motor bakar k18
Post on 24-Jul-2015
118 Views
Preview:
TRANSCRIPT
BAB V
PERCOBAAN 3
MOTOR BAKAR
5.1 Tujuan Percobaan
1. Mengetahui prinsip kerja motor bakar
2. Mengetahui pengaruh variasi beban terhadap V, P, PF, I, dan Q.
3. Mengetahui pengaruh variasi frekuensi terhadap V, P, PF, I, dan Q.
4. Mengetahui perbedaan beban resistif dan induktif
5.2 Alat dan Bahan
1. Motor bakar baru (ET3200LE)
2. Motor bakar lama (HONDA EG 1400X)
3. Digital Multi power meter
4. Lampu pijar 60 watt 1 buah, 100 watt 2 buah, 200 watt 1 buah
5. 2 buah Lampu TL @ 10 watt
6. Jumper
5.3 Gambar Rangkaian
5.3.1 Digital Multi Power Meter
Gambar 5.1 Rangkaian Digital Multi Power Meter
5.3.2 Gambar Rangkaian Percobaan dengan Beban Resistif
Gambar 5.2 Rangkaian Percobaan dengan Beban Resistif
5.3.3 Gambar Rangkaian Percobaan dengan Beban Induktif
Gambar 5.3 Rangkaian Percobaan dengan beban Induktif
5.3.4 Name Plate Motor Bakar Baru
Gambar 5.4 Name Plate Motor Bakar Baru
Keterangan pada Motor bakar ET 3200 :
o Rated voltage 220V : memiliki tegangan kerja sebesar 220 volt
o Rated Frequency 50H : memiliki Frekuensi kerja sebesar 50 Hz
o Rated Output 2,2 kw : Rata-rata daya yang dapat dihasilkan
sebesar 2,2, Kw
o Maximum Output 2,5 kw : Daya maksimum yang dapat dihasilkan
sebesar 2,5 Kw
o Power Factor 1.0 : Faktor daya sebesar 1
5.3.5 Name Plate Motor Bakar Lama
Gambar 5.5 Name Plate Motor Bakar Lama
Keterangan pada Motor Bakar EG 1400 X :
Voltage 115/230V : motor dapat menghasilkan tegangan sebesar 115 V
atau 230 V
Frequency 50Hz : memiliki Frekuensi kerja sebesar 50 Hz Rated Output 1.0kVA: Rata-rata Daya yang dapat dihasilkan sebesar
1kVA
Max. Output 1.2kVA : Daya maximum yang dapat dihasilkan sebesar
1,2 kVA
Phase 1ᶲ : merupakan motor 1 fasa
5.4 Langkah Percobaan
5.4.1 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Beban
1. Menghubungkan rangkaian beban dengan multi power meter
2. Menyalakan motor bakar baru untuk memberi tegangan kepada
beban
3. Memeriksa pada multi power meter berapa nilai yang dihasilkan
dari motor bakar baru untuk Voltase(volt), P(watt), PF, Arus(A),
Q(vars), dan F(Hz) dengan beban lampu pijar 60 watt
4. Mengganti beban sebesar 100 watt untuk Voltase(volt), P(watt),
PF, Arus(A), Q(vars), dan F(Hz) nya
5. Mengganti beban sebesar 260 watt lalu 360 watt untuk
Voltase(volt), P(watt), PF, Arus(A), Q(vars), dan F(Hz) nya
5.4.2 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Frekuensi
1. Menghubungkan rangkaian beban dengan multi power meter
2. Menyalakan motor bakar lama untuk memberi tegangan kepada
beban
3. Memeriksa pada multi power meter berapa nilai Voltase(volt),
P(watt), PF, Arus(A), Q(vars) yang dihasilkan dari motor bakar
lama dengan variasi frekuensi 35,2 Hz, dengan beban lampu pijar
360 watt.
