*PENGGERAK MULAMesin yang menghasilkan tenaga mekanik sehingga sering disebut pula sebagai mesin tenaga Diperoleh dari perubahan energi panas Cara pembakaran bahan bakar

*Mesin tenaga diklasifikasikan menjadi dua golongan yaitu :Mesin Pembakaran dalam (Internal Combustion Engine-ICE)2. Mesin Pembakaran luar (External Combustion Engine-ECE).

*1.1 MESIN PEMBAKARAN DALAM (Internal Combustion Engine-ICE)Adalah mesin tenaga dimana proses pembakaran bahan bakarnya berlangsung dalam mesin itu sendiri, sehingga hasil pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

*Mesin Pembakaran Dalam ada tiga jenis :a. Motor Bakar Torak Gerak Translasi (Piston Engine).

*b. Motor Bakar Torak Gerak Rotasi (Wankle Engine).Cara Kerja

*c. Sistim Turbin Gas.

*1.2 Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine-ECE)Adalah mesin tenaga dimana proses pembakaran bahan bakarnya berlangsung diluar mesin tenaga, yaitu bahwa energi panas dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja melalui sebuah pesawat yang sering disebut Ketel Uap (Boiler). Fluida kerja yang dihasilkan dari ketel uap ini berbentuk uap dengan berhagai properties (tekanan, temperature, enthalpi, dsb), Yang kemudian uap tersebut, disalurkan kepada mesin tenaga

*Mesin Tenaga yang Memanfaatkan Energi uap ada dua jenis :a. Turbin Uap

*TURBIN UAP

*b. Mesin UapCara Kerja

*MESIN UAP

*2. PISTON ENGINE (MOTOR BAKAR TORAK)Pada Piston Engine sebagai komponen utama menggunakan silinder /beberapa silender yang pada bagian dalamnya terdapat mekanisme yang bergerak translasi/bolak-balik yaitu disebut piston (torak)

*Bagian-gagian dari Piston Engine.1. rocker arm 2. shaft 3. valve (inlet & outlet) 4. pish rod 5. Cylinder 6. piston 8. Piston pin 9. connecting rod 10. nock cam 11. cam shaft 12. Cranshaft 13. gear (mean gear).

7. piston ring terdiri : (compression ring & oil ring)

* Secara umum Piston Engine digunakan sebagai penggerak pada : Generator set Converting machine (pompa compressor) Industrial machine (Mesin perkakas, pertanian) Transporting machine (kapal laut, kapal terbang, kendaraan, KA) Hosting machine (Crane, forklift dll) Dan lain-lain.

* Prinsip Dasar Piston Engine yaitu :Bahwa didalam silinder terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara melalui cara yang bervariasi.Gas hasil pembakaran tersebut memiliki tekanan yang mampu meng-gerakkan piston, dan oleh connecting rod diteruskan kepada crans shaft untuk diubah dari gerak translasi (bolak-balik) menjadi gerak rotasi (berputar) atau sebaliknya.

* SUSUNAN SILINDER2. Susunan silinder bentuk V ( V-type )

Ditinjau menurut susunan silindernya piston engine dapat dikelompokan menjadi :Susunan silinder satu baris ( in line )

* SUSUNAN SILINDER3. Susunan silinder berhadapan (tendem )4. Susunan silinder tandem horizontal5. Susunan silinder bentuk bintang (radial)

* 2.2 CARA PEMBAKARAN BAHAN BAKARMenurut sistim pembakaran bahan bakarnya, Piston Engine terbagi menjadi dua jenis utama yaitu :Cara pembakaran dengan loncatan bunga api listrik (Spark Ignition Methode)

2. Sistem pebakaran dengan suhu kompresi (Compression Ignition Methode ).

* 2.2.1 SYSTEM PEMBAKARAN DENGAN BUNGA API LISTRIK Pada sistim ini dimana campuran bahan bakar dan udara di dalam silinder dinyalakan dengan loncatan bunga api. Jenis piston engine yang menggunakan sistim ini ialah :Petrol Engine (Motor Bensin)Gas Engine (Motor Gas)Oleh karena itu kedua motor diatas sering disebut sebagai spark ignition engine (SIE)

