Jumat, 08 Juni 2012

PRINSIP KERJA MESIN 4 TAK,, 2 TAK, DAN DIESEL


PRINSIP KERJA MESIN MOTOR 4 TAK, 2 TAK, DAN DIESEL

ABSTRAK
Percobaan ini bertujuan untuk mempelajari perbedaan sistem kerja dari mesin motor 4 tak, 2 tak, dan diesel. Percobaan ini dilakukan dengan mengamati prototype dari mesin motor 4 tak, 2 tak, dan diesel yang sudah disediakan. Secara umum, perbedaan ketiga mesin tersebut adalah terletak pada sistem kerja piston dan katubnya, sehingga menyebabkan perbedaan sistem langkah kerja mesin. Selain itu, perbedaan bahan bakar yang menyebabkan sistem pembakaran yang dilakukan mesin berbeda, sehingga tenaga yang dihasilkan ketiga mesin juga akan berbeda-beda. Mesin motor 4 tak bekerja dengan melakukan 4 langkah kerja, yaitu mulai dari mengisap bensin sampai mengeluarkan gas sisa pembakaran. Sedangkan mesin motor 2 tak, bekerja dengan melakukan 2 langkah kerja, yaitu mengisap bensin dan mengeluarkan gas sisa pembakaran. Mesin diesel melakukan sistem pembakaran yang berbeda dari kedua motor tersebut. Namun langkah yang dilakukan mesin diesel untuk menghasilkan energI menggunakan langkah yang sama dengan mesin motor 4 tak.

       I.            PENDAHULUAN
A.    LATAR BELAKANG
 Motor merupakan salah satu penemuan yang menrubah peradaban manusia. Dengan ditemukannya motor, maka manusia dapat melakukan perjalananan yang lebih jauh dengan waktu yang lebih singkat. Kendaraan yang ada sekarang sudah menggunakan mesin motor yang lebih baik dan lebih kompleks dari sebelumnya sehingga efisiensi bahan bakar dapat maksimal. Berdasarkan langkah kerja dalam proses pembakaran, motor dapat dibedakan menjadi dua tipe, yaitu motor 4-tak  dan motor 2-tak. Perbedaan kedua tipe ini dapat dilihat dari konstruksi mesinnya, motor 4 tak mempunyai katup-katup yang berfungsi mengatur masuknya bahan baker ke dalam mesin dan mengatur pembuangan gas sisa pembakaran. Pada motor 2 tak, terdapat saluran pemasukan, pembuangan, dan pembilasan bahan baker yang diatur oleh piston dalam blok silinder. Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam, lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi). Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara.

B.     TUJUAN
Percobaan kali ini bertujuan untuk mempelajari prinsip kerja motor 4 tak, motor 2 tak serta motor diesel.


    II.            TINJAUAN PUSTAKA
Motor dapat diklasifikasikan menurut beberapa hal. Berdasarkan bahan bakar yang digunakan umumnya motor dibedakan menjadi 2 jenis, yaitu motor diesel dan motor bensin. Sedangkan berdasarkan pada banyak langkah dalam satu siklus proses pembakaran motor dibedakan menjadi motor 4 tak dan motor 2 tak.
1.      Motor 4 tak
Disebut motor 4 tak, karena memang ada 4 langkah. Berikut adalah detail dari setiap proses.
1.      Intake
Disebut langkah intake karena langkah pertama adalah menghisap melalui piston dari karburator. Pasokan bahan bakar tidak cukup hanya dari semprotan karburator. Cara kerjanya adalah sbb. Piston pertama kali berada di posisi atas (atau disebut Titik Mati Atas). Lalu piston menghisap bahan bakar yang sudah disetting/dicampur antara bensin dan udara di karburator. Piston lalu mundur menghisap bahan bakar. Untuk membuka, diperlukan klep atau valve inlet yang akan membuka pada saat piston turun/menghisap ke arah bawah.
2.      Kompresi
Langkah ini adalah lanjutan dari langkah di atas. Setelah piston mencapai titik terbawah di tahapan intake, lalu valve intake tertutup, dan dilakukan proses kompresi. Yakni, bahan bakar yang sudah ada di ruang bakar dimampatkan. Ruangan sudah tertutup rapat karena kedua valve (intake dan exhaust) tertutup. Proses ini terus berjalan sampai langkah berikut yakni meledaknya busi di langkah ke 3.

3.      Combustion (Pembakaran)
Tahap berikut adalah busi pada titik tertentu akan meledak setelah piston bergerak mencapai titik mati atas dan mundur beberapa derajat. Jadi, busi tidak meledak pada saat piston di titik paling atas (disebut titik 0 derajat), tetapi piston mundur dulu, baru meledak.

4.      Exhaust (Pembuangan)
Langkah terakhir ini dilakukan setelah pembakaran. Piston akibat pembakaran akan terdorong hingga ke titik yang paling bawah, atau disebut Titik Mati Bawah.