4. Mengganti variasi frekuensi 50 Hz dan 62 Hz untuk Voltase(volt),
P(watt), PF, Arus(A), Q(vars), dan F(Hz) dengan beban lampu pijar
360 watt
5.4.3 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Beban
1. Menghubungkan rangkaian beban dengan multi power meter
2. Menyalakan motor bakar baru untuk memberi tegangan kepada
beban
3. Memeriksa pada multi power meter berapa nilai yang dihasilkan
dari motor bakar baru untuk Voltase(volt), P(watt), PF, Arus(A),
Q(vars), dan F(Hz) dengan beban lampu TL10 watt
4. Mengganti beban sebesar 20 watt untuk Voltase(volt), P(watt), PF,
Arus(A), Q(vars), dan F(Hz) nya
5.4.4 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Frekuensi
1. Menghubungkan rangkaian beban dengan multi power meter
2. Menyalakan motor bakar lama untuk memberi tegangan kepada beban
3. Memeriksa pada multi power meter berapa nilai Voltase(volt),
P(watt), PF, Arus(A), Q(vars) yang dihasilkan dari motor bakar lama
dengan variasi frekuensi 37,5 Hz, dengan beban lampu TL 20 watt.
4. Mengganti variasi frekuensi 50 Hz dan 63 Hz untuk Voltase(volt),
P(watt), PF, Arus(A), Q(vars), dan F(Hz) dengan beban lampu TL 20
watt
5.5 Data Percobaan
5.5.1 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Beban
Tabel 5.1 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Beban
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 60 220 56 0,997 0,25 +5 52,7
2 100 220 96 0,999 0,43 +5 52,8
3 260 220 248 0,992 1,11 +7 52,5
4 360 220 345 1,001 1,54 +7 52,3
5.5.2 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Frekuensi
Tabel 5.2 Percobaan dengan Beban Resistif dengan Variasi Frekuensi
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 360 205 311 1,001 1,49 +9 35,2
2 360 240 393 1,002 1,62 +9 50
2 360 244 403 1,002 1,63 +8 62
5.5.3 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Beban
Tabel 5.3 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Beban
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 10 219 15 -0,457 0,17 -31 52,8
2 20 220 31 -0,358 0,36 -70 52,9
5.5.4 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Frekuensi
Tabel 5.4 Percobaan dengan Beban Induktif dengan Variasi Frekuensi
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 20 215 76 -0,447 0,82 -150 37,5
2 20 241 45 -0,328 0,49 -126 50
3 20 244 29 -0,345 0,32 -66 63
4.6 Analisa dan Pembahasan
5.6.1 Percobaan dengan Beban Resistif
5.6.1.1 Variasi Beban
5.6.1.1.1 Perbandingan antara hasil Perhitungan dan pengukuran (P, Q, Cos
)
Tabel 5.5 Data Percobaan Variasi Beban Resistif
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 60 220 56 0,997 0,25 +5 52,7
2 100 220 96 0,999 0,43 +5 52,8
3 260 220 248 0,992 1,11 +7 52,5
4 360 220 345 1,001 1,54 +7 52,3
Contoh Perhitungan
S
Q
x
P
Diketahui P=V.I.Cos x
S=V.I
Untuk PF, Faktor Daya sama dengan juga cos x maka PF=Cos x
Cos x =PS
= P
V . I
= 56
220 .0,25
= 1,018 pada pengukuran 0,997
P = V .I . Cos x
= 220 . 0,25 . 1,018
= 55,99 watt
Q = V .I . Sin x
= 220 . 0,25 . 0,77
= 4,25 vars pada pengukuran 5 vars
Tabel 5.6 Perbandingan Hasil Perhitungan dan Pengukuran
P Q Cos x
Pengukuran 56 5 0,997
Perhitungan 55,99 4,25 1,018
Dari tabel di atas kita dapat lihat bahwa terdapat perbedaan antara
beban dengan perhitungan daya dan juga pengukuran pada saat
percobaan. Perbedaan tersebut karena adanya kesalahan pada saat
pengukuran karena dalam percobaan terjadi perubahan angka
pengukuran.
5.6.1.1.2 Pengaruh Beban Terhadap V, P, PF, I, Q
Tabel 5.7 Data Percobaan Variasi Beban Resistif
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 60 220 56 0,997 0,25 +5 52,7
2 100 220 96 0,999 0,43 +5 52,8
3 260 220 248 0,992 1,11 +7 52,5
4 360 220 345 1,001 1,54 +7 52,3
Pada percobaan yang telah dilakukan. Perubahan beban yang digunakan tidak
berpengaruh terhadap tegangan. Karena tegangan yang keluar dari sumber tetap
stabil sebesar 220 V. Hal ini disebabkan karena frekuensi kerja motor stabil,
sehingga tegangan yang dihasilkan juga ikut stabil. Begitu juga dengan Power
Factor yang selalu mendekati 1. Pada beban Resistif, nilai PF selalu 1 karena arah
V dan I bersudut 0 (nol derajat) sehingga nilai Cos 0=1, dengan demikian nilai Q
akan bernilai 0 (nol) dari rumus Q=V x I x Sin 0. Pada percobaan nilai PF selalu
mendekati 1 karena kurang presisinya alat ukur. Perubahan beban berpengaruh
pada daya aktif, Arus, dan daya reaktif. Jika beban dinaikkan kuat arus akan
semakin besar. Jika arus besar itu akan mempengarui daya aktif dan daya reaktif.
