BAB II LANDASAN TEORI - digilib.unimus.ac.iddigilib.unimus.ac.id/files/disk1/129/jtptunimus-gdl-tegowiratn... · bila bekerja dapat menimbulkan tenaga/energi. ... ð•Motor diesel

7

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1. Pengertian Umum Motor Bensin

Motor adalah gabungan dari alat-alat yang bergerak (dinamis) yang

bila bekerja dapat menimbulkan tenaga/energi. Sedangkan pengertian motor

bakar adalah motor yang sumber tenaganya diperoleh dari hasil pembakaran

gas didalam ruang bakar.

Motor bensin sendiri mempunyai pengertian motor dimana gas

pembakarnya berasal dari hasil campuran antara bensin dengan udara dalam

suatu perbandingan tertentu, sehingga gas tersebut terbakar dengan mudah

sekali didalam ruang bakar, apabila timbul loncatan bunga api listrik

tegangan tinggi pada elektroda busi. Dan alat yang mencampur bensin dan

udara supaya menjadi gas pada motor bensin ini adalah karburator.

Tenaga yang dihasilkan oleh motor adalah berasal dari adanya

pembakaran gas didalam ruang bakar, oleh karena adanya pembakaran gas

tersebut, maka timbullah panas. Dan panas ini mengakibatkan gas yang telah

terbakar mengembang/ekspansi. Pembakaran dan pengembangan gas ini

terjadi di dalam ruang bakar yang sempit dan tertutup/tidak bocor dimana

bagian atas dan samping kiri kanan dari ruang bakar adalah statis/tidak bisa

bergerak, sedangkan yang dinamis/bisa bergerak hanyalah bagian bawah,

yakni piston sehingga dengan sendirinya piston akan terdorong ke bawah

dengan kuatnya oleh gas yang terbakar dan mengembang tadi. Pada saat

8

piston terdorong ke bawah ini, membawa tenaga yang sangat dahsyat, dan

tenaga inilah yang dimaksud dengan tenaga motor.

2.2. Motor Bensin Sebelum Dimodifikasi

1 2

43

8

5

9

6 7

Gambar 1. Motor bensin sebelum dimodifikasi

Keterangan :

1. Jok : 65 cm

2. Tangki : 30 cm

3. Rangka atas belakang : 55 cm

4. Rangka atas belakang : 35 cm

5. Rangka depan : 46 cm

6. Shock belakang : 35 cm

7. Shock depan : 65 cm

8. Jarak terendah : 35 cm

9. Jark antara poros : 115 cm

9

2.3. Motor Bensin Sesudah Dimodifikasi

5

4

1 2

3

6

Gambar 2. Motor bensin sesudah dimodifikasi

Keterangan :

1. Rangka atas belakang : 50 cm

2. Rangka atas belakang : 35 cm

3. Shock belakang : 35 cm

4. Shock depan : 70 cm

5. Jarak terendah : 40 cm

6. Jarak antara poros : 125 cm

2.4. Klasifikasi Motor Bensin

Ditinjau dari segi cara memperoleh energi termal ini mesin kalor

dibagi menjadi dua golongan yaitu :

Mesin dengan pembakar luar (eksternal).

Mesin dengan pembakar dalam (internal).

10

Mesin dengan sistem pembakaran didalam atau yang lebih dikenal

dengan motor bakar itu sendiri dibagi menjadi dua macam menurut bahan

bakar yang digunakan antara lain :

Motor bensin

Motor diesel

Klasifikasi Motor Bensin

Berdasarkan prinsip kerjanya, motor bensin diklasifikasikan menjadi dua

jenis antara lain :

A. Motor Bensin Dua Tak (2 langkah)

Pada motor jenis ini dalam melakukan satu kali langkah usaha

memerlukan satu kali putaran proses engkol. Pada motor ini langkah

yang terjadi hanya dua kali atau poros engkol hanya berputar satu kali

untuk melakukan siklus.

