MOTOR BAKAR Oleh : Ir. Musdar Effy Djinis,MP Untuk Mahasiswa Semester III Program studi Mesin dan Peralatan Pertanian Jurusan Teknologi Pertanian Politeknik Pertanian Negeri Payakumbuh

I. PENDAHULUAN Tujuan Instruksional Khusus Setelah membaca bab ini mahasiswa diharapkan mampu : 1. Menyebutkan pengertian motor bakar 2. Mengklasifikasikan motor bakar. 3. Menyebutkan prinsip-prinsip termodinamika motor bakar. 4. Menerangkan penggunaan motor bakar sebagai sumber tenaga mesin pertanian.

Pengertian Motor Bakar Motor bakar (enjin) : pesawat yang mampu mengkonversi energi kimia menjadi kerja (energi mekanis) dengan ketentuan energi yang dikonversi tersebut berada pada sistim yang bersangkutan (Jacobs and Harrell, 1982).

Pengertian Motor Motor : pesawat yang mampu mengkonversi energi ke bentuk kerja (energi mekanis) dengan ketentuan energi yang dikonversi tersebut berasal dari luar sistim (Jacobs and Harrell, 1982). Ex : motor listrik (electric motor) motor hidrolik (hydraulic motor)

pesawat-pesawat pengkonversi energi lainnya Otot manusia dan hewan, Turbin Gas (Gas Turbine), Enjin Wankel (Rotary engine), Enjin Sterling (Sterling Engine), Enjin Uap Berpiston (Steam Piston Engine) Turbin Uap (Steam Turbine), Thermoelectricity Sel Bahan Bakar (Fuel Cell) Sel Matahari (Solar Cell), Generator Listrik (Electric Generator), Baterai Penyimpan (Storage Battery) MHD (Magnetohydrodynamics).

Stirling Engine

Penggolongan Motor Bakar enjin pembakaran external (external combustion engine) dan enjin pembakaran internal (internal combustion engine). Enjin pembakaran eksternal adalah enjin yang proses pembakarannya terjadi di luar silinder dengan fluida kerja uap panas (steam) sehingga enjin ini juga disebut enjin uap(steam engine).

Penggolongan Motor Bakar (lanjutan) Enjin pembakaran internal adalah enjin yang proses pembakarannya terjadi di dalam silinder dengan fluida kerja gas panas hasil pembakaran campuran bahan bakar dengan udara

Enjin pembakaran internal dibagi berdasarkan : 1. Jumlah silinder 2. Susunan silinder 3. Susunan katup 4. Tipe pendinginan 5. Jumlah langkah 6. Jenis bahan bakar 7. Cara penyalaan 8. Susunan pengapian 9. Bolak balik atau rotary

Klassifikasi enjin Berdasarkan jumlah dan susunan silinder Berdasarkan jumlah dan susunan silinder, enjin dapat dikelompokkan atas bersilinder tunggal, bersilinder banyak (dua, tiga, empat, lima, enam, delapan, duabelas dan enambelas dsb).

Penggolongan Motor Bakar (lanjutan) berdasarkan susunan silinder maka enjin dapat dikelompokkan atas : 1. Segaris (in line/in row) 2. Menyudut (tipe V, tipe W dan tipe X) 3. Berlawanan arah 4. Radial

Klassifikasi enjin Enjin dengan susunan silinder segaris kebanyakan mempunyai jumlah silinder maksimum enam, untuk mempertimbangkan kekakuan (rigidity) poros engkol. Poros engkol yang terlalu panjang sukar untuk dibuat kaku.

Klassifikasi enjin Enjin tipe V dapat dianggap terdiri dari dua susunan enjin segaris dengan satu poros engkol dan sudut tertentu. Sedangkan, enjin tipe W mempunyai dua poros engkol dan dapat dianggap sebagai tiga susunan enjin segaris, pada enjin dengan jumlah silinder 12 sampai 16 dipakai untuk menggerakkan mobil penumpang, truk, dan industri. Tipe X dapat dianggap gabungan dari empat enjin segaris dengan satu poros engkol.

