3.4 Memahami Proses Mesin Konversi Energi [PDF]

Citation preview

Memahami Mesin Konversi Energi Mesin Konversi energi yang pertama kali ditemukan adalah mesin Uap. Mesin uap merupaka mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Air yang dipanaskan dalam ketel, uapnya akan dialirkan ke mesin uap untuk menggerakkan piston. Piston bergerak bolak-balik, kemudian gerakan tersebut diubah oleh poros engkol (crankshaft) melalui lengan eksentrik menjadi gerak memutar. Gerak memutar selanjutnya diubah menjadi energi lain untuk kepentingan manusia. Contohnya untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik ataupun untuk menggerakkan roda pada alat transportasi.



Pada generasi selanj.utnya sesuai perkembangan teknologi, dibuatlah turbin uap. Turbin uap banyak digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik dan alat transportasi, seperti kereta api, mobil, dan sepeda motor. Pada masa sekarang, mobil, motor, dan kendaraan bermotor lainnya sudah banyak menggunakan mesin yang lebih canggih, yaitu mesin pembakaran dalam atau internal Combustion Engine (lCE). Pada bab ini, Anda akan mempelajari mesin konversi dan engine.



Mesin Konversi Energi Energi merupakan suatu keampuan melakukan pekerjaan (usaha) atau kemampuan melakukan perubahan. Kemampuan tersebut dapat diukur melalui waktu dan besarnya usaha yang telah dilakukan. Sebagai contoh, suatu kendaraan dapat bergerak karena adanya energi yang menyebabkannya dapat berpindah dari posisi A ke posisi B. Energi tersebut berasal dari mesin yang dapat mengubah energi panas, listrik, air, atau energi lainnya menjadi gerak atau kerja.



Teknologi Dasar Otomotif



Page 1



Mesin konversi energi adalah alat yang berfungsi mengubah energi ke bentuk energi lain untuk menghasilkan suatu usaha sehingga dapat dimanfaatkan oleh manusia. Contoh dari mesin ini adalah mesin kendaraan, baik mesin diesel maupun mesin bensin. Kedua mesin ini dapat mengubah energi panas menjadi energi gerak. Prinsip kerja dari mesin diesel dan mesin bensin adalah menggunakan tekanan gas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dan udara sehingga menghasilkan gaya dorong yang dapat membuat batang piston bergerak. Gerakan piston ini akan menghasilkan rotasi pada poros engkol. 1. Prinsip dan cara Kerja Mesin konversi energi secara prinsip bekerja dengan mengubah suatu energi menjadi energi dalam bentuk lain. Proses pengubahan energi tersebut salah satunya terjadi pada saat proses pembakaran. Proses pembakaran dalam mesin membuat mesin dapat bekerja dan menggerakkan suatu benda. Pada mesin konversi energi jenis diesel, bahan bakar pada mesin adalah solar, sedangkan bahan bakar pada mesin bensin adalah bensin. Pembakaran pada mesin diesel dapat terjadi karena adanya proses tekanan kompresi yang tinggi dan disemprotkan bahan bakar dengan tekanan tertentu sehingga terjadi pembakaran. Sementara itu pembakaran pada mesin bensin, selain adanya kompresi campuran antara udara dan bahan bakar, pembakaran dapat terjadi karena adanya percikan bunga api. Percikan bunga api ini dihasilkan dari sebuah gaya listrik besar yang ditekankan pada celah busi. Selanjutnya, busi akan menghasilkan sebuah percikan api untuk memulai pembakaran. 2. Klasifikasi Mesin Konversi Energi Mesin konversi energi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu mesin konversi energi kovensional dan mesin konversi energi nonkonvensional.



Teknologi Dasar Otomotif



Page 2



a. Mesin konversi energi konvensional Mesin konversi energi konvensional adalah mesin yang mengonversi energi yang berasal dari sumber energi yang tidak dapat diperbarui atau terbatas jumlahnya, seperti minyak bumi. Contoh mesin konversi energi konvensional adalah motor bakar dan motor Listrik. 1) Motor Bakar/Mesin Bakar Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin konversi yang banyak digunakan dengan memanfaatkan energi panas dari proses pembkaran menjadi energi mekanik. Motor Bakar berdasarkan tempat pembakarannya dibedakan menjadi 2 jenis yaitu Internal Combustion Engine (ICE) dan External Combustion Engine (ECE) a) Internal Combustion Engine (ICE) atau mesin pembakaran dalam



ICE adalah mesin yang proses pembakarannya terjadi dalam mesin itu sendiri. Pembakaran campuran antara udara dan bahan bakar terjadi didalam ruang yang disebut combustion chamber (Ruang bakar). Gas pembakaran yang terbentuk digunakan langsung sebagai fluida kerja. Contoh ICE antara lain mesin bensin, mesin diesel, mesin gas turbin, mesin roket, mesin jet, atau mesin gas. Jenis motor bakar ini akan dibahas secara mendalam pada sub bab berikutnya.



