Modul 6

SOAL PRE TEST

MODUL 6.

Petunjuk :

Kerjakan semua soal pretest ini sebagai syarat untuk mempelajari modul 6

1. Jelaskan prinsip kerja sebuah turbin ?

2. Apa yang anda ketahui tentang Sudu turbin ? Apa fungsinya ?

3. Apa yang dimaksud dengan turbin tunggal dan turbin ganda ?

4. Apa keuntungan utama dari turbin bertingkat ganda bila dibandingkan dengan turbin tunggal ?

5. Jelaskan yang dimaksud dengan turbin impul dan turbin reaksi ?

6. Jelaskan prinsip kerja sebuah turbin gas sederhana ? Gambarkan skematik turbin gas sederhana ?

7. Jelaskan keuntungan dan kerugian pemakaian turbin gas ?

8. Apa perbedaan utama antara turbin gas dengan motor bakar ?

9. Jelaskan cara kerja turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang ?

10. Jelaskan cara kerja turbin gas yang digunakan sebagai pembangkit daya pada sebuah industri ?

Keterangan:

Soal pretest ini berguna untuk mengukur tingkat pemahaman awal para mahasiswa sebelum mempelajari modul 6.

MODUL 6. TURBIN

Sasaran Belajar :

Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat :

1. Menjelaskan pengertian dan prinsip kerja turbin serta fluida kerjanya.

2. Menjelaskan cara kerja turbin impuls dan turbin reaksi beserta bentuk sudu-sudunya.

3. Menjelaskan tentang turbin bertingkat tunggal dan ganda.

4. Menjelaskan prinsip kerja turbin gas, penggunaanya serta keuntungan kelemahannya bila dibandingkan dengan mesin pengerak mula lainnya.

5. Menjelaskan cara kerja turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang dan turbin gas yang digunakan pada industri.

6. Menjelaskan model-model turbin gas.

6.1. PENDAHULUAN

Turbin adalah mesin penggerak yang komponen utamanya berupa baling-baling atau kincir yang digerakkan oleh fluida kerja berupa air, uap air, atau gas di mana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi pada mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi yaitu tidak ada torak yang didesak oleh gas hasil pembakaran.

Bagian turbin yang berputar dinamai rotor atau roda turbin, sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling atau mesin lainnya). Di dalam turbin fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan, dan mengalir secara kontinu.

Aliran gas atau cairan dapat terjadi di alam sebagai aliran udara atau angin dan aliran air dapat berupa aliran air sungai atau air terjun. Turbin yang bekerja dengan aliran-aliran alamiah ini dipakai kalau ada tenaga aliran atau energi alam tersedia. Akan tetapi aliran tersebut dapat juga kita buat dan yang banyak dipergunakan adalah aliran gas (Turbin gas) dan aliran uap (Turbin uap air/Steam Turbine).

6.2. PRINSIP KERJA TURBIN

Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara sudu tersebut. Apabila kemudian ternyata bahwa roda turbin dapat berputar, maka tentu ada gaya yang bekerja pada sudu. Gaya tersebut timbul karena terjadinya perubahan momentum dari fluida kerja yang mengalir di antara sudu. Jadi, sudu haruslah dibentuk sedemikian rupa sehingga dapat terjadi perubahan momentum pada fluida kerja tersebut. Hal ini akan dijelaskan dengan mempergunakan gambar 6-1.

Gambar 6 -1. Roda Sebuah Turbin

6.2.1. SUDU-SUDU TURBIN

Seperti telah diterangkan sebelumnya, melingkari permukaan roda turbin dipasang sudu-sudu. Oleh karena sudu tersebut bergerak bersama-sama dengan roda turbin, maka sudu tersebut dinamai sudu gerak. Pada sebuah roda turbin mungkin terdapat beberapa baris sudu gerak yang dipasang berurutan dalam arah aliran fluida kerja. Setiap baris sudu terdiri dari sudu yang disusun melingkari roda turbin, masing-masing dengan bentuk dan ukuran yang sama.

Turbin dengan satu baris sudu gerak saja, dinamai turbin bertingkat tunggal. Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamai turbin bertingkat ganda. Pada turbin bertingkat ganda fluida kerja mengalir malalui baris sudu yang pertama, kemudian baris kedua, ketiga, dan seterusnya. Tetapi sebelum mangalir ke setiap baris sudu berikutnya, fluida kerja melaui baris sudu yang bersatu dengan rumah turbin yang tidak bergerak berputar, disebut sudu tetap. Sudu tetap berfungsi mengarahkan aliran fluida kerja masuk ke dalam sudu gerak berikutnya, tetapi juga dapat berfungsi sebagai nosel. Gambar 5 - 2 menunjukkan baris sudu tetap dan sudu gerak.

Di dalam turbin bertingkat ganda, proses ekspansi dari fluida kerja dilakukan secara bertahap. Jadi, dari satu tingkat ke tingkat berikutnya, di mana satu tingkat terdiri dari satu baris sudu tetap dan satu baris sudu gerak. Tujuan penggunaan turbin bertingkat-ganda adalah untuk menaikkan efisiensi dan memperkecil kecepatan tangensial dari roda turbin yang bersangkutan. Faktor tersebut terakhir perlu diperhatikan berdasarkan pertimbangan kekuatan material yang dipergunakan, yaitu terhadap besarnya gaya sentrifugal yang terjadi sebagai akibat berputarnya roda turbin.

Gambar 6 -2. Baris Sudu Tetap Dan sudu Gerak

Celah antara puncak sudu dan rumah turbin harus dibuat sesempit-sempitnya agar supaya energi fluida kerja dapat sebanyak-banyaknya diubah menjadi kerja berguna. Disamping itu, pada umumnya roda turbin berputar dengan kecepatan tinggi. Oleh karena itu, roda turbin harus ada dalam keadaan keseimbangan dengan presisi yang tinggi untuk mengurangi getaran dan mencegah terjadinya kerusakan, terutama akibat goresan atau tumbukan antara (puncak) sudu gerak dengan rumah turbin, atau antara (puncak) sudu tetap dengan roda turbin.

6.2.2. FLUIDA KERJA

Air, uap air, dan gas dapat digunakan sebagai fluida kerja turbin. Maka turbin diberi nama sesuai dengan jenis fluida kerjanya. Dengan demikian, turbin uap, turbin gas, dan turbin air berturut-turut adalah turbin dengan uap, gas dan air sebagai fluida kerja. Oleh karena karakteristik uap, gas, dan air tidak sama, maka kondisi operasi dan karakteristik turbin uap, turbin gas, dan turbin air juga berbeda, masing-masing mempunyai cirri, keuntungan, kerugian serta kegunaan yang khas.

6.2.3. TURBIN IMPULS DAN TURBIN REAKSI

Dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya, turbin dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

1. Turbin impuls,

Turbin impuls adalah turbin di mana proses ekspansi dari fluida kerja (proses penurunan tekanan) hanya terjadi di dalam sudu-sudu tetapnya saja atau penurunan entalpinya berlangsung pada sudu tetap atau pada nozel yang berfungsi sebagai sudu tetap. Jadi, dalam hal ini diharapkan tidak terjadi penurunan tekanan di dalam sudu gerak. Meskipun demikian, dalam kenyataannya penurunan tekanan (kecil) di dalam sudu gerak tak dapat dihindarkan berhubung adanya gesekan, aliran turbulen, dan kerugian energi lainnya.