* 2.2.2 SYSTEM PEMBAKARAN DENGAN KOMPRESSI Didalam sistim ini pembakaran Kompresi bahan bakar dan udara terjadi dengan sendirinya, dimana bahan bakar yang disemprotkan kedalam silinder bercampur dengan udara yang bertekanan (akibat kompresi dari piston) dan mempunyai suhu yang tinggi. Campuran bahan bakar-udara terbakar sendiri. akibat suhu kompresi lebih tinggi dari flash point (suhu nyala) campuran bahan bakar dan udara.

* 2.2.2 SYSTEM PEMBAKARAN DENGAN KOMPRESI Jenis piston engine yang mempergunakan sistim ini adalah : - Diesel Engine ( Motor Diesel)Karena sistim ini yang digunakan pada Diesel Engine, maka sering disebut sebagai compression ignition engine (CIE).

* 2.3 PRINSIP KERJA Prinsip Kerja Piston Engine dapat dibagi dua jenis yaitu : 1. Piston Engine dengan kerja 4 langkah (4 tak) Yaitu dalam prinsip kerjanya dari empat kali gerakan translasi piston didalam silinder atau diubah menjadi dua kali putaran crankshaft menghasilkan satu usaha

2. Piston Engine dengan kerja 2 langkah (2 tak) Yaitu dari dua kali gerakan translasi piston di dalam silinder atau diubah menjadi satu kali putaran crank shaft menghasilkan satu usaha.

*2.3.1 Mesin Empat Langkah(Four Stroke Engine)Mesin empat langkah (four stroke engine) ditemukan oleh Nikolaus Otto di 1876, oleh karenanya mesin ini disebut mesin Otto (Otto cycle). Secara teknis mesin ini bekerja empat langkah (stroke/tak). Hampir semua mobil dan truck mempunyai mesin empat langkah ini.Empat langkah (stroke/tak) adalah, langkah isap/intake, langkah tekanan (compression), langkah ekpansi/menggerakkan (power), langkah buang (Exhaust)

* 2.3.1 URAIAN PRINSIP KERJA 4 LANGKAH1. LANGKAH ISAP (INTAKE) Pada langkah hisap, katup masuk membuka sedangkan katup buang menutup, torak bergerak, kebawah dari T.M.A menuju ke T.M.B. pada : - Motor Bensin/gas : menghisap campuran bahanbakar dan udara, melewati alat pencampur (karburator) dengan perbandingan air fuel ratio antara 1 : 12 18, masuk kedalam silinder. - Motor Diesel.: menghisap udara masuk dalam silinder, dengan tekanan yang hampir sama dengan tekanan udara luar. Langkah hisap ditunjukkan oleh garis a - b pada diagram indikator (P-V diagram), (kecuali bila pemasukkan memakai tekanan paksa ).

* 2.3.1 URAIAN PRINSIP KERJA 4 LANGKAH2. LANGKAH KOMPRESI (COMPRESSION) Piston bergerak dari T.M.B ke T.M.A. Katup masuk dan buang tertutup, maka pada : - Motor Bensin : Campuran bahan bakar dan udara dimampatkan hingga mencapai tekanan 7 kgf /cm2, dan pada akhir langkah kompresi temperatur naik berkisar 350 500C.Motor Diesel : Udara dimampatkan hingga mencapai tekanan 25 30 kgf/cm2, pada akhir langkah kompresi temperatur naik berkisar 650 7500C.

Langkah kompresi ditunjukkan oleh garis b-c pada diagram indikator.).

