Syarat terjadinya pembakaran

Pembakaran (cumbustion) juga disebut juga sebagai chemical reaction (reaksi kimia) antara bahan bakar (fuel) dan oksidiser (segala sesuatu yang mengandung oksigen). Walaupun ada proses pencapuran bahan bakar dengan oksigen (sebagai oksidisernya), reaksi kimia tidak serta merta terjadi. Ada prasyarat lain yang harus dipenuhi.
Orang jaman dulu menyebutkan bahwa untuk bisa terjadinya proses pembakaran, maka ada 3 Syarat yang harus dipenuhi (syarat utama), yaitu:

1. bakan bakar, (lpg, gasolin, minyak diesel, minyaktanah, kertas, kayu,dll. –umumnya mengandung hidrokarbon–)


2. Oksidizer, (oksigen, udara, dll)


3. Sumber kalor (korek api, rokok, sumber panas yang lain)

Point ke 3, banyak orang menyebutnya Api (flame), tetapi itu tidaklah tepat. Karena api bukan satu-satunya yang dapat mereinisiasi reaksi kimia (pembakaran). Maka yang lebih tepat adalah sumber kalor/panas (heat source). Proses reaksi kimia membutuhkan energi inisiasi (initial energy, activation energy), untuk memacu rekasi kimia itu sendiri. Jika proses reaksi kimia sudah terjadi, maka proses reaksi kimia itu akan mengkasilkan kalor/panas yang akan digunakan sebagai pemicu proses reaksi kimia dari campuran bahan bakar dan oksidizer yang belum terbakar.

Syarat sekendari adalah dukungan enviromental yang baik. Misal temperatur atau tekanan. Reaksi kimia tidak akan terjadi jika temperatur dan tekanan linkungannya terlalu rendah. Syarat yang lain adalah campuran bahan bakar dan oksidizer harus baik, artinya campuran bahan bakar dan oksidiser yang tidak balance (terlalu banyak bahan bakarnya –rich mixture–, atau terlalu sedikit bahan bakarnya –lean mixture–). Jika campuran bahan bakan tersebut terlalu kaya atau miskin, makan kalor dari campuran tersebut akan menjadi rendah, sehingga proses pembakaran tidak mungkin terjadi.

Detonation & Explosion

Sering kali kita dipusingkan dengan istilah detonation dan explosion, sering kali kita beranggapan bahwa diantara kedua istilah tersebut sama. Sebenarnya antara detonation dan explosion memiliki kesamaan sifat fisik, yaitu rapid heat realeas (rapid pelepasan kalor), karena itu sering kali kita terjebak dan beranggapan kedua istilah tersebut sama.

Berangkat dari definisi masing-masing akan membuat persepsi kita berada pada track yang benar. Detonation didefinisikan sebagai proses pembakaran yang merambat pada kecepatan supersonic (di atas kecepatan suara). Kunci definisi detonation ada pada kata “pembakaran“, artinya detonation hanya terjadi pada proses pembakaran saja, lebih detailnya detonation hanya terjadi jika ada bahan bakar, oksidiser dan sumber panas/kalor (silahkan baca syarat terjadinya pembakaran).

Banyak sekali para pakar memberikan definisi pada explosion, krn memang sulit mendefinikan explosion secara tepat. Ada yang mendefinisikan sebagai proses pelepasan energi secera cepat dengan diikuti suara, dll. Tetapi definisi explosion dapat ditarik benang merah, bahwa para pakar sependapat bahwa explosion adalah proses pelepasan kalor secara cepat. Kata kuncinya adalah tidak ada kata pembakaran dalam definisi explosion, tidak ada satu pakarpun yang memasukkan kata pembakaran dalam defisini explosion.

Memang tidak dapat dipungkiri dalam proses detontion proses pelepasan kalor secara cepat juga terjadi sehingga menumbulkan diskontinyuinti gelombang kejut (shock wave). Dapat disimpulkan bahwa setiap proses detonation dapat digolongkan dalam explosion, tetapi sebaliknya tidak semua proses explosion adalah detonation.
Apa setiap ledakan dari suatu sumber yang ada bawahn bakarnya bisa disebut detonation ? Jawabanya adalah belum tentu. Karena ada syarat lain untuk bisa dikatakan sebagai proses detonation, yaitu kecepatan rambat pembakaranya harus di atas kecepatan suara.