Sesuai dengan rumus P=V.I.Cos x dan Q=V.I.Sin x. sehingga semakin besar kuat
arus maka semakin besar pula daya aktif dan daya reaktifnya.
5.6.1.2 Variasi Frekuensi5.6.1.2.1 Pengaruh Frekuensi Terhadap V, P, PF, I, Q
Tabel 5.8 Data Percobaan Variasi Frekuensi Beban Resistif
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 360 205 311 1,001 1,49 +9 35,2
2 360 240 393 1,002 1,62 +9 50
2 360 244 403 1,002 1,63 +8 62
Dari percobaan yang telah dilakukan dapat diambil kesimpulan jika, semakin
besar nilai frekuensi, itu tidak berpengaruh terhadap kuat arus dan power factor.
Sedangkan untuk tegangan sesuai dengan rumus V=φ.k.n jika putaran motor
bakar semakin besar maka tegangan yang dihasilkan pada generator sinkron pun
semakin besar. Variasi frekuensi tidak berpengaruh terhadap power factor, daya
reaktif, dan arus, sesuai tabel diatas. Hal ini disebabkan karena beban yang
bersifat resistif sehingga faktor daya tetap stabil.
5.6.2 Percobaan dengan Beban Induktif5.6.2.1 Variasi Beban
5.6.2.1.1 Perbandingan antara hasil Perhitungan dan pengukuran (P, Q, Cos
phi)
Tabel 5.9 Data Percobaan Variasi Beban Induktif
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 10 219 15 -0,457 0,17 -31 52,8
2 20 220 31 -0,358 0,36 -70 52,9
Contoh Perhitungan
S
Q
x
P
Diketahui P=V.I.Cos x
S=V.I
Untuk PF, Faktor Daya sama dengan juga cos x maka PF=Cos x
Cos x =PS
= P
V . I
= 15
219 .0,17
= 0,402
P = V .I . Cos x
= 219 . 0,17 . 0,402
= 14,96 watt
Q = V .I . Sin x
= 219 . 0,17 . 0,915
= 34,08 vars
Tabel 5.10 Perbandingan Hasil Perhitungan dan Pengukuran
P Q Cos θ
pengukuran 15 -31 -0,473
Perhitunga
n14,96 +34,08 +0,402
Dari tabel diatas kita dapat liat bahwa terdapat perbedaan antara beban
dengan perhitungan daya dan juga pengukuran pada saat percobaan. Perbedaan
tersebut karena adanya rugi-rugi, seperti rugi tembaga. Kemudian kesalahan pada
saat pengukuran karena dalam percobaan setelah terjadi perubahan angka
pengukuran.
Dalam rangka beban induktor terdapat trafo ballast yang berfungsi untuk
mneghasilkan tegangan transient yang sangat besar pada saat start sehingga daya
ada yang lebih besar dari beban
5.6.2.1.2 Pengaruh Beban Terhadap V, P, PF, I, Q
Tabel 5.11 Data Percobaan Variasi Beban Induktif
Pada percobaan yang telah dilakukan. Perubahan beban yang digunakan
tidak berpengaruh terhadap tegangan. Karena tegangan yang keluar dari sumber
tetap stabil sebesar 220 V. Begitu juga dengan Power Factor yang tetap dan
bernilai negatif. Hal ini disebabkan karena beban bersifat induktif sehingga faktor
daya bernilai negatif. Perubahan beban berpengaruh pada daya aktif, Arus, dan
daya reaktif. Jika beban dinaikkan kuat arus akan semakin besar. Jika arus besar
itu akan mempengarui daya aktif dan daya reaktif. Sesuai dengan rumus
P=V.I.Cos x dan Q=V.I.Sin x. sehingga semakin besar kuat arus maka semakin
besar pula daya aktif dan daya reaktifnya.Perubahan Power Factor terjadi karena
didalam beban Induktif (lampu TL) terdapat trafo ballast. Trafo ballast berfungsi
hanya pada saat start, setelah lampu TL menyala kehadiran trafo ballast
mengakibatkan faktor daya menjadi rendah dan trafo ballast sendiri menyerap
daya aktif.
