LAPORAN PRAKTIKUM MESIN THERMAL BASIC ENGINE A. Tujuan Praktikum Setelah melakukan praktikum, diharapkan saya dapat : Mengenal bagian – bagian mesin dari motor bensin dan motor diesel serta memahami fungsinya. Dapat mengetahui dan memahami perbedaan motor bensin dan motor disel. Dapat memehami prinsip kerja dari motor bensin dan motor diesel. Dapat memahami proses kerja dari motor bensin dan motor diesel. B. Dasar Teori
Motor bensin merupakan pembangkit tenaga (gerak), pada motor (mesin) inilah dibangkitkan tenaga yang kemudian menlmbulkan gerak putar. Bagian-bagian motor dapat dipisahkan menjadi dua yakni bagian yang bergerak dan bagian yang tak bergerak. Sistim yang ada pada sebuah motor terdiri atas sistem bahan bakar, sistim pelumasan, dan sistim pendingin Motor dibedakan dari proses kerjanya yaitu motor empat (4) takt dan motor 2 tak. Sedangkan berdasarkan penyalaan bahan bakarnya motor juga dibedakan menjadi 2 yaitu motor bensin dan motor diesel. Dalam proses pembakaran tenaga panas bahan bakar diubah ketenaga mekanik melalui pembakaran bahan bakar didalam motor. Pembakaran adalah proses kimia dimana Karbondioksida dan zat air bergabung dengan oksigen dalam udara. Jika pembakaran berlangsung maka diperlukan diperlukan : a. Bahan bakar dan udara dimasukkan kedalam motor. b. Bahan bakar dipanaskan hingga suhu tinggi Pembakaran menimbulkan panas dan menghasilkan tekanan, kemudian menghasilkan tenaga mekanik. Campuran masuk kedalam motor mengandung udara dan bahan bakar. Perbandingan campuran kira kira 12-15 berbanding 1 setara 12-15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar. Yaitu karbon dioksida 85% dan zat asam (Oksigen) 15 % atau 1/5 bagian dengan karbon dioksida dan zat air.
(a) Langkah Motor Bensin
(b) piston motor diesel
Motor Diesel merupakan sebuah mesin pembangkit tenaga, yaitu dengan memberikan input tertentu, maka mesin tersebut menhasilkan sejumlah tenaga yang diharapkan. Untuk menghasilkan tenaga tersebut mesin/motor Diesel menganut sebuah siklus. Siklus merupakan suatu proses yang terulang-ulang. Siklus motor terdiri dari 4 proses yaitu isap, kompresi, usaha, dan buang. Proses isap pada motor Diesel, terjadi aliran udara masuk ke-dalam silinder. Masuknya udara kedalam silinder karena perbedaan tekanan antara di luar dan di dalam silinder. Perbedaan tersebut karena gerakan piston dari TMA ke TMB, dan untuk menambah jumlah udara ditambah dengan peralatan yang dikenal dengan blower, turbo-charger, atau turbocharger intercooler. Peralatan tersebut untuk memaksa udara luar masuk kedalam silinder, sehingga jumlahnya men-jadi lebih banyak. Besarnya jumlah udara yang masuk kedalam dibaandingkan dengan besarnya ruangan silinder disebut dengan efisiensi/rendamen volumetric (η v). Pada proses isap ruang di dalam silinder terhubungan dengan udara luar, melalui saluran atau katup masuk yang terbuka. C. Hasil Praktikum Pertemuan Kedua Pada pertemuan pertama, yang dipelajari adalah bagian – bagian dari motor bensin maupun diesel. Bagian – bagian motor tersebut, diantaranya : a. Piston Piston (torak) terbuat dari paduan aluminium, sedangkan pada mesin-mesin besar berkecepatan rendah biasanya terbuat dari besi cor. Piston berfungsi sebagai penyekat silinder sekaligus mentransmisikan tekanan gas hasil pembakaran ke crank throw dengan perantaraan connecting rod. Piston biasanya dilengkapi dengan ring piston yang berfungsi sebagai penyekat gas hasil pembakaran agar tidak bocor ke dalam crankcase sekaligus juga berfungsi sebagai pengatur aliran oli untuk melumasi dinding silinder. b. Silinder Silinder terdapat pada blok mesin. Blok mesin biasanya terbuat dari besi cor kelabu. Beberapa jenis mesin menggunakan silinder liner yang di masukkan (pressed) ke dalam blok mesin, sehingga apabila aus dapat diganti. Sistem ini biasa disebut sistem wet liners (apabila dinding luar silinder liner bersentuhan langsung dengan air pendingin) dan dry liners (apabila dinding luar silinder liners tidak bersentuhan langsung dengan air pendingin). c. Crankcase (Poros Engkol) Crankcase merupakan bagian yang memutarkan roda gil (Fly Wheel), tertutup rapat pada bagian bawahnya oleh oil pan (karter) yang biasa terbuat dari aluminum cor atau plat baja yang dipress. Oil pan berfungsi sebagai penampung oli untuk sistem pelumasan. d. Crankshaft