Turbin impuls merupakan turbin sederhana berotor satu atau banyak (gabungan) yang mempunyai sudu impuls pada sudunya itu. Sudu impuls dapat dikenal dari bentuknya. Bentuknya simetris dan mempunyai sudut masuk dan sudut keluar masing-masing 20 ^o, dan biasanya pendek dengan penampang yang konstan, perhatikan gambar 6 - 3.

Gambar 6-3.

Diagram kecepatan dan Sudu-sudu turbin Impuls dengan tiga baris sudu gerak.

2. Turbin reaksi,

Turbin Reaksi adalah turbin di mana proses ekspansi dari fluida kerja terjadi baik di dalam sudu tetap maupun sudu gerak. Namun demikian ada kemungkinan sebuah turbin menggunakan sebuah roda turbin dengan baris sudu impuls dan reaksi. Sudu tetapnya dirancang sedemikian rupa sehingga jalur diantara sudu-sudu itu merupakan lubang aliran nozel. Sudu bergerak turbin reaksi dapan dibedakan dengan mudah dari sudu turbin impuls karena bentukya yang tidak simetris, perhatikan gambar 6-4. Karena berfungsi sebagian sebagai nozel maka bentuknya sama denga sudu tetap, walaupun arah lengkungnya berlawanan

Gambar 6-4. Diagram kecepatan dan Sudu-sudu turbin Reaksi dengan tiga baris sudu gerak.

6.3. TURBIN GAS

Turbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya. Sebenarnya turbin gas hanyalah merupakan komponen dari suatu sistem turbin gas seperti ditunjukkan pada gambar 6 – 5. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama, yaitu; kompresor, ruang bakar dan turbin.

Gambar 4 – 5. Sistem turbin gas (motor turbojet)

Pengembangan turbin gas hingga bisa dibuat seperti sekarang ini, yaitu sampai bisa ekonomis untuk dipakai sebagai mesin penggerak yang menghasilkan daya dorong pada pesawat terbang dan untuk instalasi darat yang bisa dipakai untuk membangkitkan tenaga listrik, sudah menghabiskan waktu yang cukup lama. Karena sejak abad yang lalu telah dimulai usaha untuk mengembangkan turbin gas, tetapi kurang berhasil dan perkembanganya cukup lambat.

Namun saat ini perkembangan turbin gas sudah cukup pesat dan mempunyai arti yang sangat besar dalam mengikuti perkembangan teknologi moderen. Untuk menggerakkan pesawat terbang dengan daya yang sangat besar harus memakai turbin gas, karena ukuran luar dan berat dari turbin gas cukup ekonomis dan tidak bisa disaingi oleh motor bakar; skematic kerja turbin gas pada pesawat ditunjukkan pada gambar 6-6. Proses turbin gas dengan daya yang sangat besar juga telah dipakai pada teknik tenaga nuklir dengan memakai helium sebagai sebagai fluida kerjanya.

Gambar 6-6. Skematik dasar kerja turbin gas pada pesawat

Di industri turbin gas digunakan untuk menggerakkan bermacam-macam peralatan mekanik misalnya pompa dan kompresor serta generator listrik. Keuntungan penggunaannya turbin gas di industri bila dibandingkan dengan instalasi uap adalah :

1. Sistemnya secara keseluruhan mempunyai ukuran, berat dan biaya yang lebih kecil.

2. Instalasinya dapat dipasang dengan cepat dan dapat segera dioperasikan.

3. Mudah dikendalikan

4. Fleksible dalam menghasilkan berbagai kebutuhan instalasi.

5. Fleksibel dalam menggunakan berbagai macam bahan bakar cair dan gas.

6. Ramah lingkungan bila dibandingkan dengan penggerak mula lainnya.

Disamping beberapa keunggulannya, turbin gas mempunyai satu kelemahan utama yaitu

1. Efisiensi siklusnya yang masih rendah sehingga tidak digunakan sebagai penggerak mula untuk beban dasar yang besar.

2. Tidak cocok untuk bahan bakar padat.

Efisiensi siklus turbin gas dapat di tingkatkan dengan menaikkan suhu gas masuk untuk pembakaran dari 1100 ^oC menjadi 1260 ^oC. Dan sekarang para peneliti tentang turbin gas sedang berusaha terus untuk meningkatkan suhu ini sampai mendekati 1440 ^oC dan bahkan sampai 1640 ^oC dimasa yang akan datang. Salah satu cara untuk mengatasi masalah siklus yang rendah ialah dengan menggunakan turbin gas dalam siklus gabungan dengan turbin uap.

6.4.1. PRINSIP KERJA TURBIN GAS

Sebuah turbin gas sederhana seperti yang ditunjukkan pada gambar 6 -7 bekerja dengan sistem sebagai berikut : Udara atmosfer masuk ke dalam kompresor yang berfungsi mengisap dan menaikkan tekanan udara sehingga temperaturnya akan naik. Kemudian udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi itu masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara tersebut sehingga terjadi proses pembakaran. Proses pembakaran berlangsung pada tekanan konstan, sehingga boleh dikatakan ruang bakar hanyalah berfungsi untuk menaikkan temperature udara. Oleh karena itu ruang bakar dapat saja diganti dengan sebuah alat pemanas. Gas pembakaran yang bertemperatur tinggi itu kemudian masuk ke dalam turbin dan energinya digunakan untuk melakukan kerja memutar roda turbin.

Gambar 6-7. Proses kerja Turbin gas sederhana dan bagian-bagiannya.

Sebanyak ± 60 % daya yang dihasilkan turbin digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan sisanya sebanyak ± 40 % baru dapat digunakan untuk memutar beban turbin berupa generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling dan sebagainya. Jadi, di dalam sistem turbin gas proses kompresi, pembakaran dan ekspansi terjadi di dalam komponen yang terpisah. Maka jelaslah perbedaannya dengan yang terjadi pada motor bakar torak yang konvensional, dimana proses kompresi, pembakaran dan ekspansi tersebut terjadi di dalam satu tempat yaitu di dalam silinder. Disamping itu, proses pembakaran pada sistem turbin gas berlangsung secara kontinu pada tekanan konstan, sedang pada motor bakar torak proses pembakaran terjadi secara periodic pada tekanan yang berubah.

1. Turbin gas penggerak pesawat terbang

Sementara itu, cara kerja dan konstruksi turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang ditunjukkan pada gambar 6 -8.

Gambar 4-8. Penampang turbin gas untuk menggerakkan pesawat terbang.