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 10 219 15 -0,457 0,17 -31 52,8
2 20 220 31 -0,358 0,36 -70 52,9
5.6.2.2 Variasi Frekuensi
5.6.2.2.1 Pengaruh Frekuensi Terhadap V, P, PF, A, Q
Tabel 5.12 Data Percobaan Variasi Frekuensi Beban Induktif
NoBeban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
1 20 215 76 -0,447 0,82 -150 37,5
2 20 241 45 -0,328 0,49 -126 50
3 20 244 29 -0,345 0,32 -66 63
Berdasarkan tabel hasil percobaan, dapat disimpulkan hubungan
Frekuensi (f) terhadap tegangan (V), Daya aktif (P), Power Faktor (PF),
Kuat Arus (A), dan Daya raktif (Q). Hubungan tersebut sesuai dengan
persamaan
V = k n , n = 120 f / p
Apabila frekuensi dinaikkan, maka tegangan yang dihasilkan juga
akan naik karena tegangan berbanding lurus dengan kecepatan rotor yang
berhubungan langsung dengan frekuensi. Perubahan Frekuensi juga
berpengaruh pada, cos phi dan daya reaktif, Pengaruh tersebut berbanding
lurus. Yaitu semakin besar frekuensinya maka semakin besar pula cos phi
dan daya reaktif motor bakar tersebut. Namun berbanding terbalik dengan
daya aktif yang dihasilkan. Mempercepat frekuensi tegangan motor bakar,
meyebabkan daya aktif semakin kecil.
Pengaruh variasi frekuensi dengan tegangan, cos phi, daya aktif dan
daya reaktif yang dihasilkan disajikan dalam tabel diatas.
5.6.3 Perbandingan antara Beban Induktif dengan Beban Resistif
Rumus
Persamaan daya dari beban resitif adalah
P = V.I
Sedangkan untuk persamaan daya dari beban induktif adalah
P = V.I.cosθ
Gambar Gelombang
Beban Resistif
Gambar 5.6 Gelombang Beban Resistif
Beban Induktif
Gambar 5.7 Gelombang Beban Induktif
Diagram Fasor Arus dan Tegangan
Beban Resistif
Gambar 5.8 Diagram Fasor Beban Resistif
Beban Induktif
Gambar 5.9 Diagram Fasor Beban Induktif
Karateristik Beban
Tabel 5.13 Karateristik Beban Resistif dan Induktif
No Pembeda Resistif Induktif
1 Nilai Cos φ 1 Cos φ < 1
2 Beda fasa (φ) 0 ≠0
3 Daya reaktif 0 ≠0
4 Segitiga daya S P
S
θ Q
P
5 Antara S & P Sama Beda
Pada tabel dapat kita lihat perbedaan antara karakteristik beban
resistif dan beban induktif. Pada beban resistif Nilai Cos φ adalah 1 dan
untuk beban induktif adalah kurang dari 1. Untuk beda fasa beban resistif
memiliki harga 0 sedangkan beban induktif tidak sama dengan nol. Untuk
daya reaktif beban resistif memiliki harga 0 sedangkan untuk beban
induktif memiliki harga tidak sama dengan nol. Untuk segitiga daya, daya
semu dan daya aktif pada beban resistif sebanding, sedangkan untuk beban
induktif daya aktif dan daya semu membentuk sudut ɵ. Sehingga nilai
daya semu dan aktif pada beban resistif sama dan pada beban induktif nilai
daya semu dan daya aktif berbeda.
