Prestasi Motor Bakar

Prestasi Motor Bakar

a. Volume Silinder

Volume silinder antara TMA dan TMB disebut volume langkah torak (V1). Sedangkan volume TMA dan kepala silinder (tutup silinder) disebut volume sisa (Vs). Volume total (V­­t) ialah isi ruang antara torak ketika berada di TMB sampai tutup silinder.

V1 = V1 + Vs ......................................................... (2.1)

Volume langkah mempunyai satuan yang tergantung pada satuan diameter silinder (D) dan panjang langkah torak (L) biasanya mempunyai satuan centimetercubic (cc) atau cubicinch (cu.in).

V1 = luas lingkaran x panjang langkah

V1 = r2 x L

V1 = x L

Dengan demikian besaran dan ukuran motor bakar menurut volume silinder tergantung dari banyaknya silinder yang digunakan dan besarnya volume silinder (Kiyaku & Murdhana, 1998).

b. Perbandingan kompresi

Hasil bagi volume total dengan volume sisa disebut sebagai perbandingan kompresi

.............................................. (2.2)

Dimana :

V1 = volume langkah torak

Vs = volume sisa

Jadi, bila suatu motor mempunyai volume total 56 cu.in dan volume sisa 7 cu.in, maka perbandingan kompresinya adalah ;

Hal diatas menunjukkan bahwa selama langkah kompresi, muatan yang ada di atas torak dimampatkan 8 kali lipat dari volume terakhirnya. Makin tinggi perbandingan kompresi, maka makin tinggi tekanannya dan temperatur akhir kompresi. (Kiyaku & Murdhana, 1998).

c. Daya Mesin

Pada motor bakar, daya yang berguna adalah daya poros seperti telah dijelaskan di atas. Daya poros ditimbulkan oleh bahan bakar yang dibakar dalam silinder dan selanjutnya menggerakkan semua mekanisme. 

Unjuk kerja motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang ditimbulkan (Soenarto & Furuhama, 1995).

Gambar 2.13. Alat Tes Prestasi Motor Bakar

(Sumber : Soenarta & Furuhama, 1995)

Pada gambar (2.13) di atas menunjukkan peralatan yang dipergunakan untuk mengukur nilai yang berhubungan dengan keluaran motor pembakaran yang seimbang dengan hambatan atau beban pada kecepatan putaran konstan (n), kalau n berubah, maka motor pembakaran menghasilkan daya untuk mempercepat atau memperlambat bagian yang berputar. Motor pembakaran ini dihubungkan dengan dinamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor yang akan mengaduk air yang ada didalamnya. Hambatan ini akan menimbulkan torsi ( T ), sehingga nilai daya (P) dapat ditentukan sebagai berikut :

P (kW)…………………………………..(2.3)

Dimana :

n = putaran mesin (rpm)

T = torsi (N.m)

Torak yang didorong oleh gas membuat usaha. Baik tekanan maupun suhunya akan turun waktu gas berekspansi. Energi panas diubah menjadi usaha mekanis. Konsumsi energi panas ditunjukkan langsung oleh turunnya suhu. Kalau toraknya tidak mendapatkan hambatan dan tidak menghasilkan usaha gas tidak akan berubah meskipun tekanannya turun.

d. Tekanan Efektif rata-rata

Besar nilai Pi merupakan tekan efektif rata-rata indikator (indikator mean Effective pressure : IMEP )

Nilai Pi, dapat ditemukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut

..............................................................(2.4)

Dengan menggunakan nilai Pi dapat memudahkan perhitungan besar usaha indikator Wi pada tekanan konstan selama torak pada langkah ekspansi. Pada mesin 4 langkah besar nilai Pi terjadi setiap 2 putaran, sehingga besar nilai Ni indikator dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Dengan satuan Si (m3,kPa dan rps)

Ni = Vi . Pi n/2 (kW)............................................(2.5)

Dimana ;

V1 = volume langkah (m3)

Pi = tekanan efektif rata-rata indikator (kPa)

N = putaran mesin (rpm)

Pada mesin 2 langkah besara nilai Pi dihasilkan pada tiap putaran, maka secara teoritis nilai Ni akan menjadi dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan persamaan 4, tetapi pada umumnya besar nilai Pi pada mesin 2 langkah lebih kecil dibanding dengan mesin 4 langkah. Nilai Ni disebut sebagai keluaran indikator yang menyatakan keluaran, disebabkan adanya tekanan pada torak.

