Energi Potensial, Energi Kinetik dan Energi Mekanik

Energi Potensial, Energi Kinetik dan EnergiMekanikEnergi Potensial (Ep)

Energi potensial adalah suatu bentuk energi yang dimiliki

oleh benda karena kedudukannya atau karena letaknya

terhadap bumi.

a. Sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu dari

bumi maka benda tersebut memiliki energi potensial

gravitasi.

b. Setelah sampai di bumi energinya dapat berubah menjadi

bunyi dan besar energi potensialnya sama dengan nol (0).

c. Contoh energi potensial gravitasi misalnya:

1) Air terjun

2) Tanah longsor

3) Benda jatuh bebas

d. Besarnya energi potensial dipengaruhi oleh tiga

(3) faktor yaitu: massa (m), percepatan gravitasi (g) dan

kedudukannya terhadap bumi (h) dan ketiga factor tersebut

terhadap energi potensial (Ep) mempunyai nilai sebanding.

1

Potensi energi (Ep) merupakan hasil kali ketinggian benda

di atas tanah (h), massa (m), dan percepatan gravitasi

bumi (g, yaitu 9,8 m / s2).

Ep = h × m × g

Energi Kinetik (Ek)

Energi kinetik merupakan suatu bentuk energi yang

dimiliki oleh benda yang sedang bergerak.

a. Sebuah mobil yang berjalan memillki energi kinetik.

b. Apabila mobil menumbuk benda keras maka energinya

dapat berubah menjadi bunyi dan akibat yang ditimbulkan

yaitu mobil atau benda yang ditumbuk akan rusak.

Contoh energi kinetik dalam kehidupan sehari-hari

misalnya:

a. Bola menggelinding di lantai

b. Mobil sedang melaju di jalan

c. Benda yang dilempar dan lain-lain

2

Energi kinetik suatu benda (Ek) adalah hasil kali dari ½

massa dan kecepatan kuadrat nya (v).

Ek = ½ mv2

Masa diberikan dalam kilogram (kg), tinggi dalam meter

(m), kecepatan dalam meter per detik (m/s), dan energi

diberikan dalam joule (j).

Energi Mekanis

a. Energi mekanis adalah energi yang terdiri dari energi

kinetik dan energi potensial gravitasi.

1) Buah kelapa yang jatuh dari pohonnya memiliki energi

mekanis.

2) Besarnya energi mekanis selalu tetap karena

saat Ep maksimal maka Ek minimal atau sebaliknya, dan

saat Ep bertambah maka Ek berkurang atau sebaliknya.

3) Sebuah benda yang jatuh bebas berarti energi potensial

berkurang tetapi energi kinetiknya bertambah dan

3

sebaliknya jika benda dilemparkan vertikal ke atas energi

potensial bertambah sedangkan energi kinetiknya berkurang

dan pada saat benda berada pada titik tertinggi, benda

berhenti sesaat maka energi kinetiknya = 0 (nol).

Telah kamu ketahui bahwa energi mekanik merupakan

penjumlahan dari energi potensial dan energi kinetik: Em

= Ep + Ek

Apabila benda selama bergerak naik dan turun hanya

dipengaruhi oleh gaya gravitasi, besar energi mekanik

selalu tetap. Dengan kata lain, jumlah energi potensial

dan energi kinetik selalu tetap. Pernyataan itu disebut

Hukum Kekekalan Energi Mekanik.

Energi Kimia

Energi kimia adalah energi yang tersimpan di dalam

makanan, minuman atau bahan bakar. Energi kimia akan

dilepaskan bila makanan atau bahan bakar bereaksi dengan

4

oksigen, misalnya pada pembakaran. Contoh: bensin yang

melepas energi kimia pada saat dibakar dan dapat

menggerakkan mesin mobil.

Energi Cahaya dan Energi Panas

Salah satu bentuk energi yang ada di alam ini adalah

cahaya dan panas. Contoh:

a. Energi dari panas matahari.

b. Api menghasilkan energi panas dan energi cahaya.

Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang dihasilkan

oleh arus listrik. Contoh: berbagai macam alat-alat rumah

tangga yang menggunakan listrik dapat dipakai untuk

berbagai keperluan.

