PROSES-PROSES MESIN KONVERSI ENERGI

BAB 3

PROSES-PROSES MESIN KONVERSI ENERGI

Motor penggerak mula adalah suatu alat yang merubah tenaga primer menjadi tenaga sekunder, yang tidak diwujudkan dalam bentuk aslinya, tetapi diwujudkan dalam bentuk tenaga mekanis

Gambar 3.1 Prinsip konversi energi

3.1 Motor Bakar

Motor bakar sering juga disebut motor pembakaran dalam (internal combustion engine), karena proses pembakaran terjadi di dalam ruang bakar yang ada pada ruang silinder.

Proses pembakaran yang terjadi adalah proses merubah energi panas yang tersimpan dalam bahan bakar menjadi energi gerak.

Pada motor bakar untuk merubah energi panas dari bahan bakar menjadi energi gerak terdapat beberapa sistim, menurut mekanis-menya dibedakan menjadi motor torak translasi dan torak rotari (wankel), menurut jenis bahan bakarnya dibedakan menjadi motor bensin dan motor disel.

3.1.1 Motor Bakar Torak Translasi

Energi gerak didapatkan dari energi panas hasil pembakaran bahan bakar melalui piston yang bergerak translasi yang selanjutnya dirubah menjadi gerak putar melalui mekanisme engkol.

Gambar 3.2 Prinsip motor Torak

Keterangan :

TMA     = Titik Mati Atas ( Batas teratas langkah torak )

TMB     = Titik Mati Bawah ( Batas terbawah langkah torak )

L          = Panjang langkah torak dari TMB ke TMA

r           = Radius / Jari-jari engkol

Menurut proses kerjanya dibedakan menjadi 2 yaitu motor 2 tak dan motor 4 tak.

3.1.1.1Motor 2 Tak

Disebut motor 2 tak atau motor 2 langkah karena setiap proses pembakaran dibutuhkan 2 langkah torak dari titik mati bawah ke titik mati atas dan dari titik mati atas ke titik mati bawah

Gambar 3.3 Prinsip motor 2T

Gambar 3.4 Prinsip kerja motor 2T

Tabel 3.1 Kerja Moor 2 Tak

Langkah torak	Kejadian di atas torak	Kejadian di bawah torak
Torak bergerak dari TMB ke TMA ( I )	·    Akhir pembilasan diikuti pemampatan bahan bakar + udara ·    Setelah dekat TMA pembakaran dimulai.	·    Campuran bahan bakar dan udara baru masuk keruang engkol melalui saluran masuk
Torak bergerak dari TMA ke TMB ( II )	·    Akibat pembakaran, tekanan mendorong torak ke TMB. ·    Saluran buang terbuka, gas bekas terbuang dan didorong gas baru (pembilasan)	·    Campuran bahan bakar dan udara di ruang engkol tertekan dan akan naik keruang atas torak lewat saluran bilas

3.1.1.2Motor 4 Tak

Disebut motor 4 tak atau motor 4 langkah karena setiap proses pembakaran dibutuhkan 4 langkah torak dari titik mati bawah ke titik mati atas dan dari titik mati atas ke titik mati bawah kembali lagi dari titik mati bawah ke titik mati atas dan dari titik mati atas ke titik mati bawah. Artinya setiap putaran poros engkol dihasilkan satu kali langkah yang menghasilkan tenaga. Konstruksi umum motor ini dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar 3.5 Prinsip motor 4T

Keterangan

1.   Pena torak

2.   Roda gigi poros kam

3.   Roda gigi poros engkol

4.   Panci oli

5.   Busi

6.   Katup isap

7.   Poros kam

8.   Tuas Katup

9.   Batang penggerak

10.Poros engkol

11.Batang penekan katup

12.     Karburator                                                     

                              

Gambar 3.6 Langkah hisap

I.   Langakah isap

Torak bergerak dari TMA ke TMB, gas baru masuk silinder

Temperatur » 20°C

Vakum 0,1 ÷ 0,6 bar

·            Katup Isap terbuka

·            Katup Buang tertutup

Gambar 3.7 Langkah kompresi

II.   Langkah kompresi

Torak bergerak dari TMB ke TMA, gas baru dikompresikan dalam ruang

kompresi

Tekanan akhir kompresi =

Otto   = 1 ÷ 1,5 Mpa ( 10 ÷ 15 bar )

Diesel = 1,5 ÷ 4 Mpa ( 15 + 40 bar )

Temperatur akhir kompresi

Otto   = 300 ÷ 600⁰C

Diesel = 700 ÷ 900⁰C

·           Katup hisap tertutup

·           Katup buang tertutup

Gambar 3.8 Langkah usaha

III. Langkah usaha / kerja

Torak bergerak dari TMA ke TMB, terdorong tekanan gas hasil pembakaran.

Temperatur max pembakaran :

Otto    = 2000 ÷ 2500⁰C

Diesel = 2000 ÷ 2500⁰C

Tekanan  max pembakaran :

Otto = 3 ÷ 6 Mpa ( 30 ÷ 6 bar )

Diesel = 4 ÷ 12 Mpa (40 ÷ 120 bar )

·            Katup isap tertutup

·            Katup buang tertutup

Gambar 3.9 Langkah buang

IV. Langkah buang

Torak bergerak dari TMBke TMA, gas buang keluar dari silinder

Temperatur gas buang ( beban penuh ) :

Otto                    = 600 ÷ 1000⁰C

Diesel                  = 500 ÷ 600⁰C

·            Katup isap tertutup

·            Katup buang terbuka

3.1.2     Motor Torak Rotari (wankel)

Pada prinsip motor torak rotari, energi panas dari energi kimia bahan bakar langsung dirubah menjadi gerak putar, karena pada motor ini torak merupakan sudu yang berputar