Crankshaft (kruk as/poros engkol) biasanya terbuat dari steel forging (baja yang ditempa). Besi cor nodular juga dapat dipakai sebagai bahan crankshaft pada mesinmesin tugas ringan. Crankshaft dipasang pada blok mesin dan disangga oleh main bearing. Jumlah main bearing maksimum adalah jumlah silinder + 1. Crankshaft memiliki poros-poros eksentrik, yang biasa disebut crank throw. e. Camshaft Camshaft (noken as/poros bubungan) terbuat dari besi cor atau baja tempa dan setiap cam berfungsi untuk membuka atau menutup katup. Permukaan cam biasanya dikeraskan agar ketahanan aus-nya meningkat. Untuk motor 4 langkah, kecepatan putar camshaft adalah setengah dari kecepatan putar crankshaft. f. Katup Katup (valve) biasanya terbuat dari baja paduan yang ditempa (forged alloy steel) atau keramik (hasil pengembangan/penelitian insinyur-insinyur di mercedes benz). Pendinginan katup buang yang beroperasi pada temperatur sekitar 700° C dapat dicapai dengan mengisikan sodium pada lubang stem katup. Dengan proses evaporasi dan kondensasi sodium dapat menghantarkan panas dari kepala katup yang panas ke daerah stem katup yang lebih dingin. g. Fly Wheel (Roda Gila) Roda gila adalah sebuah roda yang dipergunakan untuk meredam perubahan kecepatan putaran dengan cara memanfaatkan kelembaman putaran (moment inersia). Karena sifat kelembamannya ini roda gila dapat menyimpan energi mekanik untuk waktu singkat. Roda gila dipergunakan untuk membuat torsi yang dihasilkan oleh motor bakar lebih stabil.
Dan bagian – bagian lainnya seperti Block Engine (Bak Mesin), Exhaust Manifold, Inlet Manifold.
Pembahasan selanjutnya tentang Langkah Kerja dari Motor 4 tak (4 langkah). Langkah pada Motor 4 langkah diantaranya adalah Langkah Hisap, Kompresi, Expansi (Kerja), dan Buang. Langkah – langkah tersebut dianataranya. a. Langkah Hisap
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. b. Langkah Kompresi
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). c. Langkah Usaha
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. d. Langkah Buang
Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder. Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergarak dari titik mati bawah ( TMB ) ke titik mati atas ( TMA ), mendorong gas bekas keluar dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit ( valve overlap ) yang berfungsi sebagai langkah pembilasan ( campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran ). Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah. Proses Kerja adalah keseluruhan langkah yang berurutan untuk terjadinya satu siklus kerja dari motor. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulang-ulang. Piston motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya Pada motor empat langkah, proses kerja motor diselesaikan dalam empat langkah piston. Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian. Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi. Langkah ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Pada langkah usaha in terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar) didalam silinder motor / ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga
yang mendorong piston dari TMA ke TMB. Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan. Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar silinder motor. Jadi pada motor empat langkah proses kerja motor untuk menghasilkan satu langkah usaha (yang menghasilkan tenaga) diperlukan empat langkah piston. Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol. Pertemuan KeEmpat