Energi Bunyi

Bunyi merupakan salah satu bentuk energi yang dihasilkan

oleh suatu benda yang bergetar. Semakin besar simpangan

5

benda yang bergetar, semakin keras pula bunyi yang

dihasilkan.

Energi Nuklir

Energi nuklir adalah energi yang tersimpan dalam zat

radioaktif dan dilepaskan melalui reaksi nuklir.

Perpindahan panasKalor adalah salah satu bentuk energi  yang dapat

mengalami perpindahan.Bila dua benda disentuhkan maka

kalor akan berpindah dari benda yang suhunya lebih tinggi

ke benda yang suhunya lebih rendah.

Perpindahan kalor sendiri terbagi menjadi 3 (tiga) jenis

yaitu:

1. konduksi

2. konveksi

3. radiasi

Konduksi

6

Perpindahan kalor secara konduksi adalah suatu

perpindahan kalor melalui suatu medium tanpa disertai

dengan perpindahan partikel-partikel medium tersebut.

Contoh:

Bagaimanakah proses perpindahan kalor secara konduksi? Dalam

konduksi yang berpindah hanyalah energi saja yaitu berupa

panas. Saat kita mengaduk teh panas dengan sendok, maka

lama kelamaan tangan kita terasa panas dari ujung sendok

yang kita pegang. Atau saat kita membuat kue menggunakan

wadah berupa aluminium yang disimpan di oven jua termasuk

proses konduksi yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari.

Besarnya energi konduksi disebut juga laju konduksi

ditentukan oleh persamaan berikut:

7

 Keterangan:

Q = kalor (joule)

k = koefisien konduski (konduktivitas termal)

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

L = panjang logam (m)

T = Suhu (kelvin)

Konveksi

Konveksi adalah proses perpindahan kalor dengan

disertainya perpindahan partikel. Konveksi ini

terjadi umumnya pada zat fluid (zat yang mengalir)

seperti air dan udara. Konveksi dapat terjadi secara

alamiataupun dipaksa. 

Konveksi alamiah misalnya saat memasak air terjadi

8

gelembung udara hingga mendidih dan menguap. Sedangkan

konveksi terpaksa contohn ya hair dryer yang memaksa udara

panas keluar yang diproses melalui alat tersebut.

Bagaimanakah proses terjadinya konveksi saat memasak air? Air

merupakan zatcair yang terdiri dari partikel-partikel

penyusun air. Saat memasak air dalam panci, api

memberikan energi kepada panci dalam hal ini termasuk

proses konduksi.

Kemudian panas yang diperoleh panci kemudian dialirkan

pada air. partikel air paling bawah yang pertama kali

terkena panas kemudian lama kelamaan akan memiliki  massa

jenis yang lebih kecil karena sebagian berubah menjadi

uap air.

Sehingga saat massa jenisnya lebih kecil partikel

tersebut akan berpindah posisi naik ke permukaan. Air

yang masih diatas permukaan kemudian turun ke bawah

menggantikan posisi partikel yang tadi. begitulah

9

seterusnya hingga mendidih dan menguap seperti tampak

pada gambar di bawah ini:

Air sebanyak satu panci dipanasi;mula-mula partikel air

yang berada di dasar panci menjadi panas dan akan

berpindah (mengalir) naik menuju permukaan, semantara

partikel-partikel air dibagian permukaan berpindah

(mengalir) turun menuju bagian dasar untuk mendapatkan

pemanasan.

Besarnya energi konveksi atau bisa disebut laju konveksi

ditentukan oleh persamaan berikut:

10

Keterangan:

Q = kalor (joule)

h = koefisien konveksi

t = waktu (s)

A = luas penampang (m persegi)

T = Suhu (kelvin)

Radiasi

Perpindahan kalor secara radiasi adalah suatu perpindahan

kalor tanpa melalui suatu medium, dalam bentuk gelombang

elektromagnetik.

Contoh:

Pemancaran kalor (energi) matahari dapat sampai ke bumi,

meskipun diluar atmosfer bumi terdapat ruang hampa.

Hukum Stefan-botzman:

11

Energi total yang dipancarkan oleh suatu permukaan hitam

sempurna dalam bentuk radiasi kalor tiap satuan waktu,

tiap satu satuan luas permukaan sebanding dengan pangkat

emapt suhu mutlak permukaan itu.Secara matematis, ukum

stefan Boltzmann dirumuskan sebagai berikut.

