiri yang dapat berubah-ubah. Pedal atau grip gas dihubungkan dengan piston yang mengatur celah sempit dalam venturi. Bahan bakar disemburkan kepada aliran udara melalui saluran-saluran kecil yang terdapat dalam ruang sempit dalam venturi. Tekanan rendah dari udara yang bergerak dalam venturi menarik bahan bakar dari mangkuk karburator sehingga bahan bakar ini tersembur dan ikut aliran udara. Saluran-saluran ini disebut jet.

2.4.2 RantaiRantai adalah salah satu elmen mesin yang digunakan untuk mentransmisikan daya dari poros poros yang pararel. Bagian bagian utama pada rantai adalah rol dan pin. Rol akan memutar bushing yang ada di dalam plat penghubung dan pin akan mencegah plat penghubung bagian luar ikut berputar. Roller chain akan mengait pada gigi sproket dan meneruskan daya tanpa slip.(karyanta, 2012).

Gambar 2.9. rantai.Sumber : www.google.com

2.4.3 Roda GigiElemen mesin ini disebut roda gigi dikarenakan adanya gerigi pada kelilingnya. Roda gigi ini berfungsi untuk mentransmisikan daya yang cukup besar dengan putaran yang tepat. Maka roda gigi tersebut harus bergerigi pada kelilingnya, sehingga dapat dilakukan penerusan daya oleh gigi gigi.

Secara umum, roda gigi merupakan suatu mekanisme yang dipergunakan untuk memindahkan elemen mesin yang satu kegerakan elemen mesin yang lain. Selain itu roda gigi juga berfungsi mengubah jumlah putaran dan momen putar mesin, daya mesin serta mengatur keduanya untuk kebutuhan kerja mesin.

Ketika kendaraan mulai berjalan diperlukan tenaga yang besar, setelah kendaraan berjalan bukan tenaga lagi yang diperlukan melainkan kecepatan. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut diperlukan transmisi yang lebih dari berbagai tingkat perbandingan gigi.

Gambar 2.10. gear set.Sumber : www.kaskus.co.id2.4.4 FilterMerupakan salah satu perangkat kendaraan yang memiliki peranan sangat penting dan memiliki akses langsung dengan ruang bakar dalam mesin. Pada umumnya ada dua tipe pemakaian filter udara diantaranya yaitu sistem terbuka (open) dan sistem tertutup. Apabila menginginkan kualitas kebersihan dari pada ruang bakar, pemakaian filter udara standart merupakan pilihan yang tepat, namun apabila menginginkan sesuatu yang berbeda dari performance mesin maka bisa menggunakan filter udara replacement.

Udara segar dari lingkunag yang disaring oleh filter ini kemudian akan dicampurkan dengan bahan bakar di dalam karburator. Campuran bahan bakar dan udara tersebut kemudian dikirim ke dalam ruang bakar melalui saluran masuk untuk dimampatkan dan kemudian dinyalakan oleh loncatan bunga api dari busi pada saat akhir langkah kompresi. (Fuhaid, 2010).

Gambar 2.11. filter udara. Sumber : www.google.com2.4.5 Dynotest

Dynometer adalah nama teknik dari suatu alat ukur untuk besaran daya. Di dunia otomotif, dynometer dikenal juga dengan nama dynotest, karena dalam terminology ukur (metering), terkadang juga maksud untuk melakukan uji (testing). Fungsi utama dynotest identik dengan AVO meter di dunia elektronik, yaitu untuk mengukur besaran besaran penghasil daya. Jika peralatan elektronik dikenal dengan berbagai istilah, voltase (V), arus (I), dan juga tahanan (R) untuk menentukan besaran daya (WATT), maka di dunia mekanik (termasuk otomotif), dikenal juga dengan berbagai istilah seperti torsi, putaran (RPM), beban dan daya (HP, Horse Power). ( Adhi, 2012 )

Gambar 2.12. pengujian dynotest.

Sumber : www.google.com2.4.6 Gas AnalyzerEmisi gas yang dihasilakan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Sehingga perlu diambil beberapa langkah untuk dapat mengendalikan gas buang yang dihasilkan tersebut. Salah satu caranya adalah dengan pemeriksaan atau uji emisi berkala untuk mengetahui kandungan gas buang kendaraan yang berpotensi mencemari lingkungan. Pada negara negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan senyawa NOX. Sedangkan pada negara negara yang tidak memiliki standar emisi yang ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2. Tujuannya adalah menepatkan kinerja mesin kendaraan khusunya pengaturan campuran bahan bakar dan udara. Untuk mengurangi polusi dan pencemaran udara yang diakibatkan oleh gas buang kendaraan bermotor.