Daya yang dapat dimanfaatkan untuk memutar mesin disebut sebagai keluaran efektif (brake mean out put), nilai Ne dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ne = V1 . N . BMEP .2 (kW)......................................(2.6)

Besar keluaran efektif dapat diukur menggunakan sebuah dinamometer. Nilai BMEP adalah merupakan tekanan efektif rata-rata (brake mean effective pressure ). Besar nilai Ne yan ditentukan oleh produk dari volume langkah V1, kecepatan putaran dan BMEP yang berhubungan dengan tekanan gas rata-rata merupakan keluaran suatu pembakaran yang bermanfaat. BMEP adalah besar nilai yang menunjukkan daya mesin setiap satuan volume silinder pada putaran tertentu dan tidak tergantung dari ukuran motor bakar (Soenarta & Furuhama, 1995).

Besar nilai BMEP dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut :

...............................................................(2.7)

Dimana :

P = daya (kW)

N = putaran mesin (rpm)

Vd = volume langkah total silinder

Z = 2 untuk mesin 4 langkah, 1 untuk mesin 2 langkah

e. Menentukan Efisiensi Energi

1. Efisiensi Thermis

Perbandingan antara energi yang dihasilkan dan energi yang dimasukkan pada proses pembakaran bahan bakar disebut efisiensi thermis rem (brake thermal efficiency) dan ditentukan sebagai berikut ;

..................................... (2.8)

Dimana :

H = nilai kalor untuk bahan bakar

SFC = konsumsi bahan bakar sfesifik

(sumber : Soenarto & Furuhama, 1995)

Nilai kalor mempunyai hubungan dengan berat jenis. Pada umumnya semakin tinggi berat jenis maka semakin rendah nilai kalornya (Kiyaku & Murdhana, 1998).

Besar efisiensi thermis () bervariasi tergantung dari tipe motor dan cara pengoperasiannya. Angka ini akan naik sampai 84 % untuk motor diesel dengan putaran rendah, sedang pada motor diesel biasanya 34 – 50 %, motor otto 25 – 33%, pada motor dua langkah maka akan semakin turun lagi (Soenarta &Furuhama, 1995).

2. Konsumsi Bahan Bakar

Besar pemakaian bahan bakar spesific (SFC) ditentukan dalam g/PSh atau g/kWh dan umum digunakan daripada ηbt. Besar nilai SFC adalah kebalikan dari pada ηbt. Penggunaan bahan bakar dalam gram / jam Ne dapat ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

........................................... (2.9)

Dimana :

SFC = konsumsi bahan bakar sfesifik (kg/kWh)

P = daya mesin (kW)

Sedangkan nilai mf dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

................................. (2.10)

Dimana :

b = volume 3 buret (cc)

t = waktu (detik)

ρbb = berat jenis bahan bakar (kg / 1)

mf = adalah penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi tertentu

(Soenarta & Furuhama, 1995)

Nilai kalor mempunyai hubungan berat jenis pada umumnya semakin tinggi berat jenis maka semakin rendah kalornya. Pembakaran dapat berlangsung dengan sempurna, tetapi juga dapat tidak sempurna. Jika bahan bakar tidak mengandung bahan-bahan yang tidak dapat terbakar, maka pembakaran akan sempurna sehingga hasil pembakaran berupa gas pembakaran saja.

Panas yang keluar dari pembakaran didalam silinder, motor akan memanaskan gas pembakaran sedemikian tinggi, sehingga gas-gas itu memperoleh tekanan yang lebih tinggi pula. Tetapi bilamana bahan bakar tidak terbakar dengan sempurna, sebagian bahan bakar itu akan tersisa. Maka akan terjadi selain gas-gas pembakaran, juga sisa-sisa pembakaran yang lama, apabila dibiarkan lama kelamaan akan menjadi liat bahkan menjadi keras. Akibat yang demikian, maka panas yang terjadi tidak banyak, sehingga suhu dari gas pembakaran turun dan tekanan gas akan turun pula.

Jadi dapat disimpulkan bahwa pembakaran yang kurang sempurna dapat berakibat :

1. Kerugian panas dalam motor jadi besar, sehingga efisiensi motor menjadi turun. Usaha dari motor turun pula pada penggunaan bahan bakar yang tetap.
2. Sisa pembakaran terdapat pula pada lubang pembuangan antara katup dan dudukannya, terutama pada katup buang sehingga katup tidak dapat menutup dengan rapat.
3. Sisa pembakaran yang telah menjadi keras yang melekat antara torak dan dinding silinder menghalangi pelumasan, sehingga torak dan silinder mudah aus.