Bila benda ditempatkan didalam suatu lingkungan, benda

akan memancarkan kalor kelingkungan

tersebut.Sebaliknya,lingkungan juga menamancarkan kalor

kebenda.Sehingga akan terjadi keseimbangan.

Kecepatan benda dalam menrima kalor sma denagan

kecepatanya ketika memancarkan kalor. Jika T = suhu benda

dan  To = suhu lingkungan maka kalor yang dipancarkan

benda dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

12

Bahan ferrous & non ferrous Dalam menseleksi material untuk pabrikasi, harus

mempertimbangkan beberapa faktor berikut ini :

1. Faktor kimia

Terdapat 2 aspek kimia yang perlu dipertimbangkan,

yaitu :

Kemungkinan kontaminasi produk oleh material pabrikasi

Efek pada material pabrikasi oleh drugs dan proses

kimia yang mungkin terjadi

2. Faktor fisik

Kekuatan (strength)

Bobot (weight)

Daya tahan (wearing qualities)

Kemudahan dalam pembuatan (ease of fabrication)

Ekspansi panas (thermal expansion)

13

Daya hantar panas (thermal conductivity)

Pembersihan (cleansing)

Sterilisasi (sterilization)

Transparansi (transparency)

3. Faktor ekonomi

Biaya dan perawatan (cost/priece and maintenance)

Ideal: low cost and easy to maintenance

Terdapat banyak sekali jenis material yang tersedia di

alam. Didalam dunia teknik, material umumnya

diklasifikasikan menjadi lima jenis yaitu : material

logam, keramik, glass, elastomer, polymer, dan material

komposit. Gambar 1 menunjukkan klasifikasi material

tersebut. Saat ini penggunaan material logam dan berbagai

paduannya masih mendominasi bahan peralatan mesin. 

Mengingat saat ini komponen mesin umumnya terbuat dari

logam maka dalam artikel ini pembahasan lebih fokus pada

material logam .

14

               Gambar 1. Klasifikasi material teknik

Logam adalah salah satu jenis bahan yang paling banyak

dan luas aplikasinya di bidang rekayasa. Besi atau Fe

terdapat di alam sebagai oksida atau bijih besi. Logam

besi sebagian besar diperoleh diperoleh melalui

serangkaian proses pemurnian dan reduksi bijih besi.

Melalui proses ini diperoleh lelehan besi mentah atau pig

iron yang masih mengandung pengotor-pengotor, terutama

karbon, silikon, mangan, sulfur, dan fosfor.

Jika ditinjau dari sudut pandang susunan unsur dasar,

metal (logam) dibagi menjadi 2 yaitu :

15

1. Logam murni (hanya terdiri dari satu jenis atom),

contoh besi (Fe) murni, tembaga (Cu) murni.

2. Logam paduan atau metal alloy (terdiri dari dua atau

lebih jenis atom). Dibagi menjadi 3 jenis yaitu : larut

padat interstisi (menyisip), larut padat substitusi,

dan senyawa.

Dalam penggunaan serta pemakaiannya, logam pada umumnya

tidak merupakam senyawa logam, tetapi merupakan paduan.

Logam dan paduannya merupakan bahan teknik yang penting,

dipakai untuk konstruksi mesin, kendaraan, jembatan,

bangunan, dan pesawat terbang. Sehubungan dengan

pemakaiannya pada teknik mesin, sifat logam yang penting

adalah sifat mekanis, fisik, dan kimia yang sangat

menentukan kualitasnya.

16

Metal (logam) juga dapat diklasifikasikan menjadi 2 jenis

yang lain, yaitu :

1. Ferrous (besi).

Logam ferro adalah suatu logam paduan yang terdiri

dari campuran unsur karbon dengan besi. Untuk

menghasilkan suatu logam paduan yang mempunyai sifat yang

berbeda dengan besi dan karbon maka dicampur dengan

bermacam logam lainnya.

Pembagian Logam Ferrous adalah :

1. BKR

2. BKM

3. BKT

4. Besi Cor

Pembagian ini mengacu pada diagram fasa Fe3C.

