1.
Pengertian
Energi
Energi
adalah kemampuan untuk melakukan usaha. Energi bersifat abstrak yang sukar
dibuktikan tetapi dapat dirasakan adanya. Menurut hukum Termodinamika Pertama,
energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat
dimusnakan, tetapi dapat berubah bentuk (konversi) dari bentuk energi yang satu
ke bentuk energi yang lain. Sebagai contoh pada proses pembakaran pada mesin
mobil/motor (sistem motor pembakaran dalam), bensin satu liter dikonversi
menjadi kerja yang berhasil guna tinggi, yakni menjadi energi gerak/mekanik
pada mobil/motor, sehingga dapat memindahkan manusia/barang dari suatu tempat
ke tempat lain.
Dalam hal
ini bensin satu liter memiliki energi dalam yang siap dirubah menjadi kerja
yang berguna (availabilitas). Dengan kata lain availabilitas adalah kemampuan
sistem untuk menghasilkan kerja yang berguna.
2.
Macam-Macam Energi
a.
Energi
Mekanik
Energi
meknik merupakan energi gerak, misal turbin air akan mengubah energi potensial
menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik.
b.
Energi
Potensial
Merupakan
energi karena posisinya di tempat yang tinggi. Contohnya air waduk di
pegunungan dapat dikonversi menjadi energi mekanik untuk memutar turbin
selanjutnya dikonversi lagi menjadi energi listrik.
c.
Energi
Listrik
Energi
Listrik adalah energi yang berkaitan dengan arus elektron, dinyatakan dalam
att-jam atau kilo Watt-jam. Arus listrik akan mengalir bila penghantar listrik
dilewatkan pada medan magnet. Bentuk transisinya adalah aliran elektron melalui
konduktor jenis tertentu. Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medan
elektrostatis yang merupakan energi yang berkaitan dengan medan listrik yang
dihasilkan oleh terakumulasinya muatan elektron pada pelat-pelat kapasitor.
d.
Energi
Elektromagnetik
Energi
elektromagnetik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi
elektromagnetik. Energi radiasi dinyatakan dalam satuan energi yang sangat
kecil, yakni elektron volt (eV) atau mega elektro volt (MeV), yang juga
digunakan dalam evaluasi energi nuklir.
e.
Energi
Kimia
Energi
kimia merupakan energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron di mana dua
atau lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kimia yang
stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila
energi dilepas dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi eksotermis yang
dinyatakan dalamkJ, Btu, atau kKal. Bila dalam reaksi kimia energinya terserap
maka disebut dengan reaksi endodermis. Sumber energi bahan bakar yang sangat
penting bagi manusia adalah reaksi kimia eksotermis yang pada umumnya disebut
reaksi pembakaran. Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi dari bahan bakar
fosil.
f.
Energi
Nuklir
Energi
Nuklir adalah energi dalam bentuk energi tersimpan yang dapat dilepas akibat
interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepas sebagai
hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil.
Satuan yang digunakan adalah juta elektron reaksi. Pada reaksi nuklir dapat
terjadi peluluhan radioaktif, fisi, dan fusi.
g.
Energi
Termal
Energi
termal merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua
energi yang dapat dikonversikan secara penuhmenjadi energi panas. Sebaliknya,
pengonversian dari energi termal ke energi lain dibatasi oleh hukum
Termodinamika II. Bentuk energi transisi dan energi termal adalah energi panas,
dapat pula dalam bentuk energitersimpan sebagai kalor ”laten” atau kalor
“sensible” yang berupa entalpi.
h. Energi Angin
Energi
angin merupakan energi yang tidak akan habis, material utama berupa angin
dengan kecepatan tertentu yang mengenai turbin angin sehingga menjadi gerak
mekanik dan listrik.
3. Klasifikasi Mesin-Mesin Konversi
Energi
Mesin-mesin
konversi energi secara sederhana dapat diklasifikasikan menjadi dua, yaitu
mesin konversi energi konvensional dan mesin energi konversi non-konvensional.