B. Motor Bensin Empat Tak (4 langkah)

Motor jenis ini adalah yang paling banyak digunakan pada

kendaraan roda empat atau lebih. Mesin ini dalam melakukan satu kali

langkah usaha diperlukan dua kali putaran poros engkol. Pada motor

ini terjadi 4 langkah, yaitu langkah isap, langkah kompresi, langkah

ekspansi / usaha, dan langkah buang.

Pada penyusunan laporan Tugas Akhir ini penulis menggunakan

obyek Motor Bensin 2 tak 1 silinder.

11

2.5. Prinsip Kerja Motor Bensin

Motor bensin sebagai salah satu jenis motor pembakaran dalam

banyak digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber tenaga dari

suatu kendaraan. Pada pembahasan ini, motor bensin sebagai sumber tenaga

menurut prinsip kerjanya dibedakan menjadi 2 yaitu motor bensin 4 tak dan

motor bensin 2 tak.

1. Motor Bensin 4 Tak

Motor bensin 4 tak adalah motor yang setiap satu kali

pembakaran bahan bakarnya memerlukan 4 langkah piston atau dua

kali putaran poros engkol. Secara kasar atau garis besarnya, cara

kerja motor bensin 4 tak adalah sebagai berikut :

Mula-mula gas yang merupakan campuran bahan bakar

dengan udara yang dihasilkan dari karburator dihisap masuk ke

dalam silinder kemudian dimampatkan dan dibakar. Karena panas,

gas tersebut mengembang dan karena ruang terbatas maka tekanan

didalam silinder atau ruang bakar naik dan tekanan ini mendorong

piston diteruskan ke poros engkol akan berputar. Secara terperinci

dibawah ini diuraikan masing-masing langkah atau proses sebagai

berikut :

1) Langkah hisap

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA ke TMB serta engkol

berputar ½ putaran (180o). Dan pada langkah ini klep/katup

masuk membuka pintu saluran masuk yang berhubungan dengan

12

karburator, sedangkan katup buang menutup pintu saluran

pembuangan. Oleh karena bergeraknya piston dari TMA ke TMB

ini mempunyai daya hisap yang sangat kuat, sehingga dengan

sendirinya gas baru yang berada dalam karburator terhisap masuk

ke dalam silinder dan ruang bakar.

2) Langkah kompresi

Pada langkah ini piston bergerak dari TMB ke TMA, engkol

berputar (360o atau 1 putaran). Dan pada langkah ini katup

masuk dan katub buang menutup pintu salurannya masing-

masing. Bergeraknya piston ini makin naik makin membuat

ruangan diatas piston semakin sempit sehingga daya kompresi

didalam ruangan yang sempit ini menjadi tinggi. Dan oleh karena

disekeliling ruangan ini tertutup rapat, maka gas baru yang telah

dihisap masuk menjadi termampat oleh piston.

3) Langkah usaha

Beberapa saat sebelum piston mencapai TMA, engkol berputar

mencapai (360o) pada akhir langkah kompresi, busi meloncatkan

bunga api listrik tegangan tinggi didalam ruang bakar tepat saat

engkol berputar 360o atau torak tepat mencapai TMA sehingga

gas baru yang telah termampat didalam ruang bakar menjadi

terbakar. Pembakaran ini berlangsung sampai piston mencapai

TMA, setelah itu hasil pembakaran gas tersebut dapat

menimbulkan panas yang menyebabkan pengembangan gas

13

didalam ruang bakar. Pengembangan gas ini menimbulkan

tekanan/tenaga yang dahsyat sekali ke segala arah, yakni bagian

atas bawah dan samping kiri kanan didalam ruang bakar adalah

statis, sedangkan yang dinamis didalam ruang bakar hanyalah

bagian bawah, yaitu piston maka dengan sendirinya piston

terdorong dengan kuatnya dari TMA ke TMB. Meluncurnya

piston dari TMA ke TMB ini sudah tentu menimbulkan tenaga

yang sangat besar pula.