Adapun contoh golongan metal ferrous adalah sebagai

berikut:

17

Besi tempa

mild steel

Mild Steel adalah suatu baja dengan kandungan carbon

antara 0 s/d 0,3 %.

 Mild Steel digunakan untuk :

- Baja struktur, Bangunan ketel.

Baja karbon

Baja karbon dapat terdiri atas :

1. Baja karbon rendah (low carbon steel)

Machine, machinery dan mild steel (0,05 % – 0,30%

C ) Sifatnya mudah ditempa dan mudah di

mesin  Penggunaannya:

– 0,05 % – 0,20 % C : automobile bodies,

buildings, pipes, chains, rivets, screws,

nails.

– 0,20 % – 0,30 % C : gears, shafts, bolts,

forgings, bridges, buildings

2. Baja karbon menengah (medium carbon steel )

18

– Kekuatan lebih tinggi daripada baja karbon

rendah.

– Sifatnya sulit untuk dibengkokkan, dilas,

dipotong.

     Penggunaan:

– 0,30 % – 0,40 % C : connecting rods, crank

pins, axles.

– 0,40 % – 0,50 % C : car axles, crankshafts,

rails, boilers, auger bits,

screwdrivers.

– 0,50 % – 0,60 % C : hammers dan sledges

3. Baja karbon tinggi (high carbon steel)  tool steel

     Sifatnya sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong.

Kandungan 0,60 % – 1,50 % C

       Penggunaan :

– screw drivers, blacksmiths hummers, tables knives,

screws, hammers, vise jaws, knives, drills.tools

19

for turning brass and wood, reamers, tools for

turning hard metals, saws for cutting steel, wire

drawing dies, fine cutters

Baja paduan

Tujuan dilakukan penambahan unsur yaitu:

–Untuk menaikkan sifat mekanik baja (kekerasan,

keliatan, kekuatan tarik dan sebagainya)

–Untuk menaikkan sifat mekanik pada temperatur rendah

–Untuk meningkatkan daya tahan terhadap reaksi kimia

(oksidasi dan reduksi)

–Untuk membuat sifat-sifat special

Baja paduan yang diklasifikasikan menurut kadar

karbonnya dibagi menjadi:

– Low alloy steel, jika elemen paduannya ≤ 2,5 %

– Medium alloy steel, jika elemen paduannya 2,5 – 10 %

– High alloy steel, jika elemen paduannya > 10 %

20

Baja paduan juga dibagi menjadi dua golongan yaitu

baja campuran khusus (special alloy steel) &high speed steel.

Baja Paduan Khusus (special alloy steel)

Baja jenis ini mengandung satu atau lebih logam-logam

seperti nikel, chromium, manganese, molybdenum,      

tungsten dan vanadium. Dengan menambahkan logam

tersebut ke dalam baja maka baja paduan tersebut

akan merubah sifat-sifat mekanik dan kimianya seperti

menjadi lebih keras, kuat dan ulet bila dibandingkan

terhadap baja karbon (carbon steel).

High Speed Steel (HSS) Self Hardening Steel

Kandungan karbon : 0,70 % – 1,50 %. Penggunaan membuat alat-alat

potong seperti drills, reamers, countersinks, lathe tool bits dan milling

cutters. Disebut High Speed Steel karena alat potong yang dibuat dengan

material tersebut dapat dioperasikan dua kali lebih cepat dibanding

dengan carbon steel. Sedangkan harga dari HSS besarnya dua sampai

empat kali daripada carbon steel

21

Jenis Lainnya :

Baja dengan sifat fisik dan kimia khusus:

– Baja tahan garam (acid-resisting steel)

– Baja tahan panas (heat resistant steel)

– Baja tanpa sisik (non scaling steel)

– Electric steel

– Magnetic steel

– Non magnetic steel

– Baja tahan pakai (wear resisting steel)

– Baja tahan karat/korosi

Dengan mengkombinasikan dua klasifikasi baja menurut

kegunaan dan komposisi kimia maka diperoleh lima

kelompok baja yaitu:

– Baja karbon konstruksi (carbon structural steel)

– Baja karbon perkakas (carbon tool steel)

– Baja paduan konstruksi (Alloyed structural steel)

22

– Baja paduan perkakas (Alloyed tool steel)

– Baja konstruksi paduan tinggi (Highly alloy structural steel)

Stainless steel

Stainless steel adalah senyawa besi yang mengandung

setidaknya 10,5% Kromium untuk mencegah

proses korosi(pengkaratan logam). Kemampuan tahan

karat diperoleh dari terbentuknya lapisan

film oksida Kromium, dimana lapisan oksida ini

menghalangi proses oksidasi besi (Ferum).