* 2.3.1 URAIAN PRINSIP KERJA 4 LANGKAH3. LANGKAH EKSPANSI (EXPANSION)Sesaat sebelum piston mencapai T.M.A, terjadi : - Motor Bensin : campuran bahan bakar dan udara dinyalakan dengan loncatan bunga api dari busi, terjadilah pembakaran. Gas hasil pembakaran berekspansi mendorong piston kebawah dengan tekanan 40 45 kgf /Cm2.Motor Diesel : Injeksi bahan ba.kar kedalam ruang bakar suhu udara kompresi cukup tinggi yang memungkin kan terjadinya pembakaran. Gas hasil pembakaran berekspansi mendorong piston kebawah dengan tekanan 90 kgf/cm2 (pada turbo diesel mencapai 100 115 kgf /cm2. Selama piston bergerak dari T.M.A, ke T.M.B disebut langkah ekspansi atau langkah usaha, ditunjukkan garis c-d pada diagram indikator.

* 2.3.1 URAIAN PRINSIP KERJA 4 LANGKAH4. LANGKAH BUANG (EXHAUST) Akibat langkah usaha, volume gas pembakaran didalam silinder bertambah besar. Karena itu tekanannya turun. Sesaat piston mencapai T.M.B, katup buang membuka. Kemudian piston krmbali bergerak dari T.M.B ke T.M.A sehingga gas basil pembakaran ditekan ditekan keluar dari ruang bakar. Motor Bensin : Temperatur gas buang berkisar antara 200 300C. Mottor Diesel : Temperatur gar buang 500 700 C. Langkah buang ditunjukan oleh garis d - a pada diagram idikator. Setelah langkah buang ini selesai, siklus dimulai lagi dari langkah hisap dan seterusnya. Disimpulkan suatu siklus dikatakan lengkap bila keempat langkah tersebut (hisap, kompresi, expansi atau usaha dan buang) terlaksana dalam 2 putaran poras engkol (Crank shaft).

*Mesin empat langkah (Stroke/tak) pada umumnya meliputi lebih dari satu selinder atau piston, dan mempunyai pengaturan untuk camshaft (rangkap, overhead), penyemperotan bahan bakar, turbochargers, dilengkapi beberapa buah klep, dan lain lain, seperti gambar dibawah ini.

*2.3.2 MESIN DUA LANGKAH/2 TAK (TWO STROKE)Mesin dua langkah (Two Stroke/tak) menggunakan crankcase seperti halnya siklus otto yang hanya mempunyai dua langkah (Stroke/pukulan) piston

* 2.3.2 URAIAN PRINSIP KERJA 2 LANGKAH LANGKAH KOMPRESI & ISAP (COMPRESSION & INTAKE)

Langkah pemasukan, kompresi terjadi pada saat piston berada di T.M.A. Lubang Pembilasan dan lubang buang yang terletak pada dinding silinder dibuka dan ditutup oleh piston itu sendiri, kecuali konstruksi yang mempergunakan katub buang yang di pasang pada silinder.

* 2.3.2 URAIAN PRINSIP KERJA 2 LANGKAH2. LANGKAH EKSPANSI/USAHA & BUANG (EXPANTION & EXHAUST)

Proses ekspansi/usaha dan pembuangan dalam satu gerakan piston dari T.M.A ke T.M.B. Pembuangan gas hasil pembakar an berlangsung bersamaan dengan penggantian/pengisian campuran bahan bakar - udara yang baru (untuk motor bensin) atau udara segar (untuk motor diesel) ke dalam silinder, dimana tidak dilakukan oleh gerakan, hisap dari piston, melainkan oleh suatu proses tersendiri yaitu proses pembilasan.

*Mesin dua langkah (tak) berkembang dan mempunyai kekuatan lebih dan simpel dari mesin empat langkah, tetapi sangat boros memakai bahan bakar. mesin dua langkan ini banyak dipergunakan untuk mesin gergaji, sepeda motor, traktor, dll.