                                                    

Gambar 3.10 Motor wankel

Gambar 3.11 Prinsip kerja motor wankel

 Sifat-sifat yang menonjol

·           Gerakan torak berotasi ( berputar )

·           Pengisian, kompresi dan pembuangan diatur oleh torak

·           Lebih ringan

·           Getaran kecil

·           Jarang digunakan dan tidak diproduksi secara massal

Gambar 3.12 Motor wankel

Contoh  :  Mazda RX-7

 Mercedes Benz

Audi / NSU

                                                    

3.2        Turbin Gas

Prinsip turbin gas engine pada dasarnya memanfaatkan energi kinetis atau aliran  dari panas hasil pembakaran bahan bakar. Bagian utama dari turbin gas engine adalah:

·       Kompresor

·       Ruang bakar

·       Turbin

3.2.1     Kompresor

Kompresor berfungsi untuk menghisap udara sekaligus memampatkan udara ke dalam ruang bakar.

3.2.2     Ruang Bakar

Udara yang dimampatkan oleh kompresor selanjutnya dibakar bersama bahan bakar pada ruang bakar ini. Di ruang bakar ini terdapat injektor yang berfungsi menyemprotkan bahan bakar dan terdapat busi yang berfungsi menyalakan campuran udara dan bahan bakar.

3.2.3     Turbin

Turbin terdiri dari sudu-sudu turbin yang berfungsi merubah enerji kinetis yang berupa arus udara menjadi energi gerak putar. Selanjutnya energi gerak ini yang dipakai sebagai penggerak mula.

Gambar 3.13 Turbin gas dengan 1 turbin

Gambar 3.14 Turbin gas dengan 2 turbin

Gambar 3.15 Model gas turbin

Gambar 3.16 Mesin gas turbin

3.3     Motor Listrik

Prinsip kerja motor listrik adalah merubah energi listrik menjadi energi gerak, dengan memanfaatkan prinsip prinsip kemagnetan.

Jika pada sebuah penghantar dialiri arus listrik maka disekeliling penghantar itu akan muncul medan magnet, jika medan magnet itu berada pada daerah medan magnet yang lain maka akan saling mempengaruhi sesuai dengan sifat kemagnetan itu sendiri.

Gambar 3.17 Prinsip motor listrik

Pada magnet yang sama kutubnya akan saling tolak menolak sedangkan yang tidak senama akan saling tarik menarik, prinsip inilah yang dimanfaatkan pada matar listrik, sedangkan untuk dapat berputar maka kutub magnetnya harus mengalami perubahan, maka digunakanlah mekanisme komutator dengan sikat arangnya atau dengan pengatur secara elektronik

Gambar 3.18 Prinsip kerja motor listrik

Gambar 3.19 Contoh motor listrik

3.4  Generator Listrik

Di dalam penghantar yang mengalami perubahan kuat medan magnet, maka pada saat perubahan tsb, terjadi tegangan listrik. Tegangan ini disebut induksi magnet

Gambar 3.20 Prinsip generator

Pada penghantar akan terjadi tegangan induksi, jika penghantar memotong garis – garis gaya magnet atau garis – garis gaya magnet memotong panghantar

Tegangan induksi akan semakin besar jika  :

·           Penghantar semakin cepat memotong garis – garis gaya magnet

·           Garis – garis gaya magnet semakin padat (medan magnet kuat)

·           Panjang penghantar yang aktif di dalam penghantar semakin besar

Gambar 3.21 Prinsip kerja generator

Jika kumparan di dalam medan magnet berputar secara terus menerus, maka pada kumparan akan dibangkitkan gaya gerak listrik

Melalui cincin geser dan sikat arang arus mengalir secara terus menerus dari kumparan yang berputar ke pemakai (lampu)

3.5        Motor Hidrolik

Pada pesawat hidrolik pada dasarnya adalah transfer energi dari energi gerak menjadi energi hidrolik oleh pompa hidrolik yang selanjutnya energi hidrolik tersebut kembali dirubah menjadi gerak oleh motor hidrolik, baik berupa gerakan translasi maupun gerak putar. Adapun energi gerak awal biasanya didapatkan dari motor bakar maupun motor listrik, atau ada kalanya manual meng-gunakan pompa tangan, tergantung dari penggunaanya.

Gambar 3.22 Prinsip sistem hidrolik

Pada sistem sistem yang menggunakan pesawat hidrolik, selain mesin penggerak mula ada beberapa komponen utama yaitu: pompa hidrolik, katup pengatur, slang hidrolik dan motor hidrolik.

3.5.1     Pompa Hidrolik

Pompa hidrolik berfungsi untuk mentransfer energi mekanik menjadi energi hidrolik dengan cara menghisap oli hidrolik dari tangki dan selanjutnya mendorong oli hidrolik tersebut kedalam sistem dalam bentuk aliran (flow)

Aliran oli hidrolik dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi tekanan, tekanan ini dihasilkan engan cara menghambat aliran oli dalam sistem hidrolik, hal ini dapat dilakuan dengan menggunakan: orifice, silinder, motor hidrolik dan aktuator.

Gambar 3.23 Pompa hirolik

3.5.2     Katup pengatur

Katup pengatur hidrolik berfungsi untuk mengatur atau mengarahkan aliran hidrolik di dalam sistem, sehingga sistem dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan, juga dipakai untuk membypass saluran hidrolik dari saluran tekan kesaluran isap manakala sistem tidak digunakan sehingga pompa tidak selalu menekan oli hidrolik.

Katup hidrolik ada yang di-kendalikan secara manual meng-gunakan handel tangan ada pula yang dikendalikan secara elektrik.

Gambar 3.24 Katup hidrolik manual