1. 12-14% kromium(Cr), dimana sifat mekanik

bajanya sangat tergantung dari kandungan unsur

karbon (C).

2. Baja dengan pengerasan lanjut, 10-12%

Kromium(Cr), 0.12% Karbon (C) dengan sedikit

tambahan unsur-unsur Mo, V, Nb, Ni dengan

kekuatan tekanan mencapai 927 Mpa dipergunakan

untuk bilah turbin gas.

23

3. Baja kromium tinggi, 17%Cr, 2,5% Ni. Memiliki

ketahanan korosi yang sangat tinggi.

Dipergunakan untuk poros pompa, katup dan

fitting yang bekerja pada tekanan dan

temperatur tinggi tetapi tidak cocok untuk

kondisi asam.

4. Magnet tidak dapat menempel pada bahan stainless

steel.

2. Non Ferrous (bukan besi),

Contoh: Al dan paduannya, Ni dan paduannya.Logam

nonferrous adalah logam yang tidak mengandung unsure

besi (Fe). Logam nonferro antara lain sebagai berikut.

Tembaga (Cu)

Alumunium (Al)

Timbel (Pb)

Timah (Sn)

Sifat-sifat Umum Logam adalah sebagai berikut :

24

1. Besi Cor (Cast Iron)

Besi cor putih (white cast iron) : Besi cor putih ini

bersifat sangat keras dan juga getas. Besi cor ini

sulit di mesin dan penggunaannya sangat terbatas

seperti untuk lining danmixer semen dimana kekerasannya

sangat diperlukan.

Besi cor kelabu (grey cast iron) : Besi cor jenis ini

paling banyak digunakan. Jenisnya bervariasi dan

diklasifikasikan berdasarkan kekuatannya. Penggunaannya

diantaranya adalah untuk rangka rangka mesin, blok

mesin, tromol rem dan sebagainya.

Malleable cast iron : Besi cor ini mempunyai kekuatan tarik

yang lebih tinggi dibanding besi cor kelabu dan banyak

digunakan untuk komponen mesin yang meneriman tegangan

lentur.

Nodular cast iron : Kekuatannya paling tinggi diantara

besi cor. Besi cor ini lebih tangguh, lebih kuat, lebih

ulet, dan lebih tidak berpori dibanding besi cor

kelabu. Material ini biasa digunakan untuk komponen

25

yang menerima beban fatugue seperti piston, poros

engkol, dan cam.

2. Baja Cor (Cast Steel)

Komposisi kimia baja cor ini sama dengan wrought

steel tetapi sifat-sifat mekaniknya lebih rendah

daripada wrought steel. Kelebihan baja ini adalah mudah

diproses dengan sand casting dan investment casting.Adapun

karakteristik bahan logam antara lain adalah : A. Sifat

Mekanis Sifat mekanis suatu logam adalah kemampuan atau

kelakuan logam untuk menahan beban yang diberikan, baik

beban statis atau beban dinamis pada suhu biasa, suhu

tinggi maupun suhu dibawah 0°C. beban statis adalah beban

yang tetap, baik besar maupun arahnya berubah menurut

waktu. Beban statis dapat berupa beban tarik,, tekan

lentur, puntir, geser, dan kombinasi dari beban tersebut.

Sementara itu, beban dinamis dapat berupa beban tiba-

tiba, berubah-ubah, dan beban jalar. Sifat mekanis logam

meliputi kekuatan. Kekenyalan, keliattan, kekerasan,

26

kegetasan, keuletan, tahan aus, batas penjalaran, dan

kekuatan stress rupture.

1. Sifat logam pada pembebanan tarik

Bila suatu logam dibebani beban tarik maka akan

mengalami deformasi, yaitu perubahan ukuran atau bentuk

karena pengaruh beban yang dikenakan padanya. Deformasi

ini dapat terjadi secara elastis dan secara plastis.