Cara kerjanya adalah sebagai berikut : kompresor tekanan rendah menghisap udara luar yang ada disekelilingnya, kemudian udara tersebut ditekan dan dimasukkan ke dalam kompresor tekanan tinggi untuk ditekan (dimampatkan) lagi, selanjutnya udara tekan ini dialirkan ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara tersebut sehingga terjadi proses pembakaran. Gas hasil pembakaran yang terbentuk itu kemudian dimasukkan ke dalam turbin tekanan tinggi dan terus ke turbin tekanan rendah dan sesudah memberikan sisa gaya dorongnya, gas hasil pembakaran ini ke luar ke udara luar.

Dari gambar bisa dilihat bahwa ada 2 buah poros penggerak. Turbin tekanan rendah menggerakkan kompresor tekanan rendah dan melalui roda gigi transmisi menggerakkan propeller (baling-baling) sebagai daya yang berguna. Turbin tekanan tinggi menggerakkan kompresor tekanan tinggi. Kecepatan putar kedua turbin adalah berbeda, ukuran turbin dan kompresor kadang-kadang dibuat menurut teknik aliran fluida yang terbaik. Mekanisme kedua turbin tersebut tidak tergantung satu sama lainnya, sebagian dari poros turbin tekanan rendah berada di dalam poros turbin rekanan tinggi.

2. Turbin gas yang dipakan di industri

Sedangkan turbin yang dipakai di industri ditunjukkan pada gambar 6-9, bisa dilihat bahwa turbin, kompresor, generator listrik, motor untuk start semuanya berada dalam satu poros; pada umumnya ruang bakar diletakkan di sampingnya mesin.

Gambar 6-9. Skema turbin gas untuk industri

Proses kerjanya adalah sebagai berikut : kompresor menghisap udara luar dan menempatkannya kemudian dimasukkan ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dimasukkan bahan bakar yang berbentuk gas atau berbentuk cairan ke dalam arus udara tersebut, sehingga terjadi proses pembakaran. Gas panas hasil pembakaran yang terjadi dialirkan ke dalam turbin gas, sehingga turbin gas akan menggerakkan kompresor dan menggerakkan generator listrik sebagai daya yang berguna; gas bekasnya dibuang ke udara luar dengan melalui cerobong.

6.4.2. MODEL TURBIN GAS

Pada dasarnya model turbin gas ada 2 macam yaitu model satu poros dan model dua poros. Turbin gas dengan satu poros seperti yang ditunjukkkan pada gambar 6-10, mempunyai kompresor, turbin dan beban pada satu poros yang berputar pada kecepatan tetap.Konsfigurasi ini digunakan untuk menggerakkan generator kecil dan generator besar.

Model turbin dengan dua poros seperti yang ditunjukkan pada gambar5-11, mempunyai dua poros yang berputar berlainan. Sisten poros yang pertama memiliki kompresor, ruang bakar dan turbin dimana kompresor menggerakkan turbin bertekanan tinggi (turbin I), sedangkan poros yang kedua menggerakkan turbin tekanan rendah (turbin 2) yang dihubungkan dengan dengan beban luar untuk menggerakkan beban tersebut.

Gambar 6 -10.

Turbin gas satu poros.

Gambar 4-11.

Turbin dua poros

Dalam kedua bagian tersebut, bagian sistem poros pertama yang bersisi kompresor, ruang bakar dan turbin tekanan tinggi disebut generator gas (gas generator). Dengan konsfigurasi dua poros, bebab pada turbin gas dapat digerakkan dengan kecepatan yang berubah-ubah sehingga sangat cocok penggunaan pada industri.

RANGKUMAN

Turbin adalah mesin penggerak yang komponen utamanya berupa baling-baling atau kincir yang digerakkan oleh fluida kerja berupa air, uap air, atau gas di mana energi fluida kerja dipergunakan langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi pada mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi yaitu tidak ada torak yang didesak oleh gas hasil pembakaran. Pada roda turbin terdapat sudu dan fluida kerja mengalir melalui ruang di antara sudu tersebut dengan gaya yang bekerja padanya. Turbin dengan satu baris sudu gerak saja, dinamai turbin bertingkat tunggal. Sedangkan turbin dengan beberapa baris sudu gerak dinamai turbin bertingkat ganda. Dari segi pengubahan momentum fluida kerjanya, turbin dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu turbin impuls dan turbin reaksi.

Turbin gas adalah turbin dengan gas sebagai fluida kerjanya; sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen utama, yaitu; kompresor, ruang bakar dan turbin. Sebuah turbin gas sederhana bekerja dengan sistem sebagai berikut : Udara atmosfer masuk ke dalam kompresor yang berfungsi mengisap dan menaikkan tekanan udara sehingga temperaturnya akan naik. Kemudian udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi itu masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar disemprotkan bahan bakar ke dalam arus udara tersebut sehingga terjadi proses pembakaran Gas pembakaran yang bertemperatur tinggi itu kemudian masuk ke dalam turbin dan energinya digunakan untuk melakukan kerja memutar roda turbin.

SOAL POST TEST MODUL 6 TURBIN.

1. Jelaskan prinsip kerja sebuah turbin ?

2. Apa Itu Sudu turbin ? dan jelaskan fungsinya pada sebuah turbin ?

3. Jelaskan perbedaan antara sudu tetap dan sudu gerak ?

4. Apa yang dimaksud dengan turbin bertingkat ganda ? bagaimana proses kerjanya ?

5. Apa keuntungan utama dari turbin bertingkat ganda bila dibandingkan dengan turbin tunggal ?

6. Jelaskan perbedaan mendasar antara turbin impuls dan turbin reaksi ? gambarkan bentuk sudunya masing-masing ?

7. Jelaskan dimana terjadi proses kompresi dan proses ekspansi pada turbin gas ?

8. Jelaskan keuntungan dan kerugian pemakaian turbin gas ?

9. Jelaskan prinsip kerja sebuah turbin gas sederhana ? Gambarkan siklusnya ?

10. Mengapa turbin gas tidak bisa menggunakan semua daya yang dihasilkan untuk menggerakkan beban ?

11. Apa perbedaan utama antara turbin gas dengan motor bakar ?

12. Jelaskan cara kerja turbin gas yang digunakan untuk menggerakkan pesawat terbang ?

13. Jelaskan cara kerja turbin gas yang digunakan sebagai pembangkit daya pada sebuah industri ?

14. Apa perbedaan antara turbin gas dengan satu poros dan turbin gas dengan dua poros ?

BAHAN BACAAN.

1. M. M. EL-WAKIL, Instalasi Pembangkit Daya I, Terjemahan Ir. E. Jasifi, M.Sc, Erlangga, Jakarta, 1992.

2. Dietzel, Fritz, Turbin Pompa Dan Kompresor, terjemahan Ir. Dakso Sriyona. Erlangga, Jakarta, 1996.

3. Arismunandar, wiranto, Penggerak Mula Turbin, ITB Bandung, 1988.

4. Archie W. Culp, Jr, Darwin Sitoruk, Prinsip-prinsip konversi energi, Erlangga,1989...

Modul 5

SOAL PRE TEST

MODUL 5.

Petunjuk :

Kerjakan semua soal pretest ini sebagai syarat untuk mempelajari modul 5.

1. Sebutkan kelas-kelas mesin diesel dan bagaimana cara menentukannya ?

2. Sebutkan tiga sistim penyaluran bahan bakar pada motor diesel?

3. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari masing-masing sistim tersebut diatas ?

