Materi KD 3.4 Mesin Konversi Energi [PDF]

Citation preview

KD 3.4 MESIN KONVERSI ENERGI



A. Pengertian Energi Energi bersifat abstrak yang sukar dibuktikan tetapi dapat dirasakan adanya. Menurut hukum Termodinamika Pertama, energi bersifat kekal. Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnakan, tetapi dapat berubah bentuk (konversi) dari bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain. Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau Joule. Energi dan kerja mempunyai satuan yang sama. Sedangkan kerja dapat didefinisikan sebagai usaha untuk memindahkan benda sejauh S (m) dengan gaya F (Newton) Hukum Kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat di musnahkan, tapi dapat dirubah kedalam bentuk yang lain. Hal ini berarti, energi tidak dapat dimusnahkan tapai dapat diubah dalam bentuk lain dan dimanfaatkan untuk kepentingan energi. SIFAT ENERGI Energi di alam adalah kekal artinya energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari energi satu ke energi lainnya (Hukum kekekalan energi). Ilmu yang mempelajari perubahan energi dari energi satu ke lainnya disebut dengan ilmu konversi energi. Tingkat keberhasilan perubahan energi disebut dengan Efisiensi. Adapun sifatsifat energi secara umum adalah : 1. Transformasi energi, artinya energi dapat diubah menjadi bentuk lain, misalkan energi panas pembakaran menjadi energi mekanik mesinContoh yang lain adalah proses perubahan energi atau konversi energi pada turbin dan pompa. 2. Transfer energi, yaitu energi panas (heat) dapat ditransfer dari tempat satu ke tempat lainnya atau dari material satu ke material lainnya. 3. Energi dapat pindah ke benda lain melalui suatu gaya yang menyebabkan pergeseran, sering disebut dengan energi mekanik, 4. Energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan. BENTUK-BENTUK ENERGI Sedang bentuk-bentuk energi lain dijelaskan di bawah ini : 1. Energi Kinetik ; energi suatu benda karena bergerak dengan kecepatan V, sebagai contoh , mobil yang bergerak, benda jatuh dsb



Gambar 1.1. Bentuk Energi Mekanik pada sebuah Mobil Balap 2.



Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena kedudukannya. Sebagai contoh, energi potensial air adalah energi yang dimiliki air karena ketinggiannya dari permukaan. Contohnya air waduk di pegunungan dapat dikonversi menjadi energi mekanik untuk memutar turbin, selanjutnya dikonversi lagi menjadi energi listrik.



Gambar 1.2. Bendungan air bentuk energi potensial 3.



Energi mekanik adalah energi total yaitu penjumlahan antara energi kinetik dengan energi potesial. Adapun energi atau kerja mekanik pada mesin-mesin panas, adalah kerja yang dihasilkan dari proses ekspansi atau kerja yang dibutuhkan proses kompresi. Energi meknik merupakan energi gerak, misal turbin air akan mengubah energi potensial menjadi energi mekanik untuk memutar generator listrik.



Gambar 1.3. Kerja Generator sebagai Bentuk energi mekanik 4.



Energi Listrik adalah energi yang berkaitan dengan arus elektron, dinyatakan dalam watt-jam atau kilo watt-jam. Arus listrik akan mengalir bila penghantar listrik



dilewatkan pada medan magnet. Bentuk transisinya adalah aliran elektron melalui konduktor jenis tertentu. Energi listrik dapat disimpan sebagai energi medan elektrostatis yang merupakan energi yang berkaitan dengan medan listrik yang dihasilkan oleh terakumulasinya muatan elektron pada pelat-pelat kapasitor.



Gambar 1.3. Motor starter dan alternator perubahan energi listrik 5.



Energi Elektromagnetik merupakan bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik. Energi radiasi dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil, yakni elektron volt (eV) atau mega elektron volt (MeV), yang juga digunakan dalam evaluasi energi nuklir.



Gambar 1.4. Pancar Matahari Merupakan Bentuk Energi Elektromagnetik 6.



Energi Kimia merupakan energi yang keluar sebagai hasil interaksi elektron di mana dua atau lebih atom/molekul berkombinasi sehingga menghasilkan senyawa kimia yang stabil. Energi kimia hanya dapat terjadi dalam bentuk energi tersimpan.



Gambar 1.5. Baterai Merupakan Perubahan Bentuk Energi Kimia Ke Listrik



7.



Energi Nuklir adalah energi dalam bentuk energi tersimpan yang dapat dilepas akibat interaksi partikel dengan atau di dalam inti atom. Energi ini dilepas sebagai hasil usaha partikel-partikel untuk memperoleh kondisi yang lebih stabil. Satuan yang digunakan adalah juta elektron reaksi. Pada reaksi nuklir dapat terjadi peluruhan radioaktif, fisi, dan fusi.



