PENGGERAK MULA
MOTOR BAKAR
Motor bakar merupakan merupakan salah satu jenis penggerak mula yang mula yang banyak dipakai. Dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakaranny pembakarannya a terjadi dalam motor bakar bakar itu sendiri sehingga sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai s ebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam ( dalam (internal internal combustion engine, IC ) Mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar external external combustion engine, EC !. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.
Motor bakar merupakan merupakan salah satu jenis penggerak mula yang mula yang banyak dipakai. Dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakaranny pembakarannya a terjadi dalam motor bakar bakar itu sendiri sehingga sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai s ebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam ( dalam (internal internal combustion engine, IC ) Mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar external external combustion engine, EC !. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.
ENG"NE #LA$$"%"#AT"ON$
ENG"NE #LA$$"%"#AT"ON$
ENG"NE #LA$$"%"#AT"ON$
ENG"NE #LA$$"%"#AT"ON$ I nt e r na lCombus t i onEngi ne s St eady GasTur bi ne Usescompr essorandt ur bi ne, notpi s t onc yl i nde r
Nonst eady Pr emi xedchar ge F ue la nda i ra r emi x e dbe f or e / d ur i ngc omp r e s s i o n Us ua l l yi gni t e dwi t hs pa r ka f t e rc ompr e ss i on
T u r b os ha f t Al ls ha f t wor kt odr i v epr ope l l e r , gener at or ,r ot or( he l i copt er )
T wos t r ok e Onecompl et et her modynami ccycl e pe rr e v ol ut i onofe ngi ne
T u r b o f a n Par tshaf t ,par tj e t" d uc t e dpr ope l l e r "
Four s t r ok e Onecompl et et her modynami ccycl e pe rt wor e v ol ut i onsofe ngi ne
T ur boj e t Al lj e te x ce ptf orwor kne ede dt o dr i vecompr essor Ramj et Nocompr essorort ur bi ne Usehi ghMachno.r am effectf orc ompr essi on Rocke t Ca r r i e sbo t hf ue la ndo xi da nt J e tpo we ronl y , nosha f twor k Sol i df ue l F ue la ndo x i d anta r epr e mi x e d andputi nsi decombust i onchamber Li qui df ue l Fue la ndox i danta r ei ni t i a l l ys epa r a t e d andpumpedi nt ocombust i onchamber
Nonpr emi xedchar ge On l ya i ri sc omp r e s s e d, f ue li si nj e ct e di nt oc yl i nde ra f t e rc ompr e ss i on T wos t r ok e Onecompl et et her modynami ccycl e pe rr e v ol ut i onofe ngi ne Four s t r ok e Onecompl et et her modynami ccycl e pe rt wor e v ol ut i onsofe ngi ne
ENG"NE #LA$$"%"#AT"ON$
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR A' $"KLU$ U&ARA "&EAL Penggunaan siklus ini berdasarkan beberapa asumsi ( )' %luida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesi*ik konstan tidak ada ba+an bakar! ,' Langka+ isap dan buang pada tekan konstan -' Langka+ kompresi dan tenaga pada keadaan adiabatis .' Kalor diperole+ dari sumber kalor dan tidak ada proses pembakaran atau tidak ada reaksi kimia $iklus udara pada motor bakar /ang akan diba+as adala+ )' $iklus udara pada 0olume konstan $iklus Otto! ,' $iklus udara pada tekanan kostan $iklus &iesel! -' $iklus udara tekanan terbatas $iklus gabungan !
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR A')' $iklus Udara 1olume Konstan $iklus Otto! &isebut juga siklus ledakan explostion cycle! karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tiba-tiba.
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR A',' $iklus Udara Tekanan Konstan $iklus &iesel! Siklus tekanan kostan pemasukan kalornya pada tekanan kostan,berbeda dengan siklus volume konstan yang proses pemasukan kalornya pada kondisi volume konstan. Siklus tekanan konstan sering disebut dengan siklus diesel
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR A'-' $iklus Udara Tekanan Terbatas $iklus Gabungan2 &ual! Siklus gabungan, proses pemasukan kalornya menggunakan dua cara yaitu pemasukan kalor volume konstan dan tekanan konstan.
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR B' $iklus Aktual B')' $iklus Aktual Otto
luida kerjanya adalah campuran bahan bakar udara, jadi ada proses pembakaran untuk sumber panas. !ada langkah hisap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah buang. !roses pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir pembakaran. !roses kompresi dan ekspasi tidak adiabatis , karena terdapat kerugian panas yang keluar ruang bakar.