* HEMAT ENERGI 1

* HEMAT ENERGI 2

* HEMAT ENERGI 3

* 3.1 SIKLUS OTTO (VOLUME KONSTAN)01234VCVS/VLQcQe0 - 1 : Langkah Isap, Tek. Konstan1 - 2 : Langkah Kompressi, ProsesIsentropik2 - 3 : Langkah Pembakaran pada Volume Konstan3 - 4 : Langkah Kerja Isentropik4 - 1 : Pembuangan Buang pada Volume Konstan1 - 0 : Proses Tekanan KonstanVC : Clearance Volume/Vol. KompressiVl/Vs/Vd : Volume Langkah PistonQc : Panas yg Masuk (proses 2 3)Qe : Panas yg Keluar (proses 4 1)W : Kerja Yang dihasilkanPV 3. SIKLUS IDEALTMATMB

* PROSES VOLUME KONSTANKALOR YG DISUPPLY = Qc = mcv (t3 - t2) . (1)

KALOR YG DIBUANG = Qe = mcv (t4 - t1) . (2)

KERJA NETTO YG DIHASILKAN = W = Qc - Qe . (3)

t = W/Qc =Qc - QeQc=Qc QcQeQc-=1-QeQct =1-mcv (t3 - t2)mcv (t4 - t1)=t =1-(t3)(t4)( 1 - t2/t3)( 1 - t1/t4). (4)

* PROSES ( 1- 2 ) Kompressi Esentropikt1 v1 k-1 = t2 v2 k-1 (t2/t1) = (v1/v2) k-1 .. (5) PROSES (3-4) Langkah Kerja Esentropikt3 v3 k-1 = t4 v4 k-1 (t3/t4) = (v4/v3) k-1 .. (6)v1 = v4 v2 = v3v1//v2 = v4 /v3 (t2/t1) = (t3/t4) atau (t1/t4) = (t2/t3) Dengan demikian persamaan 4 menjadi :v1/v2 = v4 /v3 = rc (kompressi ratio).. (7)p1 v1 k = p2 v2 k p2 = p1(v1/v2) k = p1 (rc) k PROSES (2-3) Supply Energi pd Vol. Konstanp2/t2 = p3 /t3 p3 = p2 (t3/t2)

* 3.2 SIKLUS DIESEL (TEKANAN KONSTAN)01234VCVS/VLQcQe0 - 1 : Langkah Isap, Tek. Konstan1 - 2 : Langkah Kompressi, ProsesIsentropik2 - 3 : Langkah Pembakaran pada Tekanan Konstan3 - 4 : Langkah Kerja Isentropik4 - 1 : Pembuangan Buang pada Volume Konstan1 - 0 : Proses Tekanan KonstanVC : Clearance Volume/Vol. KompressiVl/Vs/Vd : Volume Langkah PistonQc : Panas yg Masuk (proses 2 3)Qe : Panas yg Keluar (proses 4 1)W : Kerja Yang dihasilkanPV 3. SIKLUS IDEALTMATMB

* PROSES TEKANAN KONSTANKALOR YG DISUPPLY = Qc = mcp (t3 - t2) KALOR YG DIBUANG = Qe = mcv (t4 - t1)

KERJA NETTO YG DIHASILKAN = W = Qc - Qe t = W/Qc =Qc - QeQc=Qc QcQeQc-=1-QeQct =1-mcp (t3 - t2)mcv (t4 - t1)t =1-(t2)(t1)( t3/t2- 1)( t4/t1-1). (8)1kCv = Kalor spesifik pada Vol. Konstan = 0,1715 kcal/kg KCp = Kalor spesific pada Tek. Konstan = 0,24 kcal/kg K

* PROSES ( 1 - 2 ) t1 v1 k-1 = t2 v2 k-1 (t2/t1) = (v1/v2) k-1 = (rc) k-1 .. (9) PROSES ( 3 - 4 )t3 v3 k-1 = t4 v4 k-1 (t4/t3) = (v3/v4) k-1v3/v2 = rf (t4/t3) = (v3/v2).(v2/v4) k-1 = (rf/rc) k-1 PROSES ( 2 - 3 )(t2/v2) = (t3/v3) (t3/t2) = (v3/v2) = (rc) (10)(t4/v1) = (t4/t3) (t3/t2) (t2/t1)(t4/v1) = (rf/rc) k-1(rf) (rc) k-1 = rf k . (11)t =1-(t3)(t4)( t3/t2- 1)( t4/t1-1)1k Dari Persamaan 8 dihasilkan :t =1-( (rc)- 1)( (rf)k1)(rf/rc) k-1 (12) k udara = 1,4