4. Apa fungsi dari penyemprotan bahan bakar ? Gambarkan skematik proses distribusi bahan bakar dari tangki utama sampai ke ruang bakar ?

5. Bagaimana proses penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dan kapan itu dilakukan ?

6. Jelaskan fungsi dan cara kerja nozel (Injektor) ?

7. Sebutkan tipe-tipe nozel beserta karakteristiknya masing-masing ?

8. Jelaskan bagaimana kerja mekanis gas hasil pembakaran didalam silinder untuk membangkitkan daya pada motor diesel ?

9. Apa yang dimaksud dengan daya indicator dan daya efektif ? jelaskan perbedaannya ?

10. Sebuah motor bakar torak jenis 2 tak diketahui mempunyai tekanan efektif rata-rata indikator (P _{in rata-rata}) = 5,5 kg/cm³; volume langkah torak per silinder (V_L) adalah 650 cm³ ; jumlah silinder (z) 4 buah; putaran poros engkol (n) 2100 rpm; jumlah bahan bakar yang terpakai G_f = 28,29 kg/jam dengan nilai kalor bahan bakar (Q_c) 10000 kcal/kg, maka tentukan daya indikator rata-rata (P_{in rata-rata}) dan efffisiensi thermalnya ?

11. Apa penyebab terjadinya detonasi dan cara mengatasinya ?

12. Apakah yang akan terjadi bila proses pembakaran di dalam silinder mengalami kelambatan penyalaan ?

Keterangan:

Soal pretest ini berguna untuk mengukur tingkat pemahaman awal para mahasiswa sebelum mempelajari modul 5.

MODUL 5. MOTOR BAKAR DIESEL

Tujuan Instruksional khusus (TIK) :

Setelah mempelajari bab ini anda mahasiswa diharapkan dapat :.

1. Menjelaskan pengaruh faktor kecepatan terhadap ukuran mesin diesel serta pemeliharaannya.

2. Menjelaskan sistem penyaluran bahan bakar serta dapat menyebutkan keunggulan dan kelemahan dari ke tiga jenis sistem bahan bakar motor diesel.

3. Menjelaskan fungsi penyemprot bahan bakar serta menggambarkan skema proses distribusi bahan bakar diesel ke dalam silinder.

4. Menjelaskan sistem kerja injektor (nozel) dan jenis-jenis nozel.

5. Menjelaskan fungsi, cara kerja dan jenis pompa bahan bakar pada motor diesel.

6. Menjelaskan proses kerja mekanis gas hasil pembakaran di dalam silinder untuk menghasilkan tenaga.

7. Dapat menghitung daya untuk motor diesel 4 langkah dan motor diesel 2 langkah serta dapat menjelaskan perbedaan mendasar antara keduanya.

8. Menjelaskan proses terjadinya detonasi pada motor diesel.

9. Menjelaskan cara memperoleh daya indikator dan daya efektif dari motor diesel.

5.1. FAKTOR KECEPATAN MESIN DIESEL

Mesin seringkali dibagi menjadi beberapa kelas prestasi kecepatan, yaitu mesin kecepatan rendah, mesin kecepatan sedang dan mesin kecepatan tinggi. Tetapi, kecuali digunakan ukuran yang pasti, maka penamaannya tetap kabur. Telah dicoba menggunakan kecepatan mesin, putaran tiap menit, atau kecepatan torak, feet tiap menit, sebagai ukuran prestasi kecepatan, tetapi satu pun dari kedua metoda ini yang dapat memberikan penunjukan yang berarti. Alasan bahwa kecepatan putar semacam itu tidak sesuai sebagai karakteristik kecepatan disebabkan tidak diperhitungkannya ukuran dari mesin.

Sebuah mesin diesel berukuran 3½ x 3½ x 6 yang beroperasi pada 900 putaran/menit bukan mesin berkecepatan tinggi, tetapi hanya menengah, karena mesin dari ukuran ini dapat dijumpai beroperasi pada kecepatan 2.000 putaran/menit atau lebih. Sebaliknya, mesin diesel berukuran 8½ x 10½ biasanya beroperasi pada kecepatan tidak melebihi 750 putaran/menit, tetapi meskipun kecepatannya serendah ini beberapa cirinya menyerupai mesin kecepatan tinggi dan sebuah mesin 8½ x 10½ x 900 dapat dinyatakan sebagai mesin kecepatan tinggi.

Sebaliknya juga benar, yaitu menurut kecepatan toraknya. Dalam sebuah mesin besar maka kecepatan torak yang lebih tinggi yaitu 1.800 ft tiap menit atau lebih dapat diperoleh dengan kecepatan putar relatif rendah. sedangkan pada mesin kecil kecepatan tinggi kecepatan toraknya tidak tinggi.

Suatu karakteristik kecepatan yang baik, yang disebut faktor kecepatan dan dinamakan Cs, diperoleh sebagai hasil kali dari putaran tiap menit dan kecepatan torak. Agar didapat besaran yang kecil dan mudah diingat, hasilnya dibagi dengan 100.000. Jadi:

Cs =

Faktor kecepatan untuk berbagai mesin diesel yang ada terletak di antara batas 1 dan sedikit di atas 81. Menurut data ini semua mesin dapat dibagi menjadi empat kelas, masing-masing kelas batas paling tingginya diperoleh dengan mengalikan batas rendah dengan 3, yaitu :

1. Mesin kecepatan rendah dengan faktor kecepatan 1 sampai 3

2. Mesin kecepatan sedang, dengan faktor kecepatan 3 sampai 9

3. Mesin kecepatan tinggi, dengan faktor kecepatan 9 sampai 27

4. Mesin kecepatan sangat tinggi dengan factor kecepatan 27 sampai 81 atau lebih.

Dengan demikian bila mengetahui golongan kecepatan yang dimiliki oleh sebuah mesin, maka sangat berharga bagi operator mesin; makin tinggi klasifikasi kecepatan sebuah mesin, maka operator harus makin mencoba memelihara mesin dalam kondisi jalan yang paling baik dan mengamati setiap detail dalam buku instruksi pabrik, dan harus lebih berhati-hati lagi ketika menginspeksi atau memperbaiki mesin secara menyeluruh (over-haul).

5.2. SISTIM BAHAN BAKAR

Sistem penyaluran bahan bakar pada motor diesel dari tangki bahan bakar sampai masuk ke dalam silinder dilakukan dengan beberapa sistem yang sering dipergunakan. Ada tiga sistem yang banyak dipakai, yaitu:

1. Sistem pompa pribadi (gambar 5 - 1)

2. Sistem distribusi (gambar 5 - 2)

3. Sistem akumulator (gambar 5 - 3)

Ketiga sistem ini mempergunakan beberapa komponen yang sama yaitu tangki, beberapa saringan, dan pompa penyalur (tekanan rendah). Saringan bahan bakar sangat diperlukan untuk mencegah masuknya kotoran ke dalam pompa penyalur, pompa tekanan tinggi, dan penyemprot bahan bakar. Kotoran di dalam aliran bahan bakar dapat menyebabkan kerusakan, terutama keausan pompa dan penyemprot. Juga saluran bahan bakar bisa tersumbat sehingga mengganggu kerja motor diesel.