Tabel 5.14 Perbandingan Beban Induktif dan Resistif
No Beban
(W)
Volt
(V)
Daya
(W)PF
Arus
(A)
Q
(vars)
F
(Hz)
Resistif 60 220 56 +0,997 0,25 +5 52,7
Resistif 100 220 96 +0,999 0,43 +5 52,8
Induktif 10 219 15 -0,457 0,17 -31 52,8
Induktif 20 220 31 -0,358 0,36 -70 52,9
Jika kita lihat pada tabel diatas, maka dapat kita ketahui perbedaan
antara beban resistif dan beban induktif. Pada beban resistif PF yang terjadi
cenderung bernilai positif yaitu pada beban 60 watt maupun 100 watt PF
bernilai +0,997 dan +0,999, sedangkan pada beban Induktif PF cenderung
bernilai kurang dari nol atau negative, yaitu pada beban 10 watt dan 20
watt memiliki nilai PF -0,457 dan -0,358 pada frekuensi yang cenderung
sama. Begitu pula daya reaktif yang ditimbulkan. Pada beban resistif , daya
reaktif yang terjadi benilai lebih dari 0 atau positif yaitu pada beban 60
watt dan 100 watt memiliki daya reaktif +5 untuk masing-masing beban
dengan frekuensi motor yang cenderung sama. Sedangkan pada beban
induktif, daya reaktifnya benilai negatif, yaitu pada beban 10 watt dan 20
watt memiliki daya reaktif -31 dan -70 dengan frekensi yang cenderung
sama.
5.6.4 Proses Konversi Energi pada Motor Bakar (Generator Set)
5.6.4.1 Definisi Motor Bakar
Motor bakar adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang
mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah
tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari
proses pembakaran, proses pembakaran juga mengubah energi tersebut yang
terjadi didalam dan diluar mesin kalor (Kiyaku dan Murdhana, 1998)
Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa
silinder. Salah satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya
pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari
pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros
engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi gesekan
putar
Gambar 5.10 Motor Bakar Torak
5.6.4.2 Klasifikasi Motor Bakar
Motor bakar dapat diklasifikasikan dari proses pembakaran dan bahan
bakarnya. Penjelasanya sebagai berikut:
a. Berdasarkan Sistem Pembakaran
1. Mesin 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 dan motor bakar torak.
2. Mesin pembakaran luar
Pada motor pembakaran luar, proses pembakaran bahan bakar
terjadi di luar mesin itu, sehingga untuk melaksanakan pembakaran
digunakan mesin tersendiri. Panas dari hasil pembakaran bahan
bakar tidak langsung di ubah menjadi energi mekanik, tetapi
terlebih dulu melalui media penghantar, baru kemudian diubah
menjadi energi mekanik. Misalnya pada ketel uap dan turbin uap.
b. Berdasarkan Proses Penyalaana). Motor bensin
Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut
dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan
bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara
karena motor ini cenderung disebut spark ignition engine.
Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Di
dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan
sebagai pemasukan panas pada volume konstan.
b). Motor diesel
Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan motor
bensin. Proses penyalaannya bukan menggunakan loncatan bunga
api listrik. Pada waktu torak hampir mencapai titik TMA bahan
bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Terjadilah pembakaran
pada ruang bakar pada saat udara udara dalam silinder sudah
bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat terpenuhi apabila
perbandingan kompresi yang digunakan cukup tinggi, yaitu
berkisar 12-25. (Arismunandar. W, 1988)
5.6.4.3 Siklus Termodinamika
Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada
siklus termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa
dilakukan pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara. Idealisasi proses
tersebut sebagai berikut :
a. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.
b. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur
pada udara.
c. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi
perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.
d. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung.
e. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama
dengan motor 4 (empat) langkah.
Diagram P-V dan T-S siklus termodinamika dapat dilihat pada gambar
di bawah
Gambar 5.11 Diagram P-V dan T-S siklus termodinamika
5.6.4.4 Siklus Otto (Siklus udara volume konstan)
Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi
pada volume konstan, sedangkan siklus otto tersebut ada yang berlangsung
dengan 4 (empat) langkah atau 2 (dua) langkah. Untuk mesin 4 (empat)
langkah siklus kerja terjadi dengan 4 (empat) langkah piston atau 2 (dua)
poros engkol. Adapun langkah dalam siklus otto yaitu gerakan piston dari
titik puncak (TMA=titik mati atas) ke posisi bawah (TMB=titik mati bawah)
dalam silinder. Diagram P-V dan T-S siklus otto dapat dilihat pada
(gambar 2.3) dibawah sebagai berikut :
Gambar 5.12 Diagram P-V dan T-S siklus otto
Proses siklus otto sebagai berikut :
Proses 1-2 : proses kompresi isentropic (adiabatic reversible) dimana piston
bergerak menuju (TMA=titik mati atas) mengkompresikan
udara sampai volume clearance sehingga tekanan dan
temperatur udara naik.