Deformasi elastis, yaitu suuatu perubahan yang akan

segera hilang kembali apabila beban ditiadakan. Deformasi

plastis yaitu, suatu perubahan bentuk yang tetap ada

meskipun beban yang menyebabkan deformasi ditiadakan.

Gambar 2. Alat uji tarik

2. Sifat logam pada pembebanan dinamis

27

Bahan yang dibebani secara dinamis akan lelah dan

patah, meskipun dibebani dibawah kekuatan statis.

Kelelahan adalah gejala patah dari bahan disebabkan oleh

beban yang berubah-ubah. Kekuatan kelelahan suatu logam

adalah tegangan bolak-balik tertentu. Sementera itu,

batas kelelahan adalah tegangan bolak-balik tertinggi

yang dapat ditahan oleh logam itu sampai banyak balikan

tak terhingga.

  Gambar 3. Alat uji dinamis

3. Penjalaran

penjalaran adalah pertambahan panjang secara terus

menerus pada beban yang konstan. Bila suatu bahan

mengalami pembebanan tarik terteentu dan tetap maka

pertambahan panjangnya mungkin tidak berhenti sampai

28

bahan tersebut patah atau mungkin berhenti tergantung

pada besarnya beban tarik tersebut.

4. Sifat Logam Terhadap Beban tiba-tiba

Bila deformasi mempunyai kecepatan regangan yang

tinggi maka bahan umumnya akan mengalami patah getas,

akibat bahan dikenai beban tiba-tiba. Untuk melihat sifat

tersebut dilakukan percobaan pukul, yang dilakukan pada

bahan uji dan diberikan tarikan menurut standar yang

telah ditentukan.

5. Sifat kekerasan Logam

Kekerasan adalah ketahanan bahan terhadap deformasi

plastis karena pembebanan setempat pada permukaan berupa

goresan atau penekanan. Sifat ini banyak hubungannnya

dengan sifat kekuatan, daya tahan aus, dan kemampuan

dikerjakan dengan mesin (mampu mesin). Cara pengujian ada

yga macam yaitu

29

Goresan

Menjatuhkan bola baja, dan

Penekanan

6. Sifat penekanan

Sifat ini hampir sama dengan sifat tarikan, untuk

bahan getas besaran sifat tekanannya cenderung lebih

tinggi dari sifat tariknya. Sebagai contoh, besi cor

kelabu sifat tekanannya kira-kira empat kali lebih besar

dari sifat tariknya.

Gambar 4. Alat uji penekanan

7. Sifat Logam terhadap Geser dan Puntir

Pengujian geser suatu bahan akan sulit dilakukan

dengan cara member beban berlawanan pada titik yang

berlainan (tidak terletak pada suatu garis lurus dan

30

salah satu arah beban), karena akan terjadi pembengkokan.

Yang lebih praktis adalah memberikan beban punter pada

sumbu suatu bahan yang berbentuk tabung. Pada pengujian

ini besarnya tegangan geser tidak sama dari permukaan

kepusat, tegangan geser di permukaan maksimum dan di

sumbu nol.

8. Sifat Redaman Logam

Apabila suatu logam ditarik atau ditekan sehingga

terjadi deformasi elastis, kemudian beban tersebut

dihilangkan maka energi yang dibutuhkan untuk mengubah

bentuk asal selalu lebih rendah dari energi untuk

deformasi elastis, karena penekanan atau tarikan

tersebut. Hal itu terjadi karena adanya tahanan dalam.

Tahanan dalam adalah kemampuan logam untuk meredam beban

atau getaran tiba-tiba.

9. Sifat Plastis

Sifat plastis adalah kemampuan suatu logam atau bahan

dalam keadaan padat untuk dapat diubah bentuk yang tetap

tanpa pecah. Sifat itu penting. Sifat itu penting untuk

31

dipertimbangkan dalam pengolahan bentuk suatu logam.

Kebanyakan logam pada suhu tinggi mempunyai sifat plastis

yang baik dan cenderung bertambah dngan kenaikan suhu.

Logam yang tidak plastis pada suhu tinggi disebut getas

panas, yaitu mudah retak karena deformasi disebabkan

karena adanya suatu beban pada suhu tersebut. Bila gejala

ini terjadi pada suhu kamar biasa disebut getas dingin.