Pompa penyalur mengalirkan bahan bakar dari tangki ke pompa tekanan tinggi agar pompa tekanan tinggi itu selalu terisi bahan bakar dalam segala keadaan operasinya. Tekanan alirannya harus selalu lebih tinggi daripada tekanan atmosfer sekitarnya, terutama untuk mencegah masuknya udara ke dalam saluran bahan bakar seandainya terjadi kebocoran. Adanya udara (gelembung) di dalam aliran bahan bakar akan menyebabkan gangguan, antara lain, aliran yang tidak menentu besarnya.

Ketiga sistem bahan bakar itu menggunakan pompa tekanan tinggi, tetapi terdapat perbedaan dalam jumlah atau fungsinya. Sistem pompa pribadi (gambar 5 – 1) menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk setiap silindernya. Jadi, setiap penyemprot dilayani oleh satu pompa tekanan tinggi. Pompa ini adalah pompa plunyer yang dilengkapi dengan peralatan pengatur kapasitas. Daya yang diperlukan untuk menggerakkan pompa diambil dari daya yang dihasilkan oleh mesin itu sendiri.

Gambar 5 - 1. Sistem Pompa Pribadi

Sistem distribusi (gambar 5 – 2) dan akumulator, masing-masing hanya menggunakan satu pompa tekanan tinggi untuk melayani semua penyemprot yang ada di setiap silinder. Pada sistem distribusi pompa tekanan tinggi tersebut mengalirkan bahan bakar bertekanan tinggi masuk ke dalam distributor. Distributor adalah alat untuk membagi bahan bakar ke dalam setiap penyemprot sesuai dengan urutan yang telah ditentukan.

Sedangkan pada sistem akumulator (gambar 5 – 3) pompa tekanan tinggi tidak dilengkapi dengan alat pengatur kepasitas. Pada sistem akumulator, pompa itu mengalirkan bahan bakar masuk ke dalam sebuah akumulator yang dilengkapi dengan katup pengatur tekanan sehingga tekanan bahan bakar di dalam akumulator dapat konstan. Apabila tekanan

Gambar 5 -3 . Sistem Pompa distribusi

tersebut lebih besar daripada yang ditentukan, katup pangatur akan terbuka dan bahan bakar akan mengalir kembali kedalam pipa isap dari pompa tekanan tinggi. Dari akumulator bahan bakar mengalir ke dalam alat pengatur kapasitas, baru kemudian ke penyemprot lalu masuk ke dalam silinder, sesuai dengan urutanyang telah ditetapkan.

Gambar 5 -3. Sistem pompa akumulator

Sudah barang tentu ketiga sistem bahan bakar tersebut memiliki factor untung rugi dan ciri khas masing-masing. Beberapa pertimbangan yang digunakan dalam pemilihannya adalah kontruksi dan peralatan yang sederhana, keandalan, kondisi operasi, umur, perawatan, dan harga.

Sistem pompa pribadi merupakan sistem yang kompak. Akan tetapi, harganya relatif lebih mahal oleh karena menggunakan satu pompa untuk setiap silinder dan semua pompa harus bekarja dalam susunan yang serasi. Untuk menekan harga yang tinggi itu diciptakanlah sistem distribusi yang hanya menggunakan satu pompa, lengkap dengan alat pengatur kapasitas. Akan tetapi kerja pompa akan menjadi lebih berat, terutama apabila harus melayani jumlah silinder yang banyak. Pada kedua sistem ini tekanan dan kapasitas penyemprotan bahan bakar berubah-ubah sesuai dengan kecepatan putar poros mesin, karena pompa tersebut digerakkan oleh mesin melalui sistem roda gigi.

Jadi, berbeda dengan sistem akumulator yang tekanan penyemprotannya konstan (tidak bergantung pada kecepatan putar poros pompa). Pada sistem ini pengaturan kapasitas dilakukan oleh alat tersendiri sehingga sistem akumulator tidak memerlukan ketelitian pembuatan yang terlalu tinggi. Namun demikian, sistem akumulator memerlukan konstruksi penyemprot yang baik sehingga ke dalam setiap silinder dapat dimasukkan jumlah bahan bakar yang sama banyaknya. Sistem akumulator biasanya digunakan pada motor diesel berukuran besar dengan kecepatan yang rendah. Selanjutnya, motor diesel memerlukan suatu alat penting yang dinamai governor, terutama untuk mesin stasioner. Governor adalah suatu alat untuk mengatur putaran mesin supaya tetap ‘konstan’ meskipun bebannya berubah-ubah.

Variasi kecepatan yang diperblehkan (maksimum) berkisar) pada ± 3% dari kecepatan operasi yang ditetapkan. Dalam melaksanakan tugasnya governor menggerakkan batang pengatur kapasitas. Apabila putaran mesin naik kerena beban berkurang, jumlah bahan bakar yang dimasukkan ke dalam silinder harus dikurangi supaya putaran mesin dapat kembali pada keadaan semula.

5.2.1. PENYEMPROTAN BAHAN BAKAR

Penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dilaksanakan dengan menggunakan sebuah alat yang dinamai penyemprot bahan bakar. Disamping beberapa persyaratan lain yang diperlukan, bahan bakar disemprotkan itu harus habis terbakar sesuai dengan prestasi yang diharapkan. Fungsi penyemprot bahan bakar adalah:

1. Memasukkan bahan bakar ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan.

2. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan yang diminta, dan

3. Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakaran sempurna dalam waktu yang ditetapkan; skema pendistribusian dapat dilihat pada gambar 5 - 4.

Gambar 5 - 4:

Skema proses distribusi bahan bakar ke dalam silinder

Ketika bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder, tekanan udara di dalam silinder sudah sangat tinggi mencapai sekitar (35 – 50 atm). Sehingga dengan sendirinya tekanan penyemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. Kelebihan tekanan itu juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penyemprotan tertentu (kecepatan bahan bakar ke luar dari penyemprot), yaitu sesuai dengan derajat pengabutan yang diinginkan. Besarnya kecepatan penyemprotan ini dapat dinyatakan dengan persamaan,

C = C_D …………………………………………….. (4 – 1)

Keterangan Rumus :

C = kecepatan penyemprotan, m/detik

C_D = koefisien aliran

g = percepatan gravitasi, m/detik²

ΔP = kelebihan tekanan penyemprotan, kg/m²

γ_f = berat jenis bahan bakar, kg/m³

Makin besar kecepatan penyemprotan makin tinggi derajat pengabutannya. Kecepatan tersebut dapat mencapai 300 m/detik dengan tekanan penyemprotan 70 – 1000 kg/cm². Dengan sendirinya konstruksi dan harga sistem penyemprotan bertambah mahal, sesuai dengan tekanan penyemprotan yang digunakan.

Komponen penyemprot yang mengatur bentuk pancaran bahan bakar disebut nosel (injektor) ditunjukkan pada gambar 5 - 5. Ada beberapa macam nosel; dua di antaranya, yang banyak digunakan pada motor diesel modern adalah nosel katup jarum dan nosel pasak seperti pada gambar 5 - 6.