Gambar 1.6. Reaktor Nuklir 8.



Energi Termal merupakan bentuk energi dasar di mana dalam kata lain adalah semua energi yang dapat dikonversikan secara penuh menjadi energi panas.



Gambar 1.7. Energi Panas Bumi Sebagai Bentuk Energi Thermal 9.



Energi Angin merupakan energi yang tidak akan habis, material utama berupa angin dengan kecepatan tertentu yang mengenai turbin angin sehingga menjadi gerak mekanik dan listrik.



Gambar 1.8. Kincir Angin Merupakan Bentuk Perubahan Energi Angin B. Defenisi Mesin Konversi Energi Mesin adalah suatu pesawat yang menghasilkan suatu gerak/kerja. Dari uraian diatas, dapat disimpulkan Mesin Konversi Energi adalah suatu pesawat yang mengubah



suatu energi menjadi energi yang lain sehingga menghasilkan suatu kerja/usaha yang dimanfaatkan untuk kepentingan manusia. Contoh Mesin Konversi Energi adalah sebagai berikut :



Motor bakar, merupakan suatu pesawat Motor starter, mengubah energi listrik kerja yang mengubah energi kimia dari menjadi energi gerak putar roda gigi campuran bahan bakar menjadi energi pinion untuk penggerak awal engine. mekanik naik turunnya poros engkol.



Refrigator (air condition), mengubah Pompa, mengubah energi gerak menjadi energi listrik dan mekanik menjadi energi energi fluida thermal.



TEKNOLOGI DASAR OTOMOTIF



MATERI PEMBELAJARAN



C. Jenis-jenis mesin konversi energy Bermacam-macam jenis mesin konversi energi yang sudah dapat kita manfaatkan dalam kehidupan sehari-hari terutama dibidang otomotif. Baik jenisjenis alat berat, kendaraan ringan maupun sepeda motor. Secara singkat kita akan membahas beberapa mesin konversi energy, diantaranya adalah: 1. Motor Bakar adalah suatu mekanisme/ konstruksi yang merubah energi panas menjadi energi gerak/ mekanis. Energi panas yang dimaksud adalah panas hasil pembakaran bahan bakar di dalam sistem konversi energi yang akan menghasilkan energi gerak yang berupa dorongan atau pressure kepada piston yang diteruskan melalui connecting rod ke crankShaft sehingga terjadi gerak rotasi pada crankShaft. Berikut diagram pembagian motor bakar dilihat dari cara perolehan energi panasnya.



a. Motor pembakaran dalam Motor pembakaran dalam adalah motor yang proses pembakaran bahan bakar terjadi di dalam mesin itu sendiri, sehingga panas dari hasil pembakaran yang terjadi langsung diubah menjadi energi gerak oleh sistem. Contoh mesin bensin, mesin diesel, mesin jet 1) Mesin Bensin Pada motor bakar bahan bakar bensin, bensin dibakar di dalam sistem untuk memperoleh energi panas dan selanjutnya energi panas ini digunakan untuk melakukan gerakan mekanis. Prinsip kerja motor bahan bakar bensin secara sederhana adalah sebagai berikut: campuran bahan bakar dan udara yang masuk ke dalam ruang bakar baik yang menggunakan sistem injeksi ataupun karburator akan dimampatkan oleh piston, sehingga campuran bahan bakar dan udara menjadi panas, campuran bahan bakar dan udara yang panas tersebut kemudian dibakar



TEKNOLOGI DASAR OTOMOTIF



MATERI PEMBELAJARAN oleh percikan busi dan hasil pembakaran tersebut memberikan tekanan kepada piston, sehinga pada piston terjadi gerak translasi dan piston akan meneruskan tekanan tersebut melalui Conecting Rod ke crankShaft atau poros engkol dan crankShaft atau poros engkol merubah gerakan translasi daripada piston menjadi gerak rotasi. bahan bakar yang masuk ke ruang bakar ataupun hasil pembakaran diiatur secara periodik melalui mekanisme katup.



Gambar 4. 2 Mekanisme engine bensin Sumber: Isuzu Training Center



2) Mesin Diesel Motor diesel atau motor bahan bakar solar disebut juga dengan motor penyalaan kompresi (Compression Ignition engine) karena penyalaan bahan bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara di dalam ruang bakar. Proses pembakaran yang terjadi pada motor diesel adalah udara murni yang masuk ke ruang bakar dikompresikan oleh piston hingga mencapai suhu tertentu, beberapa saat sebelum piston mencapai TDC (Top dead Center) Nozzle menyemprotkan bahan bakar solar ke dalam ruang bakar tersebut dengan tekanan tertentu sehingga partikel partikel bahan bakar akan menyala dengan sendirinya karena suhu dan tekanan yang tinggi pada ruang bakar.