2.      Motor 2 tak
Motor 2 tak adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalamsatu siklus kerja dibutuhkan dua langkah, langkah tersebut yaitu
1.      Langkah isap dan kompresi
Piston bergerak ke atas. Ruang dibawah piston menjadi vakum/hampa udara, akibatnya udara dan campuran bahan bakar terisap masuk ke dalam ruang dibawah piston. Sementara dibagian ruang atas piston terjadi langkah kompresi, sehingga udara dan campuran bahan bakar yang sudah berada di ruang atas piston suhu dan tekanannya menjadi naik. Pada saat 10-5 derajat sebelum TMA, busi memercikan bunga api, sehingga campuran udara dan bahan bakar yang telah naik temperatur dan tekanannya menjadi terbakar dan meledak.
2.      Langkah usaha dan buang
Hasil dari pembakaran tadi membuat piston bergerak ke bawah. Pada saat piston terdorong ke bawah/bergerak ke bawah, ruang di bawah piston menjadi dimampatkan/dikompresikan. Sehingga campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang bawah piston menjadi terdesak keluar dan naik ke ruang diatas piston melalui saluran bilas. Sementara sisa hasil pembakaran tadi akan terdorong ke luar dan keluar menuju saluran buang, kemudian menuju knalpot. Langkah kerja ini terjadi berulang-ulang selama mesin hidup. Pada saat piston bergerak ke bawah, udara dan campuran bahan bakar yang berada di ruang bawah piston tidak dapat keluar menuju saluran masuk, karena adanya reed valve.
3.      Motor Diesel
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.

 III.            METODOLOGI PENELITIAN
Percobaan dilakukan dengan cara mengamati serta mempelajari cara kerja mesin motor 4 tak, 2 tak, serta mesin diesel dari prototype ketiga jenis mesin tersebut yang berada di Laboratorium Pusat UNS.

 IV.            DATA DAN PEMBAHASAN
1.      Motor 4 tak
Disebut motor 4 tak, karena memang ada 4 langkah. Berikut adalah detail dari setiap proses.
1.      Intake
Disebut langkah intake karena langkah pertama adalah menghisap melalui piston dari karburator. Pasokan bahan bakar tidak cukup hanya dari semprotan karburator. Cara kerjanya adalah sbb. Piston pertama kali berada di posisi atas (atau disebut Titik Mati Atas). Lalu piston menghisap bahan bakar yang sudah disetting/dicampur antara bensin dan udara di karburator. Piston lalu mundur menghisap bahan bakar. Untuk membuka, diperlukan klep atau valve inlet yang akan membuka pada saat piston turun/menghisap ke arah bawah.
Gerakan valve atau inlet diatur oleh camshaft secara mekanis. Yakni, camshaft mengatur besaran bukaan klep dengan cara menekan tuas klep. Camshaft sendiri digerakan oleh rantai keteng yang disambungkan antara camshaft ke crankshaft.
2.      Kompresi
Langkah ini adalah lanjutan dari langkah di atas. Setelah piston mencapai titik terbawah di tahapan intake, lalu valve intake tertutup, dan dilakukan proses kompresi. Yakni, bahan bakar yang sudah ada di ruang bakar dimampatkan. Ruangan sudah tertutup rapat karena kedua valve (intake dan exhaust) tertutup. Proses ini terus berjalan sampai langkah berikut yakni meledaknya busi di langkah ke 3.

3.      Combustion (Pembakaran)
Tahap berikut adalah busi pada titik tertentu akan meledak setelah piston bergerak mencapai titik matyi atas dan mundur beberapa derajat Jadi, busi tidak meledak pada saat piston di titik paling atas (disebut titik 0 derajat), tetapi piston mundur dulu, baru meledak. Hal ini karena untuk menghindari adanya energi yang terbuang sia-sia karena pada saat piston di titik mati atas, masih ada energi laten (yang tersimpan akibat dorongan proses kompresi). Jika pada titik 0 derajat busi meledak, bisa jadi piston mundur tetapi mengengkol crankshaft ke arah belakang (motor mundur ke belakang, bukan memutar roda ke depan). Setelah proses pembakaran, maka piston memiliki energi untuk mendorong crankshaft yang nantinya akan dialirkan melalui gearbox dan sproket, rantai, dan terakhir ke roda.

4.      Exhaust (Pembuangan)
Langkah terakhir ini dilakukan setelah pembakaran. Piston akibat pembakaran akan terdorong hingga ke titik yang paling bawah, atau disebut Titik Mati Bawah. Setelah itu, piston akan mendorong ke depan dan klep exhaust membuka sementara klep intake tertutup. Oleh karena itu, maka gas buang akan terdorong masuk ke lubang Exhaust Port (atau kita bilang lubang sambungan ke knalpot). Dengan demikian, maka kita bisa membuang semua sisa gas buang akibat pembakaran. Dan setelah bersih kembali, lalu kita akan masuk lagi mengulangi langkah ke 1 lagi.