(a) (b)

(a) (b)

Gambar 5 - 5. Nozel Gambar 5 - 6. (a). Nozel katup jarum (b). Nozel Pasak

Kedua jenis nosel ini berbeda bentuk ujung katupnya. Kabut bahan bakar yang keluar dari nosel katup jarum berbentuk kerucut sedangkan dari nosel pasak berbentuk selubung kerucut. Nosel katup jarum dapat berlubang satu atau lebih, erdiameter sangat kecil kira-kira 0,25 mm atau lebih sedikit. Diameter lubang nosel pasak bisa sampai 3 mm. Boleh dikatakan, nosel katup jarum pada umumnya digunakan pada motor diesel dengan ruang bakar terbuka sedangkan nosel pasak banyak digunakan pada motor diesel dengan ruang bakar kamar muka.

Tekanan penyemprotan dihasilkan oleh pompa bahan bakar tekanan tinggi. Melalui pipa tekanan tinggi yang berdiameter antara 1,5 – 3 mm (bergantung pada jumlah bahan bakar yang harus disemprotkan) bahan bakar mengalir ke penyemprot dan akhirnya masuk ke ruang tekanan di dalam nosel. Di dalam nosel, katup menutup lubang nosel karena adanya gaya pegas yang besarnya dapat diatur sesuai dengan tekanan penyemprotan yang dikehendaki. Apabila gaya bahan bakar yang ada di dalam ruang tekanan tersebut lebih besar daripada gaya pegas, katup nosel akan terangkat sehingga lubang nosel terbuka. Dengan kecepatan tinggi mengalirlah bahan bakar kedalam silinder melalui lubang nosel. Jadi, bahan bakar barulah dapat masuk ke dalam ruang bakar apabila tekanannya cukup besar untuk melawan gaya pegas yang menekan katup nosel itu.

5.2.2. POMPA BAHAN BAKAR

Fungsi pompa bahan bakar adalah memasukkan bahan bakar ke dalam ruang bakar pada saat yang telah ditetapkan dalam jumlah sesuai dengan daya yang harus dihasilkan. Pada gambar 5 - 7 dapat dilihat sebuah pompa plunger. Didalam silinder terdapat sebuah plunyer yang digerakkan (translasi) oleh poros (kam) dari pompa tersebut. Pada dinding silinder nya terdapat lubang isap sedangkan pada kepala silinder terdapat katup yang akan terbuka apabila tekanan di dalam silinder telah mencapai harga tertentu. Lubang isap akan terbuka dan tertutup oleh batang plunyer. Jadi, suatu proses penekanan akan terjadi apabila hubungan antara ruang di sebelah atas plunyer dan ruang isap ada dalam tertutup.

Gambar 5.7. Pompa Plunger

Kapasitas pompa diatur dengan jalan mengubah (memutar) posisi plunyer terhadap lubang isap, yaitu mengatur posisi saluran pada plunyer terhadap lubang isap. Jadi, panjang langkah plunyer, adalah konstan; tetapi dengan jalan memutar plunyer, kita mengatur saat berakhirnya langkah tekan. Pada kapasitas nol, ruang di sebelah atas plunyer selalu berhubungan dengan ruang isap. Sedangkan saat penyemprotan bahan bakar ke dalam ruang bakar dapat diatur dengan jalan mengubah posisi poros (kam) pompa relative terhadap poros engkol. Sedangkan gambar 5 -8 ditunjukkan pompa distribusi jenis rotary dengan cara kerja yang berbeda dengan pompa jenis plunyer ?.

Gambar 5-8. Pompa distribusi tipe rotary

5.3. DAYA MOTOR DIESEL.

5.3.1. KERJA MEKANIS GAS PEMBAKARAN

Dengan mempergunakan alat pengukur tekanan yang teliti, tekanan gas di dalam silinder, p (kg/cm²), sebuah mesin empat langkah dapat diukur dengan baik. Jika l menunjukkan kedudukan torak,maka hubungan antara p dan l dilukiskan seperti terlihat pada gambar 5 -8. Pada gambar tersebut, l₁ menunjukkan posisi torak pada TMB, l₂ menunjukkan posisi torak pada TMA, sehingga (l₁ - l₂) adalah panjang langkah torak L.

Pada konstruksi mesin yang biasa, titik sambung (P) antara torak dan batang penggerak, dan sumbu putaran poros engkol (O), terletak pada sumbu silinder. Maka dalam hal tersebut, L sama dengan dua kali jari-jari engkol R, yaitu jarak antara O dan C. Titik P terletak pada sumbu pena torak dan bagian batang penggerak yang berhubungan dengan pana torak dinamai ujung batang penggerak. Sedangkan bagian batang penggerak yang berhubunan dengan pena engkol dinamai pengkal batang penggerak.

Jika D adalah diameter-dalam silinder, maka luas penampang silinder : A = πD²/3, dan volume langkah toraknya adalah V_L= AL = A(l₁ -l₂) = (πD²/3) (l₁ - l₂). Dengan demikian , untuk suatu mesin tertentu l. l₁, dan l₂ berturut-turut dapat diganti dengan V, V₁, dan V₂. Dalam hal tersebut l dinyatakan dalam cm dan V dalam cm³. Namun, dalam thermodinamika takanan p biasanya dinyatakan sebagai fungsi dari volume spesifik, yaitu volume per satuan berat. Maka jika volume, V₁ dan V₂ dibagi oleh berat gas di dalam silinder, G kg, sehingga akan diperoleh volume spesifik v, v₁ dan v₂ (cm³/kg). Oleh karena itu, luas diagram p-v akan mempunyai satuan (cm), yaitu satuan kerja mekanis per satuan berat. Diagram P - V seperti terlihat pada Gambar 4 - 8 disebut diagram indicator.

Gambar 5 - 8. kerja mekanis gas hasil pembakaran

Selain itu diagram tekanan versus waktu (t) yang diperoleh dari pengukuran dengan osiloskop, juga dinamai dengan diagram indicator. Pada umumnya, diagram p-t ditranformasikan ke dalam bentuk diagram p versus sudut engkol, sehingga dapat dibuat diagram P-V. Disamping itu, perlu juga diketahui berapa besar kerja yang dihasilkan per siklus dalam setiap silinder, sehingga diketahui berapa besar kerja yang dapat dihasilkan oleh mesin pada ukuran silinder tertentu, dan berat tertentu. Parameter tersebut dinamai “tekanan efektif rata-rata”, yaitu kerja yang dihasilkan per siklus dalam setiap silinder dibagi volume langkah torak. Jika J cm.kg/kcal adalah factor pengubah satuan, maka tekanan efektif rata-rata adalah:

P_rata-rata = = …………………… 4 - .2)

Sehingga :

Kerja per siklus = P _rata-rata x V_L ……………………………………….. (4 .3)