Mesin konversi energi konvensional umumnya menggunakan sumber energi
konvensional yang tidak terbarui, kecuali turbin hidropower, dan umumnya dapat diklasifikasikan
menjadi motor pembakaran dalam, motor pembakaran luar, mesin-mesin fluida, dan
mesin pendingin dan pengkondisian udara. Mesin konversi energi non-konvensial
umumya menggunakan energi yang dapat diperbarui, kecuali mesin energi konvensi
berbahan dasar nuklir.
4. Motor pembakaran dalam
Motor
pembakaran dalam dikembangkan oleh Motos Otto, atau Beau de Roches merupakan
mesin pengonvesi energi tak langsung, yaitu dari energi bahan bakar menjadi
energi panas dan kemudian baru menjadi energi mekanis. Energi kimia bahan bakar
tidak dikonversikan langsung menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar motor
bensin adalah isooktan (C8H18). Efisiensi pengonversian energinya berkisar 30%.
Hal ini karena kerugian 50% (panas, gesek/mekanis, dan pembakaran
tak-sempurna). Sistem siklus kerja motor bensin dibedakan atas motor bensin dua
langkah (two stroke), dan empat langkah (four stroke).
1) Motor Bensin Dua Langkah
Motor
bensin dua langkah adalah motor yang pada dua langkah torak/piston (satu
putaran engkol) sempurna akan menghasilkan satu langkah kerja.
a) Langkah kompresi dimulai dengan
penutupan saluran masuk dan keluar kemudian menekan isi silinder dan di bagian
bawah, piston menghisap campuran bahan bakar udara bersih ke dalam rumah
engkol. Bila piston mencapai titik mati atas, pembakaran dimulai.
b) Langkah kerja atau ekspansi,
dimuliai ketika piston bergerak mencapai titik tertentu sebelum titik mati atas
busi memercikan bunga api, terjadilah kerja. Pada awalnya saluran buang dan
saluran masuk terbuka. Sebagian besar gas yang terbakar keluar silinder dalam
proses exhaust blowdown. Ketika saluran masuk terbuka, campuran bahan bakar dan
udara bersih tertekan di dalam rumah engkol, mengalir ke dalam silinder. Piston
dan saluran-saluran umumnya dibentuk membelokan campuran yang masuk langsung
menuju saluran buang dan juga ditunjukkan untuk mendapatkan pembilasan gas
residu secara efektif. Setiap siklus mesin dengan satu langkah tenaga
diselesaikan dalam satu kali putaran poros engkol. Namun sulit untuk mengisi
secara penuh volume langkah dengan campuran bersih, dan sebagian darinya
mengalir langsung ke luar silinder selama langkah bilas.
2) Motor Bensin Empat Langkah
Motor
bensin empat langkah adalah motor yang pada setiap empat langkah torak/piston
(dua putaran engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah
kerja).
a) Langkah pemasukan dimulai dengan
katup masuk terbuka, piston bergerak dari titik mati atas dan berakhir ketika
piston mencapai titik mati bawah. Udara dan bahan bakar terhisap ke dalam
silinder. Langkah ini berakhir hingga katup masuk menutup.
b) Langkah kompresi, diawali ketika
kedua katup tertutup dan campuran di dalam silinder terkompresi sebagian kecil
dari volume awalnya. Sesaat sebelum akhir langkah kompresi, pembakaran dimulai
dan tekanan silinder naik lebih cepat.
c) Langkah kerja, atau langkah
ekspansi, yang dimulai saat piston hampir mencapai titik mati atas dan berakhir
sekitar 45o sebelum titik mati bawah. Gas bertekanan tinggi menekan piston
turun dan memaksa engkol berputar. Ketika piston mencapai titik mati bawah,
katup buang terbuka untuk memulai proses pembuangan dan menurunkan tekanan
silinder hingga mendekati tekanan pembuangan.