* contoh soal Sebuah mesin otto 4 silinder 4 langkah bekerja berdasarkan siklus udara standard. Compressi ratio 8,6 dan volume piston total = 1000cc, keadaan awal langkah kompressi = 14,7 kg/cm2, suhu 18C jumlah energi yang disupply tiap siklus = 10,197 kcal (Qc). dimana : k udara = 1,4 R udara = 29,3 m kg/kg K Cv = 0,1715 kcal/kg K Hitung : a) Effisiensi thermal mesin b) Tekanan & temp. akhir langkah supply energi (P3,T3) m = (p1v1)/(R t1 )

* Jawab :Diketahui : - Cr = 8,6 - Vl total = 1000cc - Jml silinder = z = 4 - t1 = 18C + 273 = 291K - Qc = 10,197 kcal - P1 = 14,7 kg/cm2 - k udara = 1,4 - R udara = 29,3 m kg/kg K - Cv = 0,1715 kcal/kg KDitanyakan : a) t = ? b) t3 dan P3 = ?a) t =1-(rc) k-11t =1-(8,6) 1,4-11t = 57,7 %b) PROSES ( 1- 2 ) Kompressi Esentropikt1 v1 k-1 = t2 v2 k-1 t2 = t1 (v1/v2) k-1 t2 = 291 K (8,6) 1,4-1t2 = 688 Kv1/v2 = rc v2 = v1/rc v1 = v2 + Vlv1 = v1/rc + Vl

* Jawab :v1 = v2 + Vlv1 = v1/rc + Vlv1 - v1/rc = Vl(1 - 1/rc )v1= Vl(1 - 1/8,6 )v1= (1000cm3xm3/1000000cm3) /4(1 - 0,12 )v1= 0,00025m3 0,88 v1 = 0,00025m3 v1 = 0,00025/0,88v1 = 0,00028m3 = 0,28x10-3 m3KALOR YG DISUPPLY = Qc = mcv (t3 - t2) m = (p1v1)/(R t1 ) m =14,7kg/cm2x10000cm2/m2 x 0,28x10-3m329,3 m/ K x 291 Km =41,16 kg8526,3m = 0,0048 kg = 0,48x10-2 kgQc = mcv (t3 - t2) 10,197kcal = 0,0048kg x 0,1715 kcal/kg K(t3 - 688 K) 10,197kcal = 0,0008232 kcal K(t3 K - 688 K) 10.197kcal = 0,0008232 kcal t3 K 0,566kcal) 10,197kcal + 0,566 kcal = 0,0008232 kcal t3 K 10.197,566 kcal = 0,0008232 kcal t3 K t3 = 10,763 kcal/0,0008232 kcal K t3 = 13.075 K

* Jawab : PROSES (2-3) Supply Energi pd Vol. KonstanSehingga p3 = p1 (rc) k (t3/t2) PROSES ( 1- 2 ) Kompressi Esentropikp1 v1 k = p2 v2 k p2 = p1(v1/v2) k = p1 (rc) kp2/t2 = p3 /t3 p3 = p2 (t3/t2)P3 = 14,7 kg/cm2x (8,6) 1,4x (13.075/688)P3 = 5681,6 kg/cm2

* THR (Tugas Hari Raya) Sebuah mesin otto 4 silinder 4 langkah bekerja berdasarkan siklus udara standard. Compressi ratio 9 dan volume piston total = 1000cc, keadaan awal langkah kompressi = 120 Kpa, suhu 19C jumlah energi yang disupply tiap siklus = 140 Joule (Qc). dimana : k udara = 1,4 R udara = 287 Joule/kg K Cv = 0,7165 x 103 Joule/kg K Hitung : a) Effisiensi thermal mesin b) Tekanan & temp. akhir langkah supply energi (P3,T3) c) Volume Compressi Ratio d) Diameter Piston, jika diketahui Panjang Langkah = 65mm

*

*

*