Perlu kiranya diingatkan disini bahwa pada mesin empat-langkah, satu siklus kerja diselesaikan dalam dua putaran poros engkol. Sedangkan pada mesin dua-langkah satu siklus kerja diselesaikan dalam satu putaran poros engkol. Maka jika poros engkol berputar dengan kecepatan n rpm (rotasi per menit), daya N yang dihasilkan mesin dinyatakan dalam PS, maka daya untuk motor bakar torak empat-langkah adalah :

N = ………………………………….. (4 – 4)

Atau :

N = P _rata-rata x V_l x z x n x a (½) x PS …………….. (4 – 5)

Sedangkan daya untuk motor bakar torak dua-langkah adalah :

N = …………………………………….. (4 – 6)

Atau :

N = P _rata-rata x V_l x z x n x a (1) x PS ……………. (4 – 7)

Keterangan rumus :

N = daya motor (PS)

P_rata-rata = tekanan efektif rata-rata (kg/cm²)

V_L = Volume langkah torak per silinder, (cm³)

z = Jumlah silinder

n = Putaran poros engkol, (rpm)

a = Jumlah siklus per putaran,

= 1 untuk motor 2 tak; ½ untuk motor 4 tak

1 PS = 75 m kg/detik.

Secara teori dapat dilihat dari kedua persamaan diatas bahwa daya mesin dua-langkah adalah dua kali lebih besar dari pada mesin empat-langkah. Namun dalam kenyataanya, dengan factor lainnya yang sama, P_rata-rata mesin dua-langkah belum dapat menyamai p_rata-rata mesin empat-langkah. Oleh karena itu, untuk ukuran mesin dan daya yang sama, maka daya yang dihasilkan oleh motor bakar torak dua-langkah tidak dapat mencapai dua kali daya motor bakar torak empat-langkah.

5.4. DAYA INDIKATOR DAN DAYA POROS

Telah diterangkan bahwa efiensi termal maupun tekanan efektif rata-rata dari siklus sebenarnya lebih kecil dari pada yang diperoleh dari siklus ideal. Sedangkah “daya poros” yaitu daya pada poros akan lebih kecil lagi, karena adanya kerugian-kerugian gesek antara torak dan dinding silinder, pada bantalan, roda gigi, daya untuk menggerakkan pompa bahan bakar, generator, pompa air, katup, dan sebagainya.

Daya yang dihasilkan di dalam silinder dinamai “daya indicator” dan daya poros dibagi oleh daya indikator dinamai “efisiensi mekanis”. Sedangkan daya gesek atau kerugian mekanis, adalah selisih antara daya indicator dan daya poros.

Tekanan efektif rata-rata yang dihitung setelah diketahui daya poros N, dinamai “tekanan efektif rata-rata poros”. Sedangkan daya poros dibagi oleh hasil kali jumlah bahan bakar terpakai per satuan waktu dan nilai kalor bawah dari bahan bakar tersebut, dinamai “efisiensi termal efektif”. Parameter yang lain adalah “pemakaian bahan bakar spesifik”, yaitu jumlah bahan bakar terpakai per satuan waktu dibagi oleh daya yang dihasilkan. Jadi, parameter terebut terakhir ini merupakan kebalikan dari efisiensi termal.

Untuk menghitung daya mesin, dipakai sebuah alat yang dinamai “dynamometer”. Alat tersebut dihubungkan dengan poros mesin dan dipakai untuk mengukur momen putar atau torsi T mkg. Sedangkan putaran poros n rpm diukur dengan mempergunakan takometer. Dengan mengetahui T dan n, maka daya poros dapat di hitung dengan memakai persamaan;

N_e = ………………………………………………… (4 – 8)

Dimana T = momen putar torsi efektif yang nalainya adalah sebanding dengan tekanan efektif rata-rata (P_e).

5.5. DETONASI DIESEL ATAU LEDAKAN DIESEL

Jika laju kenaikan tekanan di dalam ruang bakar begitu besar, maka kenaikan tekanan yang terjadi begitu tiba-tiba itu akan menyerupai pukulan yang hebat pada dinding ruang bakar. Peristiwa itu akan terdengar dengan keras dan terjadi pada frekuensi beberapa kHz, biasanya dinamai “detonasi diesel” atau “ledakan diesel”. Ledakan diesel yang lebih dahsyat akan terjadi apabila kelambatan penyalaannya lebih panjang dan banyaknya bahan bakar yang telah disemprotkan. Kelambatan penyalaan, disamping tergantung pada jenis bahan bakarnya juga tergantung dari keadaan mesinnya; misalnya perbandingan kompresinya. Perbandingan kompresi yang lebih rendah cenderung menyebabkan kelambatan penyalaan yang lebih panjang. Keadaan yang sama juga terjadi di daerah-daerah dimana tekanan dan temperatur atmosfirnya rendah serta pada mesin-mesin yang masih dingin. Demikian pula pada putaran tinggi, ledakan diesel akan terjadi karena penyemprotan bahan bakar dapat diselesaikan lebih cepat sehingga jumlah bahan bakar yang ada dalam periode persiapan pembakarannya menjadi lebih banyak.

Jika ledakan diesel yang dahsyat itu terjadi dalam waktu yang cukup lama, maka selain dapat merusak bagian-bagian mesin, bunyi mesin yang keras itu merupakan gangguan yang sungguh tidak menyenangkan. Untuk menghindari hal tersebut, sebaiknya dipakai bahan bakar yang dapat memberikan periode persiapan pembakaran yang sependek-pendeknya, atau mengurangi jumlah bahan bakar yang disemprotkan.

5.5.1. BILANGAN SETANA BAHAN BAKAR

Bilangan setana adalah suatu indeks yang biasa dipergunakan bagi bahan bakar motor diesel, untuk menunjukkan tingkat kepekaannya terhadap detonasi. Setana normal (C₁₆H₃₆) dan α-methyl-naphthalene (C₁₀H₇CH₃) dipergunakan sebagai bahan bakar standard pengukur, berturut-turut menunjukkan bahan bakar yang sukar dan mudah berdetonasi.

5.5.2. Nilai kalor bahan bakar

Nilai kalor bahan bakar ditentukan berdasarkan hasil pengukuran dengan kalorimeter dan harga analitik dari kalor hydrogen. Pengukuan dengan kalori meter dilakukan dengan membakar bahan bakar dan udara pada temperature normal, kemudian dilakukan pengukuran jumlah kalor yang terjadi sampai temperatur dari gas hasil pembakaran turun kembali ke temperatur normal. Namun, oleh karena di dalam mesin kalor pada umumnya termasuk motor bakar torak, air dalam gas buang masih ada dalam fasa gas, maka penambahan kalor laten selama kondensasi di dalam kalori meter sebenarnya tak dimanfaatkan.

Maka jumlah kalor yang terukur di dalam kalori meter, dimana terjadi pengembunan air, dinamai “nilai kalor atas”. Sedangkan seandainya air tersebut masih dalam fasa uap, maka jumlah kalor yang terukur adalah lebih kecil. Jika nilai kalor atas dikurangi oleh kalor pengembunan, maka akan diperoleh “nilai kalor bawah”. Harga 10.000 kcal/kg tersebut dalam 2.28 adalah nilai kalor bawah.