TEKNOLOGI DASAR OTOMOTIF



MATERI PEMBELAJARAN



Gambar 4. 3 Mekanisme Enggine Diesel Sumber: https:/ / www. youtube. com/ watch?v=fTAUq6G9apg



b. Motor pembakaran luar Motor pembakaran luar adalah motor yang proses pembakan bahan bakar terjadi di luar mesin itu sendiri, sehingga untuk melakukan pembakaran diperlukan mesin tersendiri dan panas dari hasil pembakaran bahan bakar tidak langsung diubah menjadi energi gerak tetapi melalui media penghantar baru kemudian diubah menjadi energi gerak. Contoh mesin uap, turbin uap. 2. Kompressor Kompresor adalah alat untuk mengkompresikan udara atau memampatkan udara atau penghasil udara mampat untuk keperluan tertentu. Karena proses pemampatan, maka memiliki tekanan udara yang lebih tinggi dibandingkan dengan udara di sekitarnya. Mekanisme kerja kompresor secara singkat adalah udara bebas diisap oleh piston pada kompresor melalui gerak turun piston dari TMA ke TMB atau biasa kita sebut sebagai langkah isap. Kemudian piston mendorong udara yang telah diisap tersebut ke tabung penampungan udara melalui mekanisme katup, udara yang masuk disimpan dalam tabung penampungan. Bergeraknya piston digerakan oleh poros engkol yang dihubungkan dengan puly, dimana puly tersebut dihubungkan dengan motor listrik untuk kompresor listrik dan dihubungkan dengan motor bensin untuk kompresor bensin dan udara padat dalam tabung penampungan akan digunakan sesuai dengan kebutuhan dan sistem yang dipakai. Contoh: untuk sistem Pneumatic, untuk rem angin dan lainnya. Pada bidang alat berat kompresor banyak digunakan untuk kegiatan greasing unit alat berat untuk komponenkomponen yang memerlukan grease. Di bawah ini adalah gambar penggunaan kompresor pada proses greasing.



TEKNOLOGI DASAR OTOMOTIF



MATERI PEMBELAJARAN



Gambar 4. 4 Kompresor dan Salah satu Kegunaanya Sumber: Dokumen Penulis



3. Motor Listrik Motor listrik adalah perangkat electromagnetik yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanis. Energi mekanik ini digunakan untuk: misalnya memutar pompa, memutar kipas angin, mengerakan kompresor, mengangkat material, memutarkan blower dan sebagainya sedangkan electromagnet adalah medan magnet yang ditimbulkan oleh adanya aliran arus listrik pada sebuah konduktor atau koil. Prinsip kerja motor listrik adalah sesuai kaidah hukum fleming atau kaidah tangan kiri. Dimana a. Jari telunjuk sebagai simbol arah medan magnet; b. Jari tengah sebagai simbol arah arus pada konduktor; dan c. Ibu jari sebagai simbol arah gaya magnet pada konduktor.



Gambar 4. 5 Arah gaya gerak Magnet dan kaidah tangan kiri fleming Sumber: Buku Sistem Listrik PT. Pama Persada



4. Turbin gas Adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memmutar turbin dengan pembakaran internal. di dalam turbin gas energi kinetic di konversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin yang paling sederhana terdiiri dari kompresor, ruang bakar dan turbin. Adapun prinsip kerjanya secara



TEKNOLOGI DASAR OTOMOTIF



MATERI PEMBELAJARAN singkat adalah udara masuk ke dalam kompresor melalui saluran masuk udara. Kompresor berfungsi untuk mengisap dan menaikan tekanan udara tersebut sehingga temperatur udara juga meningkat, kemudian udara bertekanan ini masuk ke dalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar terjadi pembakaran karena adanya udara bertekanan dengan bahan bakar, proses ini berlangsung pada tekanan tetap sehingga bisa dikatakan bahwa ruang bakar hanya untuk menaikan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui nozzle yang berfungsi untuk mengarahkan aliran ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya misalnya generator listrik dan lainnya. Kemudian gas buang akan diteruskan keluar melalui saluran buang. 5. Refrigirasi Mesin ini secara umum digunakan untuk mengkondisikan udara dalam suatu ruangan sehingga ruangan tersebut terasa nyaman sesuai dengan yang diinginkan. Atau yang biasa disebut dengan air conditioning atau AC. Sekarang ini AC menjadi sebuah kebutuhan yang vital baik untuk kendaraan alat berat, kendaraan ringan maupun rumah tangga. 6. Solar Cell adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah energi panas matahari menjadi energi listrik dan kemudian energi listrik tersebut digunakan sesuai dengan kebutuhan, bisa sebagai motor penggerak, penerangan dan lainnya.