Gambar 1. Ilustrasi Internal Combustion Engine Teknologi Dasar Otomotif



Page 3



b) External Combustion Engine (ECE) atau mesin pembakaran luar



ECE adalah mesin yang proses pembakaran bahan bakarnya dilakukan diluar mesin. Panas Hasil Pembakaran tidak diubah secara langsung menjadi energi mekanik. Panas akan dilewatkan pada media penghantar yang nantinya akan diubah menjadi energi mekanik.



Gambar 2. Ilustrasi external Combustion engine Berikut menggunakan beberapa contoh mesin pembakaran luar (1) Mesin Uap Mesin konversi Energi yang pertama kali ditemukan adalah mesin uap. Mesin uap ditemukan sejak abad ke 17 dan mencapai kejayaannya pada abad ke 19. Pada masa kejayaannya hampir semua alat transportasi menggunakan mesin uap. Seperti kereta api, mobil, sepeda motor, bahkan kapal laut. Mesin uap termasuk dalam golongan mesin yang mengubah energi panas mejadi energi mekanik melalui proses pembakaran. Namun, mesin tidak secara langsung digerakkan oleh gas hasil pembakaran, melainkan digerakkan oleh uap yang dihasilkan dari proses pembakaran. Contoh kecil untuk mendemonstrasikan, yaitu pada kerja ketel uap (boiler). Demonstrasi dapat dilakukan seperti gambar 3. peralatan yang diperlukan untuk membuat demonstrasi ketel



Teknologi Dasar Otomotif



Page 4



uap antara lain kompor gas, panci atau tungku yang diberi lubang pada bagian atasnya, pipa plastic, serta kincir dari bamboo atau kayu. Rangkai Peralatan yang telah disediakan pada gambar 3. Isi tungku dengan air, kemudian panaskan hingga mendidih. Uap air akan keluar dari pipa plastic dan kincir akan berputar akibat tekanan dari uap air yang dihasilkan dari proses pembakaran.



Gambar 3. Demontrasi kerja ketel uap Untuk lebih memahami mengenai prinsip kerja mesin uap perhatikan gambar 4. Mesin uap bekerja dimulai ketika uap panas yang dihasilkan oleh ketel dimasukkan kedalam lubang tekanan tinggi melalui pipa delivery. Di dalam tabung tabung tekanan tinggi tersebut terdapat dua lubang yan berhubungan dengan silinder dan sebuah side valve. Side Valve yang digerakkan oleh dorongan crankshaft (poros engkol) mengatur pembukaan dan penutupan saluran yang berhubungan dengan silinder. Pada Gambar 4 (a) piston bergerak ke kiri karena pipa saluaran uap panas yang menuju ke silinder terbuka sehingga uap yang ada di sisi kiri piston terdorong keluar melalui lubang exhaust manifold. Setelah piston sampai keujung kiri, lubang saluran uap panas disebelah kiri yang berhubungan dengan silinder terbuka, sedangkan lubang yang disisi kanan tertutup sehingga uap Teknologi Dasar Otomotif



Page 5



panas yang masuk kedalam silindermendorong piston dari sisi kiri ke kanan dan uap yang ada di sisi kanan piston terdorong keluar melalui exhaust manifold (lihat gambar 4. (b) Piston rod dihubungkan dengan connecting rod yang dipasang dalam posisi eksentrik terhadap fly whee/. Gerakan bolak balik piston oleh poros eksentrik yang ada di fly wheel diubah menjadi gerakan berputar. Selama uap dari ketel terus masuk ke ruang tekanan tinggi, fly wheel akan terus berputar



Gambar 4. Uap keluar melalui sisi (a) kiri dan. (b) kanan melalui exhaust manifold. (2) Turbin uap Turbin uap merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi panas dari uap menjadi energi kinetik. Energi kinetik tersebut selanjutnya diubah menjadi energi mekanik oleh sudusudu turbin. Jika energi mekanik ini digunakan untuk memutar generator, akan menghasilkan energi listrik. Namun, dapat juga digunakan untuk memutar roda pada mobil atau kereta api.



Teknologi Dasar Otomotif



Page 6



Gambar 5. Bagian-bagian pada mesin turbin uap. 2) Motor listrik Motor listrik merupakan mesin yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan digunakan untuk berbagai keperluan, seperti menggerakan kompresor, memutar Impeller pompa, fan, atau blower. Motor listrik banyak diaplikasikan dalam peralatan kehidupan sehari-hari, seperti mixer, bor listrik, dan kipas angin.



b. Mesin konversi energi nonkonvensional Mesin konversi energi nonkonvensional merupakan mesin yang memanfaatkan sumber energi yang berasal dari alam. Mesin konversi energi nonkonvensional ini mengonversi energi yang dapat diperbarui. Contoh dari mesin konversi energi nonkonvensional adalah mesin pembangkit listrik tenaga surya, air, dan uap; mesin konversi energi termal lautan/Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC); Tidal power station (energi pasang surut); serta magnetohydrodynamic (MHD) power generation.



Teknologi Dasar Otomotif



Page 7