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.