Dasar hukum uji emisi adalah Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 5 tahun 2006 tentang ambang batas emisi kendaraan bermotor dan peraturan gubernur DKI Jakarta No 31 tahun 2008 tentang ambang batas emisi kendaraan bermotor.

Gas buang kendaraan bermotor bensin diantaranya:

1. Hydrocarbon (Hc)

2. Carbon monoksida (Co)

3. Carbon dioksida (Co2)

4. Oksigen (O2)

5. Nitrogen oksida (NOx)

Gambar 2.13. alat penguji gas buang. Sumber : www.google.com2.4.7 Rumus Uji PerformancePertimbangan pengujian suatu mesin ditentukan oleh unjuk kerja mesin. Untuk kerja menjadi penting karena berkaitan dengan tujuan pengguanaan mesin.

Beberapa parameter unjuk kerja suatu motor pembakaran adalah sebagai berikut:

1. Momen torsi yang dihasilkan (T)T = I x (N.m)

Dengan I = Mr2

Keterangan :

T = torsi (kg.m)

I = inersia kg/m2)

= perepatan (rad/s2)

M = massa

r = jari jari roller (r)

2. Daya efisiensiDaya efektif motor adalah besarnya motor atau ukuran dari suatu mesin untuk menghasilkan daya yang diberikan oleh poros penggerak selama waktu tertentu. Yang dirumuskan dengan:

Ne = Keterangan:

T= Torsi (Kg.m);

n= putaran poros engkol (rpm).

3. Tekanan efektif rata rata (Pe)Pe = (Kg/cm) dengan Vd= (m3)Keterangan :

Vd = Volume langkah (m3);

D = Diameter silinder (m);

L = Panjang langkah torak (m);

Z = Jumlah putaran poros engkol untuk setiap satu kali siklus

- Untuk mesin 4 langkah, z= 2

- Untuk mesin 2 langkah, z=1

I = jumlah silinder

4. Tekanan mekanis rata rata (Pm)Pm = 10 [A+B []] (Kg/cm2)Keterangan :

A = 0,105; B untuk mesin diesel

A = 0,05; B untuk mesin bensin

L = panjang langkah torak (m)

5. Daya mekanis (Nm)Daya mekanis adalah daya yang digunakan untuk melawan gerakan dan hambatan serta untuk menggerakkan peralatan bantu.

Nm = (HP)

Atau

Nm = Nfr+Nvent+Naux (HP)

Keterangan:

Nfr= Daya yang digunakan untuk melawan gesekan.

Nvent = Daya yang digunakan untuk melawan hambatan dan bagian-bagian yang bergerak seperti fliwheel, gear dan sebagainya.

Naux =Daya yang digunakan untuk menggerakkan perlengkapan bantu, seperti pompa bahan bakar, pompa air pendingin, kipas radiator dan lain sebagainya.

6. Daya indikasi (Ni)Daya indikasi merupakan adanya daya dengan terjadinya gerakan torak dari TMA ke TMB (langkah ekspansi) yang dihasilakan oleh motor bakar dari hasil pembakaran (karena tekanan gas hasil pembakaran).

Ni= Ne + Nm (HP)7. Fuel consumtion (FC)FC= (Kg/l) Keterangan :

V = Volume (l)

= berat jenis bahan bakar: untuk bensin = 0,7356 Kg/l

t = waktu (s)8. Efektif spesifik fuel consumtion (Sfce) SFCe = (Kg/HP.jam)9. Identicated spesifik fuel consumtion (SFCi)SFCe = (Kg/HP.jam)

10. Panas hasil pembakaran (Qb)Qb= Fc.LHV (Kcal/jam)Keterangan

LHV = Low Heating Value bahan bakar. Untuk bensin LHV = 11000 Kcal/Kg11. Efisiensi Efisiensi mekanis (m)

m = . 100 %

Efisiensi termal efektif (e)

e = 632 . 100%

Efisiensi termal indikasi (i)

i= 632 . 100%

3