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR B',' $iklus Aktual &iesel
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR #' E*esiensi $iklus Udara "deal "erja yang berguna adalah pengurangan dari jumlah energi yang masuk dengan energi yang terbuang. !erbandingan antara kerja berguna dengan jumlah energi yang masuk ke mesin adalah definisi dari e*esiensi ( efficiency)
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR #')' E*esiensi dari $iklus Otto #nergi kalor yang masuk pada volume kostan adalah sebesar $
#nergi yang keluar sistem pada volume konstan adalah
Definisi dari efisiensi yaitu kerja berguna dibagi dengan energi kalor masuk
%pabila rasio kompresi didefinisikan sebagai perbandingan antara 0olume silinder dibagi dengan 0olume ruang bakarn/a yaitu
maka rumusan efesiensi diatas bisa dituliskan sebagai
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR #')' E*esiensi dari $iklus Otto Anal/sis o* Air $tandard Otto #/3le Review of equations used:
!onstant "olme heat transfer 1st law : closed system # q % = u% − u # + # w% v = const .⇒ # w% = 0 # q% = u% − u # Ideal gas : Pv = RT, du = C v dT # q% = C v(T % − T # ) Isentropic Process of Ideal gases
= P 1v1k = P # v# k = constant k k P # v1 V 1 = = .......... ...(6.18) P 1 v# V # ( k −1) $ k k −1 v1 T # P # = = .....(6.19 ) T 1 P 1 v #
Pv and
hermal efficiency wnet
η th
=
q H wnet =1 w# + % w *
∫
w = Pdv Pv k = c k = 1
w# =
1
w# =
k
C p
C v P # v# − P 1v1 1 − k R ( T # − T 1 )
=
1−
q L
=
k −1
1−
*
q1
k −1
v v% = # = = T # v1 v * 1 η th,tto = 1 − k −1 T 1
1 − k
or η th
,tto hermal efficiency * q1 η th = 1 − # q% * q1 = C v(T * − T 1 ) # q% = C v(T % − T # ) C v(T * − T 1 ) η th = 1 − C v(T % − T # ) (T − T ) = 1− * 1 (T % − T # ) T (T $ T − 1 ) = 1− 1 * 1 T #(T % $ T # − 1 )
q H # q% 'ean &ffecti"e Pressre r = V ma+ v V min wnet = MEP (v1 − v# )
=
r v V 1
V #
=
v1 v#
T * T %
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR #')' E*esiensi dari $iklus Otto 3ont'! 1. #. %. *. 5.
he higher r" the higher thermal eff. he higher r" case -elfIgnition engine /noc/ igher ,ctane m2er of fel sed retard the selfignition ypical r" of gasoline engine 3 9.0 4 10.0 hermal efficiency of actal spar/ ignition engine 3 #5%0
Gra*ik e*isiensi ter+adap rasio kompresi mesin otto
$"KLU$ TERMO&"NAM"KA MOTOR BAKAR #',' E*isiensi $iklus Tekanan Konstan
Gra*ik e*isiensi ter+adap rasio kompresi mesin diesel
!ada rasio kompresi yang sama
O0er 1ie4 on +eciprocating #ngines Top Dead Center (TDC) : pper !ost position Bottom Dead Center (BDC) : Lower !ost position
#*haust valve
ntake valve
Stroke : Len"t# of piston trave$ 'D Stroke &ore &D
Bore : %ia!eter of t#e c&$inder Clearance Volume (Vc) : V w#ere piston is at T%C Displacement Volume (Vd) :Swept Volume (V max -V min )
/V min ) = (V BDC /V TDC ) Compression Ratio (r ) v = (V max Mean Effective Pressure (MEP) :
' net (MEP) (%isp$ace!ent Vo$u!e) +eciprocating #ngine is INTERNAL C!B"STIN EN#INE , and is lassified into types$ )' $park "gnition$ asoline #ngine, Mi*ing air-fuel outside cylinder, ignites by a spark plug ,' #ompression "gnition$ Diesel engine, fuel is injected into the cylinder, self ignited as a result of compression.
'ean &ffecti"e Pressre '&P !oncept A&tual 'o&ee !
!
E$ui%alent *+ !E'
E$ui%alent
W net
MEP W net
vmin 7!
vma* v 7!
vmin
vma*
v
W net = (MEP) x (Displacement Volume) = (MEP) x (V max -V min )
our Stroke En!ine *ntake
Co!pression
Power
E#aust
1. Inta/e -tro/e piston mo"es from 7! to 7! drawing in fresh airfel mi+tre. #. !ompression -tro/e piston mo"es from 7! to 7! compress airfel mi+tre. %. Power -tro/e piston at 7! spar/ plg ignite the airfel mi+tre. the com2stion occr "ery fast that in theory the piston still at 7!. fter that the piston is pshed to 7!. *. &+hast -tro/e piston mo"es from 7! to 7! pshes the com2stion gases ot.
T"o Stroke En!ine
Co!pression
Power
*ntake + E#aust
1. !ompression -tro/e piston mo"es from 7! to 7! compress airfel mi+tre. #. Power -tro/e piston at 7! spar/ plg ignite the airfel mi+tre. fter the piston is pshed to 7!. 'eanwhile a2ot half way com2stion gases are discharged and fresh airfel mi+tre is drawing in .
Re3ipro3ating Engines &iesel
#*haust valve
ntake valve
'D Stroke &ore &D
Top Dead Center (TDC) : pper !ost position Bottom Dead Center (BDC) : Lower !ost position Stroke : Len"t# of piston trave$ Bore : %ia!eter of t#e c&$inder Clearance Volume (Vc) : V w#ere piston is at T%C Displacement Volume (Vd) :wept Vo$u!e (V !a-V !in ) Compression Ratio (r v ) = (V !a .V !in ) (V /%C .V T%C ) Mean Effective Pressure (MEP) : ' net (MEP) (%isp$ace!ent Vo$u!e)
7iesel engine
Compression #!nition ,nly air is drawn into the cylinder dring inta/e stro/e fel is in;ected into the cylinder after the air is compressed and the piston reaches 7! nd contine in;ecting ntil reaches
!t off ratio r c ? =%$=# ? v0 .v1
@el is self ignited as a reslt of compression. herefore the !ompression Aatio r " mst 2e high enogh ypical r " 31# 4 #* 7ring the com2stion PA&--BA& remains constant . ,thers processes are the same as ,tto !ycle hermal efficiency of actal 7iesel engine 3 %0*0
PRE$TA$" ME$"N "emampuan mesin motor bakar untuk mengubah energi yang masuk yaitu bahan bakar sehingga menghasilkan daya berguna disebut kemampuan mesin atau prestasi mesin'
Keseimbangan energi pada motor bakar
&iagram proses kon0ersi energi pada motor bakar
PRE$TA$" ME$"N Torsi dan da/a mesin
Skema pengukuran torsi
Propertis Geometri $ilinder