Proses 2-3 : pemasukan kalor konstan, piston sesaat pada (TMA=titik mati
atas) bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan
dan temperatur meningkat hingga nilai maksimum dalam
siklus.
Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong
piston turun menuju (TMB = titik mati bawah), energi
dilepaskan disekeliling berupa internal energi.
Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston sesaat pada
(TMB = titik mati bawah) dengan mentransfer kalor ke
sekeliling dan kembali mlangkah pada titik awal.
5.6.4.5 Sistem Kerja Motor Bakar
5.6.4.5.1 Motor bensin 4 langkah
Motor bensin empat langkah adalah motor yang setiap satu kali
pembakaran bahan bakar memerlukan 4 langkah dan 2 kali putaran poros
engkol. Adapun prinsip kerja motor 4 langkah dapat dilihat pada gambar
dibawah ini :
Gambar 5.13 Skema Gerakan Torak 4 langkah
a. Langkah Hisap (suction/intake stroke).
Pada langkah ini piston bergerak dari titik mati atas menuju titik mati
bawah. Katup hisap terbuka sehingga akibat kevakuman yang terjadi dari
ekspansi volume pada ruang bakar maka udara dari luar dapat masuk ke dalam
ruang bakar melalui katup hisap yang terbuka. Pada motor bakar yang
dilengkapi dengan turbocharger maka udara yang masuk ke ruang bakar akan
lebih banyak lagi dikarenakan adanya dorongan dari sisi tekan compressor
wheel pada turbocharger.
b. Langkah Kompresi (compression stroke).
Setelah piston mencapai titik mati bawah maka arah piston akan berbalik
menuju kembali ke titik mati atas, hanya saja pada langkah ini tidak ada katup
yang membuka. Sebagai akibat dari mengecilnya volume ruang bakar maka
udara yang ada di dalam ruang bakar menjadi terkompresi. Dengan kompresi
rasio yang berkisar antara 19 : 1 sampai 23 : 1 maka pengkompresian udara
pada ruang bakar akan menghasilkan panas kompresi (heat compression) yang
tinggi (kurang lebih berkisar 1000 oF).
Beberapa derajat sebelum piston mencapai titik mati atas bahan bakar solar
di-injeksikan melalui nozle ke dalam ruang bakar, penginjeksiannya harus
menggunakan tekanan yang tinggi sehingga solar yang di semprotkan ke dalam
ruang bakar berubah menjadi butiran-butiran cairan solar yang sangat halus
seperti kabut. Pada saat solar disemprotkan maka campuran antara solar dan
udara di dalam ruang bakar mulai terbakar akibat terkena panas
yang dihasilkan oleh heat compression.
c. Langkah Tenaga (power stroke)
Proses pembakaran campuran solar dan udara terus berlangsung sampai
piston mencapai titik mati atas dan selanjutnya kembali berubah arah kembali
menuju titik mati bawah. Beberapa derajat (+ 10 derajat) setelah melewati titik
mati atas maka pembakaran yang terjadi telah sempurna sehingga dihasilkan
ledakan yang tekanan ekspansinya memaksa piston untuk terus bergerak
menuju titik mati bawah.
d. Langkah Pembuangan (exhaust stroke)
Setelah energi ledakan panas pada langkah power telah berubah bentuk
menjadi energi mekanis maka sisa proses pembakaran yang ada harus dibuang.
Proses ini terjadi ketika piston bergerak dari titik mati bawah menuju titik mati
atas dengan kondisi katup buang membuka. Gas sisa hasil pembakaran di
dorong keluar oleh piston melalui katup buang. Selanjutnya melalui mufler gas
tersebut akan dilepas ke atmosfir. Kecuali untuk motor bakar diesel yang
diperlengkapi dengan turbocharger maka sebelum masuk ke dalam mufler gas
tersebut masih dimanfaatkan untuk memutarkan sudu sudu turbin pada turbin
wheel.