Unjuk Kerja Motor Bakar

Unjuk kerja atau prestasi suatu mesin (motor) mempunyai hubungan erat dengan cara pengoperasian dan kegunaan dari mesin itu sendiri. Unjuk jerja dari suatu mesin biasanya ditunjukkan dalam suatu grafik yang dikeluarkan oleh pabrik pembuat sebagai hasil perhitungan dan test yang dilakukan. Unjuk kerja dari suatu mesin berkaitan langsung dengan :

1. Horse power yang dihasilkan.

2. Brake mean efektif pressure (Bmep).

3. Brake specifik fuel consumption (Bsfc).

4. Efisiensi mekanik.


1. Tekanan Indikator (Pi)

Tekanan indikator adalah tekanan teoritis yang bekerja pada torak dalam setiap langkah yang menghasilkan tenaga indikator.
Besarnya tekanan indikator dinyatakan dengan rumus :

2. Tekanan Efektif Rata-rata (Bmep = Pe)

Tekanan efektif rata-rata adalah tekanan rata-rata yang terjadi pada waktu langkah kerja dikurangi tekanan rata-rata pada langkah lainnya saar berbeban, atau besarnya tekanan indikator (Pi) dikalikan dengan efisiensi mekanik. Besarnya tekanan efektif dihitung dengan rumus :

Untuk masing-masing motor besarnya Pe sudah ditentukan oleh pabrik pembuat dan tidak boleh melapaui nilai batas.

3. Daya Indikator (IHP = Ni)

Daya indikator adalah istilah yang digunakan untuk menunjukkan tenaga mesin yang dihasilkan di dalam sebuah mesin, dimana merupakan langkah awal perubahan energi panas dari hasil pembakaran bahan bakar ke dalam energi mekanik. Besar daya indikator didapat dar pengukuran melalui sebuah indikator atau dapat dihitung dengan rumus :

4. Daya Efektif (BHP = Ne)

Daya efektif adalah daya yang keluar dari poros mesin atau sering disebut sebagai daya poros yang digunakan untuk menggerakkan beban. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya indikator yang merupakan tenaga gas hasil pembakaran yang menggerakkan torak, dimana sebagian tenaga indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan-gesekan mekanik akibat adanya beban, sehingga tenaga/daya poros akan lebih kecil. Besar daya poros dihitung dengan rumus :

5. Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (Bsfc)

Pemakaian bahan bakar spesifik adalah perbandingan banyaknya pemakaian bahan bakar setiap jam tiap daya yang dihasilkan. Harga pemakaian bahan bakar spesifik yang makin kecil/rendah menunjukkan efisiensi yang main tinggi. Besar pemakaian bahan bakar spesifik dihitung dengan rumus :

Untuk menghitung jumlah pemakaian bahan bakar secara teoritis terlebih dahulu dihitung :
­- Jumlah udara untuk pembakaran (Gu)
­- Perbandingan udara dan bahan bakar (air fuel ratio = raf)

a. Jumlah udara untuk pembakaran dapat dihitung dengan rumus pendekatan sebagai berikut :


b. Perbandingan udara dan bahan bakar (air fuel ratio = raf) secara teoritis harga raf dapat dihitung dengan rumus pendekatan yaitu :




6. Efisiensi Mekanik
Efisiensi mekanik adalah perbandingan antara daya poros efektif dengan daya indikator. Efisiensi mekanik dapat dihitung sebagai berikut :


7. Efisiensi Thermis

Efisiensi thermis efektif atau sering disebut sebagai efisiensi total adalah perbndingan antara panas yang diperlukan untuk menghasilkan daya poros dengan panas bakar yang dikonsumsikan dalam waktu yang sama. Efisiensi efektif dihitung dengan rumus :

Siklus Otto

Proses didalam motor bensin/gas pembakaran bahan bakar berlangsung pada volume tetap. Berdasarkan siklus otto proses dalam silinder dapat digambarkan dengan diagram P-Vdan T-S sebagai berikut:

Proses diatas dapat diuraikan sebagai berikut :
1. Titik 0 – 1 : Proses pemasukan udara pada tekanan tetap (isobar)

dimana :











2. Titik 1-2 : Proses kompresi (isentropik S1 = S2)/adiabatik resersible.

Kerja yang dilakukan oleh torak :

3. Titik 2-3 Proses pemberian/pemasukan panas pada volume tetap.

4. Titik 3-4 : Proses ekspansi adiabatik.

Kerja yang diterima oleh torak:

5. Titik 4-1 : Proses pengeluaran/pelepasan panas berlangsung pada volume tetap.

6. Kerja satu siklus netto (Wnet)

7. Efisiensi Siklus Otto

Internal Combustion Engine

PENGERTIAN MOTOR GAS TORAK

Internal Combustion Engine adalah pesawat yang tenaga mekaniknya diperoleh dari hasil pembakaran campuran bahan bakar gas dan udara. Bahan bakar gas dan udara dikompresikan oleh piston (torak) didalam ruang bakar (Combustion Chamber) sehingga volume makin kecil. Akibat dari kompresi tersebut suhu dan tekanan bahan bakar gas dan udara didalam ruang bakar akan naik. Kemudian dengan adanya loncatan bunga api listrik dari busi (Spark Plug) akan terjadi ledakan yang akan menimbulkan ekspansi gas.Tenaga ekspansi ini akan mendorong piston (torak) , dan melalui mekanisme batang torak dan poros engkol akan mengubah energi potensial menjadi energi mekanis dalam bentuk gerak putar. Proses pembakaran pada motor bahan bakar gas berlangsung didalam ruang silinder , maka motor bakar ini disebut motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).
Bahan bakar gas yang digunakan adalah gas alam (Natural Gas) yang terdiri dari gas – gas hidrokarbon dengan kandungan terbesar adalah gas Methana (CH4) yang telah dilakukan proses pemisahan kadar air dan kondensatnya menjadi Dry Gas.

PRINSIP KERJA

Dalam hal ini dasar prinsip kerja motor gas yang digunakan memakai system 4 (empat)langkah (tak). Prinsip pembakaran pada motor bahan bakar gas adalah bahan bakar gas dicampur dengan udara lalu dimasukan ke dalam ruang silinder . Dimana gas tesebut sebelum masuk keruang bakar dicampur dulu dengan udara melalui alat yang disebut karburator, dengan perbandingan tertentu. Pemasukan udara ada dua sistem yaitu secara alami (Natural Aspirated) atau secara paksa (Forced aspirated) . Setelah campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder ,kemudian dikompresikan oleh piston (torak) sehingga mengalami kenaikan tekanan dan temperaturnya .Pada saat piston mendekati Titik Mati Atas(TMA),pada derajat yang telah ditentukan ,busi(spark plug) akan mengeluarkan bunga api listrik sehingga bahan bakar diruang bakar akan terbakar, maka akan terjadilah ekspansi atau langkah usaha sehingga piston (torak) akan terdorong menuju Titik Mati Bawah(TMB).Proses ini akan berlangsung kontinyu sehingga gerakan bolak balik (translasi) piston (torak ) akan dirubah oleh poros engkol(crankshaft)menjadi gerak putar (rotasi) sehingga dapat menggerakkan roda penerus (flywheel), maka didapatlah energi mekanik dalam bentuk gerak putar.

Siklus Kerja Motor Bakar Gas

Siklus kerja motor bakar 4 tak.

1.Langkah Isap (Intake Stroke)

Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB)dimana pada saat itu valve masuk terbuka dan valve buang tertutup, dengan perubahan volume didalam silinder makin besar menyebabkan terjadinya beda tekanan dimana dalam silinder lebih rendah dibanding tekanan diluar silinder, beda tekanan itu timbul gaya isap (vacum) sehingga campuran bahan bakar dengan udara masuk melalui carburetor ke dalam silinder.
Untuk motor bakar yang menggunakan turbocharger ,udara dan bahan bakar dipaksakan masuk ke silinder oleh turbocharger waktu langkah isap sehingga tidak terjadi kevakuman didalam silinder.

2. Langkah Kompressi (Compression Stroke)

Piston bergerak dari titik mati bawah ( TMB ) ke titik mati atas ( TMA ) dimana pada saat itu kedua valve ( valve isap dan valve buang ) tertutup sehingga terjadi kompresi terhadap campuran udara dan bahan bakar gas didalam silinder.

3. Langkah Kerja (Exspantion Stroke)

Sebelum piston mencapai titik mati atas ( TMA ) atau beberapa derajat sebelum TMA , terjadi loncatan bunga api dari busi ( spark pug ) sehingga terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dan gas hasil pembakaran tersebut mengalami ekspansi yang mendorong piston ke titik mati bawah ( TMB ) . Dengan melalui mekanisme poros engkol ( crankshaft ) gerakan bolak-balik ( translasi ) piston ini dirubah menjadu gerakan putar (rotasi) oleh Crankshaft, maka didapatlah energi mekanik dalam bentuk gerak putar.

4. Langkah Buang.

Karena gerak putar poros engkol, maka torak yang telah sampai pada titik mati bawah (TMB)akan bergerak kembali ke titik mati atas (TMA). Sementara itu katup isap masih tertutup, sedang katup buang terbuka sehingga gas sisa hasil pembakaran dapat terbuang keluar.