2.      Motor 2 tak
Motor 2 tak adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalam satu siklus kerja dibutuhkan dua langkah, langkah tersebut yaitu
1.      Langkah isap dan kompresi
Piston bergerak ke atas. Ruang dibawah piston menjadi vakum/hampa udara, akibatnya udara dan campuran bahan bakar terisap masuk ke dalam ruang dibawah piston. Sementara dibagian ruang atas piston terjadi langkah kompresi, sehingga udara dan campuran bahan bakar yang sudah berada di ruang atas piston suhu dan tekanannya menjadi naik. Pada saat 10-5 derajat sebelum TMA, busi memercikan bunga api, sehingga campuran udara dan bahan bakar yang telah naik temperatur dan tekanannya menjadi terbakar dan meledak.
2.      Langkah usaha dan buang
Hasil dari pembakaran tadi membuat piston bergerak ke bawah. Pada saat piston terdorong ke bawah/bergerak ke bawah, ruang di bawah piston menjadi dimampatkan/dikompresikan. Sehingga campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang bawah piston menjadi terdesak keluar dan naik ke ruang diatas piston melalui saluran bilas. Sementara sisa hasil pembakaran tadi akan terdorong ke luar dan keluar menuju saluran buang, kemudian menuju knalpot. Langkah kerja ini terjadi berulang-ulang selama mesin hidup. Pada saat piston bergerak ke bawah, udara dan campuran bahan bakar yang berada di ruang bawah piston tidak dapat keluar menuju saluran masuk, karena adanya reed valve.
Jika mesin 4 tak memerlukan 2 putaran crankshaft dalam satu siklus kerjanya, maka untuk mesin 2-tak hanya memerlukan satu putaran saja. Hal ini berarti dalam satu siklus kerja 2 tak hanya terdiri dari 1 kali gerakan naik dan 1 gerakan turun dari piston saja. Desain dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan terjadunya hal semacam itu. Ketika piston naik menuju titik mati atas untuk melakukan kompresi maka katup hisap terbuka dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu gerakan piston dari titik mati bawah ke titik mati atas menjalankan dua langkah sekaligus yaitu kompresi dan isap. Pada saat sesaat sebelum piston mencapai titik mati atas maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke bawah menuju titik mati bawah. Gerakan piston yang ini disebut langkah ekspansi. Namun sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha, sesungguhnya juga melakukan langkah buang melalui katup buang (sisi kanan dinding silinder pada gambar) . Hal ini bisa terjadi karena gas hasil pembakaran terdorong keluar akibat campuran bahan bakar dan udara baru yang juga masuk dari sisi kiri dinding silinder. Supaya jelasnya liat sendiri aja gambar animasi di atas itu.
Jadi kenapa motor dengan mesin 2 tak harus memakai oli pelumas samping selain pelumas mesin sudah jelas, karena model kerja yang seperti itu membuat tenaga yang dihasilkan lebih besar. Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja. Untuk itu dibutuhkan pelumas yang lebih karena putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal itu juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik ,boros bahan bakar, menghasilkan asap putih dari knalpotnya tetapi unggul dalam kecepatan dibandingkan mesin 4 tak. Istilahnya “No Engine is Perfect !” Perbedaan yang lain juga terdapat pada bentuk fisik pistonnya. Piston 2 tak lebih panjang dibanding piston 4 tak. Selain itu bentuk piston head nya juga lain, piston 2 tak memiliki semacam kubah untuk memuluskan gas buang untuk bisa keluar sedangkan 4 tak tidak. Piston 2 tak juga memiliki slot lubang yang berhubungan dengan reed valve yang berhubungan dengan cara kerja masukan campuran bahan bakar – udara ke ruang bakar.

3.      Motor Diesel
Prinsip kerja mesin diesel yaitu, 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. Berdasarkan cara menganalisa sistem kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan
siklus otto).
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.

    V.            KESIMPULAN
Motor 4 tak adalah motor yang bermesin empat langkah. Disebut empat langkah karena satu siklus kerjanya dilakukan dalam empat langkah, yaitu langkah isap, langkah kompresi, langkah kerja, dan langkah buang. Jadi, dalam satu kali proses kerja terjadi empat langkah gerakan piston dalam dua kali putaran poros engkol. Motor 2 tak adalah motor yang bermesin 2 langkah, artinya dalam satu siklus kerja dibutuhkan dua langkah, yaitu langkah isap dan langkah buang. Motor 2-tak lebih boros dalam hal bahan bakar serta gas buang yang dihasilkan lebih berbaya disbanding motor 4-tak. Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).




 VI.            DAFTAR PUSTAKA
Physics Book 2. Salemba teknika.   Jakarta. 144-146.
Tippler. 1992. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga,
Serway R.A., Jawett J.W., 2010. PHYSICS For Scientists and Engineers With Modern.
Young, Hugh. D, RegeeA. Fredman. 2001. Fisika Universitas Edisi Kesepuluh Jilid 2. Jakarta: Erlangga.


1 komentar:

  1. bro,artikelnya lumayan.. tapi lebih bagus lagi kalau pakai back ground biasa aja.. atau polos.. agar artikel bisa dibaca...
    thanks..

    BalasHapus