5.6.4.5.2 Motor Bensin 2 Langkah
Motor bensin 2 langkah adalah mesin yang proses pembakarannya
lebih sederhana dari motor 4 langkah yaitu dilakukan pada satu kali putaran
poros engkol yang berakibat dua kali langkah piston. Adapun prinsip kerja
motor 2 langkah dapat dijelaskan pada gambar dibawah ini :
Gambar 5.14 Skema Gerakan Torak 2 Langkah
a. Langkah kesatu
Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB.
1. Pada saat piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati
bawah), maka akan menekan ruang bilas yang berada di bawah piston.
Semakin jauh piston meninggalkan TMA(titik mati atas) menuju TMB (titik
mati bawah), tekanan di ruang bilas semakin meningkat.
2. Pada titik tertentu, piston (ring piston) akan melewati lubang pembuangan
gas dan lubang pemasukan gas. Posisi masing-masing lubang tergantung dari
desain perancang. Umumnya ring piston akan melewati lubang pembuangan
terlebih dahulu.
3. Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang
bakar keluar melalui lubang pembuangan.
4. Pada saat ring piston melewati lubang pemasukan, gas yang tertekan dalam
ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendorong
gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan.
5. Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB (titik mati bawah),
sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar.
Langkah kedua
Piston bergerak dari TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas).
1. Pada saat piston bergerak TMB (titik mati bawah) ke TMA (titik mati atas),
maka akan menghisap gas hasil percampuran udara, bahan bakar dan
pelumas masuk ke dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh
karburator atau sistem injeksi. Saat melewati lubang pemasukan dan lubang
pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang
bakar.
2. Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA (titik
mati atas).
3. Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA (titik mati atas), busi menyala
untuk membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi sebelum piston
sampai TMA (titik mati atas) dengan tujuan agar puncak tekanan dalam
ruang bakar akibat pembakaran terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA
(titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah) karena proses pembakaran
sendiri memerlukan waktu dari mulai nyala busi sampai gas terbakar dengan
sempurna.
5.6.5 Generator Sinkron
Untuk menghasilkan energy listrik, motor bakar terhubung langsung
dengan generator sinkron, atau biasa disebut generator set (genset). Prinsip
kerja dari generator sinkron yakni ketika kumparan diputar pada kecepatan
konstan pada medan magnet homogen, maka tegangan sinusoidal akan
terinduksi pada kumparan tersebut dan menghasilkan energi listrik, sesuai
persamaan
E = - N d/dt
Medan magnet bisa dihasilkan oleh kumparan yang dialiri arus DC atau
oleh magnet tetap. Pada mesin tipe ini medan magnet diletakkan pada stator
(disebut generator kutub eksternal / external pole generator) yang mana energi
listrik dibangkitkan pada kumparan rotor.
Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada slip ring dan karbon
sikat, sehingga menimbulkan permasalahan pada pembangkitan daya tinggi.
Untuk mengatasi permasalahan ini, digunakan tipe generator dengan kutub
internal (internal pole generator), yang mana medan magnet dibangkitkan
oleh kutub rotor dan tegangan AC dibangkitkan pada rangkaian stator.
Tegangan yang dihasilkan akan sinusoidal jika rapat fluks magnet pada
celah udara terdistribusi sinusoidal dan rotor diputar pada kecepatan
konstan. Tegangan AC tiga fasa dibangkitan pada mesin sinkron kutub
internal pada tiga kumparan stator yang diset sedemikian rupa sehingga
membentuk beda fasa dengan sudut 120°. Bentuk gambaran sederhana
hubungan kumparan 3-fasa dengan tegangan yang dibangkitkan
5.7 Kesimpulan
1. Motor bakar merupakan mesin pengkonversi energi.
2. Variasi beban pada rangkaian beban resistif mempengaruhi daya dan arus yang dihasilkan.
3. Variasi frekuensi pada rangkaian beban resistif mempengaruhi tegangan yang dihasilkan.
4. Variasi beban pada rangkaian beban induktif mempengaruhi daya dan arus yang dihasilkan.
5. Variasi frekuensi pada rangkaian beban induktif berpengaruh pada naik turunnya tegangan yang dihasilkan.
6. Pada rangkaian beabn resistif, besar cos mendekati satu.
7. Pada rangkaian beban induktif, besar cos kurang dari satu.
8. Generator sinkron adalah mesin listrik yang mengkonversi energi gerak menjadi energi listrik sesuai dengan prinsip induksi elektromagnetik, dimana besar putaran rotor sama dengan putaran medan stator.
top related