4) Langkah buang

Piston bergerak dari TMB ke TMA, engkol berputar 270o, maka

pada langkah ini katub buang terbuka dan gas hasil sisa

pembakaran didalam ruang terdorong keluar oleh piston melalui

saluran buang.

Gambar 3. Proses kerja motor bensin 4 langkah

Keterangan gambar :

1. Langkah hisab 3. Langkah usaha

2. Langkah kompresi 4. Langkah buang

14

2. Motor Bensin 2 Tak

Motor bensin 2 tak adalah motor yang setiap kali

pembakarannya membutuhkan hanya 2 kali langkah torak atau satu

kali putaran engkol, dengan kata lain motor bensin 2 tak tak berbeda

jauh dengan motor 4 tak, yaitu pada motor bensin 2 tak tidak bekerja

dengan poros yang tunggal pada masing-masing langkahnya

melainkan antara proses dan kompresi terjadi dalam satu langkah

torak. Sedangkan proses atau cara kerja motor 2 tak sebagai berikut :

1) Langkah hisap dan kompresi

Pada langkah ini piston dari TMA ke TMB sehingga saluran

masuk terbuka oleh piston, reed valve, rotary valve, atau crank

shaft valvenya. Pada saat piston semakin bergerak keatas, maka

akan mengakibatkan ruang bagian bawah piston yakni ruang

carter menjadi semakin luas, dan bergeraknya piston ke arah

TMA ini bagian bawah piston menghisap gas baru dari

karburator ke dalam ruang carter dan melalui saluran bilas

manuju ke ruang bakar. Proses merupakan langkah isap.

Selanjutnya piston terus bergerak menuju TMA sampai saluran

buang dan saluran bilas tertutup oleh piston bagian atas sehingga

terjadilah pemampatan gas yang masuk kedalam ruang bakar dan

silinder sebelumnya, maka terjadilah kompresi dan kejadian ini

yang disebut langkah kompresi.

15

2) Langkah usaha dan buang

Beberapa saat sebelum mengakhiri langkah kompresi (pada akhir

langkah 1), busi meloncatkan bunga api listrik tegangan tinggi

didalam ruang bakar sehingga gas baru dikompresikan menjadi

terbakar. Pembakaran ini terjadi berlangsung terus menerus

sampai piston mencapai TMA. Oleh karena pembakaran tersebut,

maka timbullah panas yang menyebabkan gas mengembang. Gas

ini terjadi pada saat setelah piston berada di TMA, karena hanya

piston yang dinamis (bias bergerak) maka piston terdorong ke

arah TMB dengan kuatnya oleh ledakan gas dan tenaga tadi

diteruskan ke poros engkol. Peristiwa ini merupakan langkah

usaha/kerja pada motor bensin 2 tak. Selanjutnya gerakan piston

ke arah TMB ini membuat saluran buang dan saluran bilas

menjadi terbuka sehingga gas bekas keluar melalui saluran buang

tadi. Oleh karena adanya bantuan desakan dari gas baru yang

mulai masuk lagi ke dalam ruang bakar dan silinder melalui

saluran bilas. Proses ini disebut langkah buang.

Masuknya gas baru dari ruang carter ke dalam ruang bakar dan

silinder karena gas baru yang berada didalam ruang ke atas

mendapat tekanan dari piston, sewaktu piston bergerak ke bawah

dan proses ini disebut kompresi carter.