Pada kedua pertemuan ini, waktu praktikum digunakan untuk pengenalan lebih jauh tentang PISTON. Piston bekerja terus menerus dengan temperatur dan tekanan yang tinggi selama mesin beroperasi normal. Oleh karena itu, komponen harus ringan, karena mempunyai tekanan panas yang tinggi, dan kedap air. Piston seperti ini, biasanya dibuat dar ialuminum alloy casting. Tujuan piston dalam silinder adalah: Mengubah volume dari isi silinder, bisa diakibatkan karena piston mendapat tekanan dari isi silinder atau sebaliknya piston menekan isi silinder dan akan mengubah tekanan tersebut menjadi gaya (linear ). Membuka-tutup jalur aliran. Kombinasi dari keduanya Dengan fungsi tersebut, maka piston harus terpasang dengan rapat dalam silinder. Satu atau beberapa ring piston dipasang pada piston agar sangat rapat dengan silinder. Piston akan melakukan penggembang lebih panas sepanjang garis tengah dari piston boss karena terdapat metal yang ditempatkan lebih banyak di sini. Untuk menetralkan, diameter pada arah garis tengah ini dibuat sedikit lebih kecil yang membuat bagian atas piston terlihat berbentuk bulat panjang. Piston Head (Piston Crown)
Piston head (atau bagian atas piston) membentuk lantai ruang pembakaran. Di antara semua bagian di piston assembly, area ini diexpose ke temperatur dan tekanan yang paling tinggi. Di sini, level sampai 2,000°C dan 40 ke 60 kgf/cm2 dapat dicapai. Piston head dapat berupa konfigurasi yang banyak berbeda tergantung berbagai faktor seperti rancangan mesin dan susunan katup. Beberapa piston head berbentuk cembung untuk untuk menghasilkan rasio kompresi yang lebih tinggi. Lainnya mempunyai lekuk atas ke samping khusus yang menghasilkan swirl bahan bakar dan udara pada bagian dalam ruang pembakaran yang meningkatkan efisiensi intake dan exhaust. Juga piston head yang umum dengan area katup berhenti atau berbentuk sabit lancip untuk mencegah hubungan antara piston dan katup-katup apapun juga. Ring piston Ring piston memiliki dua tipe, ring kompresi dan ring oli. Ring kompresi berfungsi untuk pemampatan volume dalam silinder serta menghapus oli pada dinding silinder. Kemampuan kompresi ring piston yang sudah menurun mengakibatkan performa mesin menurun. Ring oli berfungsi untuk menampung dan membawa oli serta melumasi parts dalam ruang silinder. Piston ring dipasang di tiga groove di piston. Dua ring atas (atas dan kedua) adalah ring kompresi. Ring ketiga adalah ring kontrol oli. Setiap ring mempunyai aturan yang berbeda utuk mengisi. D. Kesimpulan Secara prinsip proses pembangkitan tenaga pada mesin diesel sama dengan proses pembangkitan tenaga pada mesin bensin. Yang berbeda adalah bahan bakar yang digunakan, mekanisme yang berbeda, tekanan pembakaran yang lebih tinggi, namun menghasilkan efisiensi bahan bakar yang lebih baik dari pada efisiensi bahan bakar mesin bensin. Perbedaan motor diesel dan bensin: 1. Gas yang diisap pada langkah motor bensin adalah campuran antara bahan bakar dan udara sedangkan pada motor diesel adalah udara murni. 2. Bahan bakar pada motor bensin terbakar oleh loncatan bunga api busi, sedangkan pada motor diesel oleh suhu kompresi tinggi. 3. Motor bensin menggunakan busi sedangkan motor diesel menggunakan injector (nozzel). Kelebihan dan kekurangan antara motor bensin dan motor diesel kelebihan Getaran motor bensin lebih halus dan pada ukuran dan kapasitas yang sama mesin motor bensin lebih ringan.
kekurangan Motor bensin tidak tahan bekerja terus-menerus dalam waktun yang lama sedangkan diesel sebaliknya dengan medan yang berat. Motor bensin peka pada suhu yang tinggi terutama komponen sistem pengapiannya. Sedangkan motor diesel tahan bekerja pada suhu yang tinggi Bahan bakar motor bensin harus bermutu baik karena peka terhadap bahan bakar, beda dengan dengan motor diesel hampir dapat menggunakan bahan bakar dari berbagai jenis dan mutu. Keduanya baik motor bensin dan diesel keduanya bekerja dengan proses 4 tak dan 2 tak, dimana motor 4 tak adalah motor yang bekerja setiap
satu kali pembakaran bahan bakamya memerlukan 4 kali langkah piston atau 2 kali putaran poros engkol.
E. Daftar Pustaka 1. BPM. Arends dan H. Berenshot, Motor Bensin, 2008, Erlangga. 2. Moran, Michael. Sapiro, howard pundamentals of engineering thermodynamic. 2008 3. Maridjo, Drs. petunjuk Praktikum mesin konversi.1995.Pusat pengembangan pendidikan politeknik.Bandung. 4. G. Cusson, Diesel engine test bed instruction manual.