d) Langkah pembuangan, dimulai ketika
piston mencapai titik mati bawah. Ketika katup buang membuka, piston mendorong
keluar sisa gas pembakaran hingga piston mencapai titik mati atas. Bila piston
mencapai titik mati atas, katup masuk membuka, katup buang tertutup, demikian
seterusnya..
e) Perhitungan daya motor didasarkan
pada dimensi mesin, antara lain:
Daya
efektif: Ne = (Ï€.D¬2/4.S.L.Pe.n)/60.75.a
Daya
indikatif: Ni = (Ï€.D¬2/4.S.L.Pi.n)/60.75.a
di
mana :
D : diameter silinder (cm2)
L : panjang langkah torak (m)
I : jumlah silinder
Pe : tekanan efek rata-rata (kgf/cm2)
Pi : tekanan indikatif rata-rata (kgf/cm2)
n : putaran mesin (rpm)
a : - dua langkah a=1
- empat langkah a=2
5.
Cara Kerja Mesin 2 tak:
1) Langkah penghisapan dan pembuangan
a) Torak bergerak dari TMA ke TMB.
b) Pada saat saluran bilas masih
tertutup oleh torak, di dalam bak engkol terjadi kompresi terhadap campuran
bensin dan udara.
c) Diatas torak, gas sisa pembakaran
dari hasil pembakaran sebelumnya sudah mulai terbuang keluar melalui saluran
buang.
d) Saat saluran bilas sudah terbuka,
campuran bensin dengan udara mengalir melalui saluran, dan saluran bilas terus masuk
ke dalam ruang bakar.
2)
Langkah kompresi dan pembakaran
a) Torak bergerak dari TMB ke TMA.
b) Saluran bilas dan buang tertutup,
terjadi langkah kompresi, dan setelah mencapi tekanan tinggi busi memercikan
bunga api listrik untuk membakar campuran bensin dengan udara tadi
c) Pada sst yang bersamaan juga dibawah
( didalam bak engkolmesin ) bahan bakar yang baru masuk ke dalam bak mesin
melalui saluran masuk.
6. Cara kerja mesin 4 tak:
Cara kerja
mesin 4 langkah (4 tak) ada empat macam yaitu : langkah hisap, langkah
kompresi, langkah pembakaran dan langkah buang.
1) Langkah hisap. Piston bergerak
kebawah, katup hisap terbuka dan katup buang menutup. Campuran udara dan bahan
bakar dihisap masuk (melalui katup hisap).
2) Langkah kompresi. Piston bergerak
keatas kedua katup menutup. Udara dan bahan bakar dimampatkan.
3) Langkah pembakaran. Sesaat sebelum
piston mencapai puncak busi memercikan bunga api dan membaka campuran oksigen
dan udara. Tekanan meningkat dan mendorong piston kebawah (kedua katup
menutup). Daya mekanik inilah yang dimanfaatkan untuk menggerakan mesin.
4) Langkah buang. Setelah piston
mencapai akhir dari langkah, katup buang membuka piston bergerak keatas
mendorong sisa pembakaran keluar menuju knalpot.
Siklus ini
terus berulang (piston bergerak keatas dan kebawah). Gerakan piston keatas dan
kebawah ini dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi gerakan memutar dan
dihubungkan ke gear box.
Komponen-komponen
mesin 4 tak adalah: Busi berfungsi untuk memercikaan api, katup berfungsi untuk
menutup menutup lubang silinder, piston berfungsi untuk mengatur volume ruang
pembakaran, batang penghubung berfungsi untuk menghubungkan piston dengan crankshaft,
crankshaft merubah gerakan naik turun piston (vertikal) menjadi gerakan
memutar.Langkah hisap. Piston bergerak kebawah, katup hisap terbuka dan katup
buang menutup. Campuran udara dan bahan bakar dihisap masuk (melalui katup
hisap)
Langkah
kompresi. Piston bergerak keatas kedua katup menutup. Udara dan bahan bakar
dimampatkan
Langkah
pembakaran. Sesaat sebelum piston mencapai puncak busi memercikan bunga api dan
membaka campuran oksigen dan udara. Tekanan meningkat dan mendorong piston
kebawah (kedua katup menutup). Daya mekanik inilah yang dimanfaatkan untuk
menggerakan mesin.