B. Sifat Fisik

Sifat fisik adalah sifat bahan karena mengalami peristiwa

fisika, seperti adanya pengaruh panas dan listrik.

1. Sifat karena pengaruh panas antara lain mencair,

perubahan ukuran, dan struktur karena proses pemanasan.

2. Sifat listrik yang terkenal adalah tahanan dari

suatu bahan terhadap aliran listrik atau sebaliknya

sebagai daya hantar listrik

C. Sifat Pengerjaan atau Sifat Teknologis.

Sifat pengerjaan logam adalah sifat suatu bahan yang

32

timbul dalam proses pengolahannya.sifat itu harus

diketahui lebih dahulu sebelum pengolahan bahan

dilakukan. Pengujian yang dilakukan antara lain

pengujiian mampu las, mampu mesin, mampu cor, dan mampu

keras.

D. Sifat Kimia

Sifat kimia dari suatu bahan mencakup kelarutan bahan

tersebut pada larutan, basa atau garam, dan

pengoksidasian bahan tersebut. Hampir semua sifat kimia

erat hubungannya dengan kerusakan secara kimia. Kerusakan

tersebut berupa gejala korosi. Hal ini sangatt penting

dalam praktek.

33

Gear Ratio Sebelum kita membahas apa itu gear ratio mari kita perhatikandulu gambar berikut.

Kalau kita amati gambar dua buah gear yang disusun sedemikianrupa tersebut, apabila gear yang satu diputar maka gear satunyaakan ikut berputar, tetapi karena ukuran gearnya berbeda makaakan terjadi jumlah putaran yang berbeda juga.

1 putaran, maka gear rationya adalah 3:1. Artinya jumlahputaran gear output "direduksi" sebanyak 3 kali, sehingga putarangear output "berkurang" sebanyak 3 kali putaran gear input.

Formula yang dapat digunakan untuk mengitung gear ratio antaradua buah gear, adalah:N1 x Z1 = N2x Z2

34

Dimana:N1 = Jumlah putaran gear inputZ1 = Jumlah teeth gear inputN2 = Jumlah putaran gear outputZ2 = Jumlah teeth gear output

Contoh perhitungan,Apabila diketahui jumlah teeth pada gear input (Z1) = 25

teeth, jumlah teeth gear output (Z2) = 100 teeth dan putaran gearinput (N1) diputar sebanyak 100 putaran. Berapakah gearrationya ?

Jawab:N1 x Z1 = N2 x Z2100 x 25 = N2 x 10025000 = N2 x 100N2 = 2500 : 100N2 = 25Sehingga gear rationya kita dapatkan N1 : N2 = 100 : 25 = 4 : 1,atau bisa juga dituls 4 nya saja.

Contoh diatas adalah untuk susunan dua buah gear saja, sekarangbagaimana kalau gear yang disusun lebih dari dua buah ?Formula yang digunakan untuk mencari gear ratio antara gear yanglebih dari dua adalah:N2 = N1 x (Z1:Z2) x (Z3:Z4)

Contoh perhitungan, berapakah gear ratio untuk 4 buah gear yangdisusun sedemikian rupa dengan diketahui:Z1 = 12 teethZ2 = 45 teethZ3 = 12 teethZ4 = 55 teethN1 = 100 putaran

Jawab:N2 = N1 x (Z1:Z2) x (Z3:Z4)N2 = 100 x (12:45) x (12:55)N2 = 100 x 0.267 x 0.218

35

N2 = 5.821

Setelah putaran gear diketahui, maka gear rationya adalah = N1: N2 = 100 : 5,821 = 17,179 :1, atau 17,2 : 1 atau ditulis 17,2saja.

Demikian cara mencari gear ratio untuk gear yang tidakmenggunakan planetary gear, ingin tahu bagaimana mencari gearratio untuk planetary gear, lihat caranya disini.GEARBOX Pengertian Gearbox

Dalam beberapa unit mesin memiliki sistem pemindah tenagayaitu gearbox   yang berfungsi untuk menyalurkan tenaga atau daya mesin ke salah satu bagian mesin lainnya, sehingga unit tersebutdapat bergerak menghasilkan sebuah pergerakan baik putaran maupunpergeseran.