16

Gambar 4. Proses kerja motor bensin 2 langkah

2.6. Kelebihan dan Kekurangan Motor Bensin 4 Tak dan 2 Tak

a. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 4 tak

Kelebihan motor bensin 4 tak Kekurangan motor bensin 4 tak Pemakaian bensin lebih hemat

karena pembakaran lebih sempurna

Polusi yang ditimbulkan rendah

karena pembakaran lebih sempurna

dan oli tidak terbakar sehingga gas

buang lebih bersih

Tenaga yang dihasilkan lebih besar

karena pembakaran lebih sempurna

Perawatan lebih sulit dibandingkan

dengan motor bensin 2 tak karena

menggunakan katup masuk dan katup

buang beserta sistem penggeraknya

Relatif lebih sulit dalam meripair

17

b. Kelebihan dan kekurangan motor bensin 4 tak

Kelebihan motor bensin 2 tak Kekurangan motor bensin 2 tak Mudah dihidupkan

Perawatannya lebih mudah karena

tanpa katup

Polusi yang ditimbulkan lebih banyak

karena oli ikut terbakar bersama

bensin dan pembakarannya kurang

sempurna

Pemakaian bahan bakar (bensin)

lebih banyak atau boros karena

pembakarannya kurang sempurna.

2.7. Thermodinamika

Dalam perhitungan thermodinamika, maka kita harus mengetahui

diagram proses pembakaran.

Gambar 5. Diagram P-V

18

Diketahui :

∑ = 6,7

T1 = 300C = 3030K

K = 1,34

P1 = 1 atm = 1,033 hgf/cm2

R = 29,9 kg F/kg0F/cm2

Qm = 10,9 kol/kg

V1 = VL+Vc =96,5 + 16,687 = 113,187

∑ =2

1

V

V

7 =2

187,113

V

V2 =7

187,113

= 16,169

2

1

V

V=

169,16

187,113= 7

1. Proses 2 – 3 (Politropik)

Qm = CV (T2 – T3)

Volume pada titik dua dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

2

1

V

V= 7

Tekanan pada titik 2

P1.V1k = P2.V2

k

19

P2 = P .

2

1

V

V

= 1,033 . (7)1,34

= 1,033 . (13,56)

= 14 atm

Temperatur pada titik 2

T2 = T1 .1

2

1

k

V

V

= 303 (7)1,34 – 1

= 303 (7)0,3 – 1

= 58,70K

2. Proses 3 – 4

V2 = V3 = 1 Cm3

Temperatur pada titik 3

T3 = 2TCV

Qm

= 1,587171,0

9,10

= 650,80K

Tekanan pada titik 3

P3.V3 = R . T3

P3 =2

23.

T

PT

=1,587

14.8,650= 15,5 kg f/Cm2

20

3. Proses 4 – 1

V1 = V4

V2 = V3

Temperatur pada titik 4

1

4

3

3

4

K

V

V

T

T

T4 = T3

1

4

3

K

V

V

= 650,834,0

2

1

= 335,80K

Tekanan pada titik 4

P4 = P3 . (V3/V4)k

= 15,534,1

2

1

= 1,14 kg F/Cm2

Jadi panas yang keluar (QK) adalah

QK = m . Cv (T4 – T1)

= 0,171 (335,8 – 303)

= 5,60 kkal

Maka efisiensinya :

η =Qm

QkQm =

9,10

60,59,10

= 0,48 atau 48

21

2.8. Kinerja Mesin

Faktor seperti kecepatan, beban, bahan bakar yang

dikonsumsi, kuantitas air pendingin, pendingin air dan suhu inlet

outlet, dan temperatur serta analisis dari gas buang. Kemudian, harus

dianggap hanya sebagai perwakilan diagram.

Alasan mengapa keseimbangan panas diagram menunjukkan

pada gambar 6, telah diplot terhadap beban, bukan rpm, adalah bahwa

sebagian besar mesin dioperasikan pada rpm sekitar tetap dan beban

yang bervariasi. Ditunjukkan pada gambar diagram keseimbangan.

100% panas yang dimasukkan

Kerugian Panas:

34% gas buang

32% pendingin

3% pemompaan torak

6% gesekan mekanis

25% kerja mekanis efektif

Sumber : Drs. Bagyo sucahyo, Drs. Darmanto dan Soemarsono, B. Sc, 1999.

Otomotif Mesin Tenaga. Jakarta :departemen pendidikan dan kebudayaan.

Gambar 6. Panas khas diagram keseimbangan