Klassifikasi enjin Enjin tipe V dapat dianggap terdiri dari dua susunan enjin segaris dengan satu poros engkol dan sudut tertentu. Sedangkan, enjin tipe W mempunyai dua poros engkol dan dapat dianggap sebagai tiga susunan enjin segaris, pada enjin dengan jumlah silinder 12 sampai 16 dipakai untuk menggerakkan mobil penumpang, truk, dan industri. Tipe X dapat dianggap gabungan dari empat enjin segaris dengan satu poros engkol.

Klassifikasi enjin Katup pada enjin bisa ditempatkan di kepala silinder (tipe I), pada blok silinder (tipe L), sehingga enjin berdasarkan susunan katup dapat dikelompokkan atas : Poros nok di dalam blok silinder (in block camshaft) katupnya tipe L dan I. Poros nok di atas kepala silinder (overhead camshaft) katupnya tipe I

Klassifikasi enjin Berdasarkan sistim pendinginan, maka enjin dikelompokkan atas: Enjin berpendingin udara : ditandai dengan sirip-sirip pendingin (cooling fins) di sekitar blok silinder sebagai alat memperluas permukaan untuk memudahkan pendinginan. Enjin berpendingin air : dicirikan dengan adanya radiator

Berdasarkan langkah, maka enjin dikelompokkan atas enjin 4 langkah dan enjin 2 langkah. Enjin empat langkah adalah enjin yang membutuhkan empat langkah untuk menyelesaikan satu siklus tenaga. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan, enjin dikelompokkan atas enjin diesel dan enjin bensin. Enjin bensin bisa diubah untuk menggunakan bahan bakar minyak tanah, LPG atau gasohol.

Penyalaan muatan dapat dilakukan dengan percikan bunga api listrik (pada enjin bensin) atau dengan panas hasil pengempaan udara (pada enjin diesel), sehingga enjin dapat dikelompokkan atas penyalaan busi dan penyalaan kompressi.

Urutan penyalaan (firing order) adalah urutan penyalaan muatan yang menghasilkan langkah tenaga pada setiap silinder enjin. Urutan penyalaan dibuat sedemikian rupa sehingga poros engkol akan menerima tekanan yang merata pada setiap derjat putarannya. Urutan penyalaan yang umum untuk enjin 4 silinder bersusunan segaris adalah atau , sementara untuk enjin 6 silinder segaris adalah atau Penelaahan tentang enjin biasanya hanya didasarkan pada siklus kerja dan cara penyalaannya saja.

Prinsip Termodinamika Motor Bakar Silinder harus mempunyai perbandingan permukaan- volume sekecil mungkin, Proses ekspansi sangat cepat, Ekspansi semaksimal mungkin, Tekanan ekspansi semaksimal mungkin pada permulaan proses ekspansi.

Enjin pertama yang sukses menggunakan prinsip-prinsip tersebut adalah enjin yang dibuat pada tahun 1878 oleh Nikolaus Otto, seorang Jerman, yang dari namanya dikenal Siklus Otto. Siklus Ideal Otto Untuk Udara Standar

Piston bergerak tanpa gesekan di dalam silinder, Udara digunakan sebagai fluida kerja di dalam silinder, Tidak ada perpindahan panas ke dinding silinder, Pergerakan piston dimulai pada awal langkah pemasukan yaitu pada kondisi-kondisi, P1, V1, dan T1. Kompressi adiabatik terjadi di sepanjang garis AB, dan ekspansi adiabatik terjadi di sepanjang garis CD. Penambahan panas pada volume konstan terjadi di sepanjang garis BC, dan penurunan tekanan pada volume tetap terjadi di sepanjang garis DA. Fluida kerja (udara) diperlakukan sebagai gas ideal dengan panas spesifik yang tetap. Semua proses termodinamika diasumsikan ideal.