Langkah
buang. Setelah piston mencapai akhir dari langkah, katup buang membuka piston
bergerak keatas mendorong sisa pembakaran keluar menuju knalpot.
Siklus ini
terus berulang (piston bergerak keatas dan kebawah). Gerakan piston keatas dan
kebawah ini dimanfaatkan dengan cara merubahnya menjadi gerakan memutar dan
dihubungkan ke gear box.
Komponen-komponen
mesin 4 tak adalah: Busi berfungsi untuk memercikaan api, katup berfungsi untuk
menutup menutup lubang silinder, piston berfungsi untuk mengatur volume ruang
pembakaran, batang penghubung berfungsi untuk menghubungkan piston dengan
crankshaft, crankshaft merubah gerakan naik turun piston (vertikal) menjadi
gerakan memutar.
Kesimpulan
dari perbedaan cara kerja ICE dengan diesel
Motor bakar adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk
melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan
bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan
kerja mekanik.
Energi
termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada masin itu sendiri. Jika
ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini (proses pembakaran bahan
bakar), maka motor bakar dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu: motor
pembakaran luar dan motor pembakaran dalam.
1. Motor pembakaran luar
Pada
motor pembakaran luar ini, proses pembakaran bahan bakar terjadi di luar mesin
itu, sehingga untuk melaksanakan pembakaran digunakan mesin tersendiri. Panas
dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi tenaga gerak,
tetapi terlebih dulu melalui media penghantar, baru kemudian diubah menjadi
tenaga mekanik. Misalnya pada ketel uap dan turbin uap.
2. Motor pembakaran dalam
Pada
motor pembakaran dalam, proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam mesin
itu sendiri, sehingga panas dari hasil pembakaran langsung bisa diubah menjadi
tenaga mekanik. Misalnya : pada turbin gas, motor bakar torak dan mesin
propulasi pancar gas.
7. Prinsip Kerja Motor bakar Bensin
Pada motor
bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi termal. Energi ini selanjutnya
digunakan untuk melakukan gerakan mekanik. Prinsip kerja motor bensin, secara
sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut : campuran udara dan bensin dari
karburator diisap masuk ke dalam silinder, dimampatkan oleh gerak naik torak,
dibakar untuk memperoleh tenaga panas, yang mana dengan terbakarnya gas-gas
akan mempertinggi suhu dan tekanan. Bila torak bergerak turun naik di dalam
silinder dan menerima tekanan tinggi akibat pembakaran, maka suatu tenaga kerja
pada torak memungkinkan torak terdorong ke bawah. Bila batang torak dan poros
engkol dilengkapi untuk merubah gerakan turun naik menjadi gerakan putar, torak
akan menggerakkan batang torak dan yang mana ini akan memutarkan poros engkol.
Dan juga diperlukan untuk membuang gas-gas sisa pembakaran dan penyediaan
campuran udara bensin pada saat-saat yang tepat untuk menjaga agar torak dapat
bergerak secara periodik dan melakukan kerja tetap.
Kerja
periodik di dalam silinder dimulai dari pemasukan campuran udara dan bensin ke
dalam silinder, sampai pada kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas sisa
pembakaran dari dalam silinder inilah yang disebut dengan “siklus mesin”. Pada
motor bensin terdapat dua macam tipe yaitu: motor bakar 4 tak dan motor bakar 2
tak. Pada motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus memerlukan 4 gerakan torak
atau dua kali putaran poros engkol, sedangkan pada motor 2 tak, untuk melakukan
satu siklus hanya memerlukan 2 gerakan torak atau satu putaran poros engkol.
8. Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah
Torak
bergerak naik turun di dalam silinder dalam gerakan reciprocating. Titik
tertinggi yang dicapai oleh torak tersebut disebut titik mati atas (TMA) dan
titik terendah disebut titik mati bawah (TMB). Gerakan dari TMA ke TMB disebut
langkah torak (stroke). Pada motor 4 langkah mempunyai 4 langkah dalam satu
gerakan yaitu langkah penghisapan, langkah kompresi , langkah kerja dan langkah
pembuangan.
1. Langkah hisap
Pada
gerak hisap, campuran udara bensin dihisap ke dalam silinder. Bila jarum
dilepas dari sebuah alat suntik dan plunyernya ditarik sedikit sambil menutup
bagian ujung yang terbuka dengan jari (alat suntik akan rusak bila plunyer
ditarik dengan tiba-tiba), dengan membebaskan jari akan menyebabkan udara masuk
ke alat suntik ini dan akan terdengar suara letupan. Hal ini terjadi sebab
tekanan di dalam lebih rendah dari tekanan udara luar. Hal yang sama juga
terjadi di mesin, torak dalam gerakan turun dari TMA ke TMB menyebabkan
kehampaan di dalam silinder, dengan demikian campuran udara bensin dihisap ke
dalam. Selama langkah torak ini, katup hisap akan membuka dan katup buang
menutup.
2. Langkah kompresi
Dalam
gerakan ini campuran udara bensin yang di dalam silinder dimampatkan oleh torak
yang bergerak ke atas dari TMB ke TMA. Kedua katup hisap dan katup buang akan
menutup selama gerakan tekanan dan suhu campuran udara bensin menjadi naik.
Bila tekanan campuran udara bensin ini ditambah lagi, tekanan serta ledakan
yang lebih besar lagi dari tenaga yang kuat ini akan mendorong torak ke bawah.
Sekarang torak sudah melakukan dua gerakan atau satu putaran, dan poros engkol
berputar satu putaran.
3. Langkah kerja
Dalam
gerakan ini, campuran udara bensin yang dihisap telah dibakar dan menyebabkan
terbakar dan menghasilkan tenaga yang mendorong torak ke bawah meneruskan
tenaga penggerak yang nyata. Selama gerak ini katup hisap dan katup buang masih
tertutup. Torak telah melakukan tiga langkah dan poros engkol berputar satu
setengah putaran.
4. Langkah buang
Dalam
gerak ini, torak terdorong ke bawah, ke TMB dan naik kembali ke TMA untuk
mendorong gas-gas yang telah terbakar dari silinder. Selama gerak ini kerja
katup buang saja yang terbuka. Bila torak mencapai TMA sesudah melakukan
pekerjaan seperti di atas, torak akan kembali pada keadaan untuk memulai gerak
hisap. Sekarang motor telah melakukan 4 gerakan penuh,
hisap-kompresi-kerja-buang. Poros engkol berputar 2 putaran, dan telah
menghasilkan satu tenaga. Di dalam mesin sebenarnya, membuka dan menutupnya
katup tidak terjadi tepat pada TMA dan TMB, tetapi akan berlaku lebih cepat
atau lambat, ini dimaksudkan untuk lebih efektif lagi untuk aliran gas.
9. Prinsip Kerja Motor bakar solar
Motor
diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam
(internal combustion engine) (simplenya biasanya disebut “mobor bakar” saja).
Prosip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis.
Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan
bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).
Pada motor
diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada
penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak.
Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.
Prinsip Kerja
Tekanan
gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang
dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat
bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah
menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi
poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.
Perbedaan
antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses
pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena
adanya loncatan api listrik yang dihasilkan oleh dua elektroda busi (spark
plug), sedangkan pada motor diesel pembakaran terjadi karena kenaikan
temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai
temperatur nyala. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat tekanan maka
motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor bensin
disebut spark ignition engine.