CONTOH SOAL :

1. Sebuah motor bakar torak dua tak diketahui mempunyai tekanan efektif rata-rata indikator (P_{i rata-rata}) = 7,5 kg/cm³; volume langkah torak per silinder (V_L) adalah 900 cm³ ; jumlah silinder (z) 6 buah; putaran poros engkol (n) 2000 rpm; jumlah bahan bakar yang terpakai G_f = 25,29 kg/jam dengan nilai kalor bahan bakar (Q_c) 10000 kcal/kg, maka tentukan daya indikator rata-rata (P_{i rata-rata}) dan efffisiensi thermalnya ?

Penyelesaian :

1. Daya indikator rata-rata

N = P _rata-rata x V_l x z x n x a (1) x PS

= 7.5 x 900 x 6 x 2000 x 1 x

= 180 PS

2. Effisiensi termal indikator

η_i = x

=

= 0,45

Contoh Soal :

2. Perbandingan kompresi siklus gabungan udara standard sebesar 16. Pada awallangkah kompresi, tekanan sebesar 0.1 MPa dan temepratur 15°C, kalor dipindahkan dalam satu siklus udara sebanyak 1800 kJ/kg udara. Saat pemasukan kalor pada volume konstan sebesar 800 kJ/kg dan saat pemasukan kalor tekanan konstan sebesar 1000 kJ/kg Tentukan

a. Tekanan dan temperatur akhir tiap proses siklus

b. Efisiensi termal

c. Tekanan efektif rata-rata

Penyelesaian :

Awal kompresi:

Akhir kompresi :

Akhir pemberian kalor pada tekanan konstan

q_s = c_v (T₃ – T₂) = 800 kJ/kg

v₃ = v₂ = 0.0517 m³/kg

Akhir pembakaran tekanan konstan

p₄ = p₃ = 11.05 Mpa

q_s2 = c_p (T₃ – T₂) = 1000 kJ/kg

Akhir ekspansi :

Kalor dibuang
q_r = c_v (T₁ – T₅) = 0.7165 (288 – 1159) = -624.07 kJ/kg

Efisiensi termal adalah :

Kerja bersih adalah :

w_net = 1800 – 624.07 = 1175.9 kJ/kg

Tekanan Mekanis efektif siklus adalah :

RANGKUMAN

Mesin diesel dapat dibagi menjadi empat kelas, yaitu : 1) Mesin kecepatan rendah; 2). Mesin kecepatan sedang; 3). Mesin kecepatan tinggi; 4). Mesin kecepatan sangat tinggi. Sistem penyaluran bahan bakar pada motor diesel dari tangki bahan bakar sampai masuk ke dalam silinder dilakukan dengan beberapa sistem yang sering dipergunakan. Ada tiga sistem yang banyak dipakai, yaitu: 1) Sistem pompa pribadi; 2) Sistem distribusi; 3) Sistem akumulator.

Penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dilaksanakan dengan menggunakan sebuah alat yang dinamai penyemprot bahan bakar. Fungsi penyemprot bahan bakar adalah:

4. Memasukkan bahan bakar ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan.

5. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan yang diminta, dan

6. Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakaran sempurna dalam waktu yang ditetapkan.

Fungsi pompa bahan bakar adalah memasukkan bahan bakar ke dalam ruang bakar pada saat yang telah ditetapkan dalam jumlah sesuai dengan daya yang harus dihasilkan.

Jika laju kenaikan tekanan di dalam ruang bakar begitu besar, maka kenaikan tekanan yang terjadi begitu tiba-tiba itu akan menyerupai pukulan yang hebat pada dinding ruang bakar yang disebut “detonasi diesel” atau “ledakan diesel”. Ledakan diesel yang lebih dahsyat akan terjadi apabila kelambatan penyalaannya lebih panjang dan banyaknya bahan bakar yang telah disemprotkan.

Daya yang dihasilkan di dalam silinder dinamai “daya indicator” dan daya poros dibagi oleh daya indikator dinamai “efisiensi mekanis”. Sedangkan daya gesek atau kerugian mekanis, adalah selisih antara daya indicator dan daya poros. Tekanan efektif rata-rata yang dihitung setelah diketahui daya poros N, dinamai “tekanan efektif rata-rata poros”. Sedangkan daya poros dibagi oleh hasil kali jumlah bahan bakar terpakai per satuan waktu dan nilai kalor bawah dari bahan bakar tersebut, dinamai “efisiensi termal efektif”. Parameter yang lain adalah “pemakaian bahan bakar spesifik”, yaitu jumlah bahan bakar terpakai per satuan waktu dibagi oleh daya yang dihasilkan. Jadi, parameter terebut terakhir ini merupakan kebalikan dari efisiensi termal.

SOAL POST TES MODUL 5

1. Sebutkan kelas-kelas mesin diesel dan bagaimana cara menentukannya ?

2. Sebutkan tiga sistim penyaluran bahan bakar pada motor diesel?

3. Jelaskan keuntungan dan kerugian dari masing-masing sistim tersebut diatas ?

4. Apa fungsi dari penyemprotan bahan bakar ? Gambarkan skematik proses distribusi bahan bakar dari tangki utama sampai ke ruang bakar ?

5. Bagaimana proses penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dan kapan itu dilakukan ?

6. Jelaskan fungsi dan cara kerja nozel (unjektor) ?

7. Sebutkan tipe-tipe nozel beserta karakteristiknya masing-masing ?

8. Jelaskan bagaimana kerja mekanis gas hasil pembakaran didalam silinder untuk membangkitkan daya pada motor diesel ?

9. Apa yang dimaksud dengan daya indicator dan daya efektif ? jelaskan perbedaannya ?

10. Sebuah motor bakar torak jenis 2 tak diketahui mempunyai tekanan efektif rata-rata indikator (P _{in rata-rata}) = 5,5 kg/cm³; volume langkah torak per silinder (V_L) adalah 650 cm³ ; jumlah silinder (z) 4 buah; putaran poros engkol (n) 2100 rpm; jumlah bahan bakar yang terpakai G_f = 28,29 kg/jam dengan nilai kalor bahan bakar (Q_c) 10000 kcal/kg, maka tentukan daya indikator rata-rata (P_{in rata-rata}) dan efffisiensi thermalnya ?

11. Apa penyebab terjadinya detonasi dan cara mengatasinya ?

12. Apakah yang akan terjadi bila proses pembakaran di dalam silinder mengalami kelambatan penyalaan ?

BAHAN BACAAN

1. VL. Maleev, M.E.,DR. AM, Ir. Bambang Priambodo. Operasi dan pemeliharaan Mesin Diesel, Erlangga, Jakarta, 1995.

2. Nakoela Soenarta; Shoichi Furuhama, Motor Serbaguna, PT Pradya Paramita, Jakarta, 1985.

3. Arismunandar, wiranto, Penggerak Mula Motor Bakar, ITB Bandung, 1988.

4. Michel A. Saad, Thermodinamika : prinsip dan aplikasi, PT. Prenhallindo, Jakarta. 2000.

5. Ir. Sudarman, MT, Siklus Daya Termal, UMM Press, Malang, 2001.