Diagram Siklus Ideal Otto (Liljedahl et al, p.39

Effisiensi Siklus Ideal Otto Effisiensi siklus dihitung dengan langkah- langkah sbb: Panas yang ditambahkan pada volume konstan adalah : Qin = M*cv (T3 – T2) Panas yang dibuang dari D ke A adalah : Qout = M*cv (T4 – T1) Keterangan : Qin = panas dimasukan (in) atau dikeluarkan (out) dari sistim,

Effisiensi Siklus Ideal Otto M = massa total dari fluida kerja (dianggap konstan), cv= panas jenis udara pada volume konstan, cp = panas jenis udara pada tekanan konstan, T= suhu absolut, cp/ cv = 1,4 untuk udara

Kerja dilakukan selama siklus yang menyebabkan enjin mampu menghasilkan daya. Berdasarkan Gambar siklus ideal Otto, maka kerja yang dilakukan sama dengan penjumlahan dari kerja yang dilakukandi bawah kurva-kurva kompressi dan ekspansi, dimana kerja kompressi FABE adalah negatif dan kerja ekspansi FDCE adalah positif. Kerja yang dilakukan adalah : P1V1 – P2V2 P3V3 - P4V4 W = ───────── + ───────── (4) k - 1 k – 1 Kerja juga dapat dinyatakan berdasarkan Hukum Konservasi energi yaitu W = Qin - Qout

Siklus Ideal Diesel Untuk Udara Standar

Siklus Ideal Diesel Untuk Udara Standar (lanjutan) Siklus diesel diselesaikan dalam empat langkah sebagaimana halnya siklus Otto. Siklus ideal juga dianggap sebagai sklus dua langkah, dan langkah pemasukan dan pembuangan diasumsikan tanpa gesekan. Pada siklus ini gas yang bekerja pada semua siklus diasumsikan sebagai udara atmosfir.

Kerja luar per siklus diesel ideal adalah jumlah aljabar dari kurva-kurva kerja kompressi dan ekspansi. Kerja negatif ABEF di bawah kurva kondisi kompressi adiabatik, dan kerja kompressi positif sepanjang garis tekanan tetap BC dan kurva adiabatik CD. P1V1 – P2V2 P3V3 -P4V4 W = ──────── + ─────── + P2,3(V3-V2) k - 1 k – 1

Motor Bakar Sebagai Sumber Tenaga Mesin Pertanian Enjin uap : sumber tenaga yang lebih dahulu digunakan dalam melakukan operasi-operasi pertanian seperti pembajakan, perontokan biji-bijian, pemompaan air dan lain lain Enjin-enjin pertanian hari ini hampir semuanya terdiri dari enjin diesel dan sebagian kecil enjin bensin seperti : alsin pembukaan lahan, alsin pengolahan tanah, alsin tanam, alsin pemeliharaan tanaman, alsin panen, alsin penanganan bahan dan alsin pengolahan hasil. Enjin bensin: untuk alsin yang kecil-kecil dengan daya kurang dari 10 HP. Enjin bensin dua langkah digunakan untuk alsin-alsin portable seperti mistblower, duster, power reaper, chain saw, dsb.

PERTANYAAN DAN TUGAS 1.Apa yang dimaksud dengan enjin dan apa yang dimaksud dengan motor ? 2.Tuliskan klassifikasi enjin pembakaran internal yang sdr ketahui ! 3.Tuliskan bermacam-macam pesawat pengkonversi energi yang lain selain enjin dan motor ! 4.Apa yang membedakan antara siklus ideal Otto dengan siklus ideal diesel ?

PERTANYAAN DAN TUGAS 5.Tuliskan beberapa prinsip yang ditetapkan oleh Beau de Rochas pada tahun 1862 untuk pengoperasian enjin yang praktis dan ekonomis ! 6.Apa peranan enjin pada mekanisasi pertanian di Indonesia ? 7.Apa kelebihan pemakaian enjin dibandingkan dengan pemakaian tenaga biologis ? 8.Apa kelebihan sumber tenaga biologis dibandingkan dengan enjin ?

DAFTAR PUSTAKA Liljedhal, J.B., P.K. Turquist, D.W. Smith and M. Hoki, (1989) Tractors and Their Power Units, Van Nostrand Reinhold, New York. Jacobs, C.O., and W.R. Harrell, (1983) Agricultural Power and Machinery, Mc. Grow-Hill Book Company, New York.