Gearbox   merupakan suatu alat khusus yang diperlukan untuk     daya atau   torsi   (momen/daya) dari motor yang berputar, dan   gearbox   juga adalah alat     daya dari motor yang berputar menjadi tenaga yang lebih besar

Gearbox   atau transmisi adalah salah satu komponen utama motor yang disebut sebagai sistem pemindah tenaga, transmisi berfungsiuntuk memindahkan dan mengubah tenaga dari   motor   yang berputar, yang digunakan untuk memutar spindel mesin maupun melakukangerakan   feeding. Transmisi juga berfungsi untuk mengatur kecepatan gerak dan   torsi   serta berbalik putaran, sehingga dapat bergerak maju dan mundur.

Transmisi manual atau lebih dikenal dengan sebutan gearbox,mempunyai beberapa fungsi antara lain :

  Merubah momen puntir yang akan diteruskan ke spindelmesin.  Menyediakan rasio gigi yang sesuai dengan beban mesin. Menghasilkan putaran mesin tanpa selip 

Prinsip Kerja Gearbox                 Putaran dari motor diteruskan ke input shaft (poros input)

36

melalui hubungan antara clutch/ kopling, kemudian putaranditeruskan ke main shaft (poros utama), torsi/ momen yang adadi mainshaft diteruskan ke spindel mesin, karena adanya perbedaanrasio dan bentuk dari gigi-gigi tersebut sehingga rpm atauputaran spindel yang di keluarkan berbeda, tergantung dari rpmyang di inginkan. Berikut penjelasan beberapa part yang terdapatdalam gearbox.

Input shaft (poros input)

Input shaft adalah komponen yang menerima momen output dari unitkopling, poros input juga befungsi untuk meneruskan putarandari clutch kopling ke mainshaft (poros utama), sehingga putaranbisa di teruskan ke gear-gear. Input shaft juga sebagai porosdudukan bearing dan piston ring, selain itu berfungsi jugasebagai saluran oli untuk melumasi bagian daripada inputshaft tersebut.

Gear shift housing (rumah lever pemindah rpm)

Gear shift housing adalah housing dari pada lever pemindah gigiyang berfungsi untuk mengatur ketepatan perpindahan gigi, apabilagigi sudah dipindahkan maka lever akan terkunci sehingga levertidak bisa berpindah sendiri pada saat spindel sedang berputar.

 Main shaft (poros utama)

Mainshaft yang berfungsi sebagai tempat dudukan gear,sinchromest, bearing dan komponen-komponen lainnya. Main shaftjuga berfungsi sebagai poros penerus putaran dari inputshaft sehingga putaran dapat di teruskan ke spindel, mainshaft juga berfungsi sebagai saluran tempat jalannya oli.

 Planetary gear section (unit gigi planetari)

Planetary adalah alat pengubah rpm di suatu range tertentu dimanarpm dapat di ubah sesuai dengan kebutuhan proses pengerjaan dandapat pula mengubah arah putaran spindel.

37

  Oil pump assy (pompa oli)

Oil pump berfungsi untuk memompa dan memindahkan  oli daritransmisi case (rumah transmisi)  menuju ke sistem untukdilakukan pelumasan terhadap komponen-komponen yang ada di dalamtransmisi secara menyeluruh.

Clucth housingClutch housing adalah rumah dari clucth kopling yang berfungsi

sebagai pelindung clutch kopling, clutch housing juga berfungsisebagai tempat dudukan dari pada oil pump dan input shaft.

Transmisi gear/ roda gigi transmisi

Transmisi gear atau roda  gigi transmisi berfungsi untukmengubah input dari motor menjadi output gaya torsi yangmeninggalkan transmisi sesuai dengan kebutuhan mesin.

 Bearing

Bearing berfungsi untuk menjaga kerenggangan daripada shaft (poros), agar pada saat unit mulai bekerja komponenyang ada di dalam transmisi tidak terjadi kejutan, sehinggatransmisi bisa bekerja dengan smooth (halus).

Piston ring (ring penyekat oli).

Piston ring berfungsi sebagai penyekat agar tidak terjadikebocoran pada sistem pelumasan, piston ring juga berfungsisebagai pengencang input shaft agar input shaft tidak rengangpada saat unit berjalan.   

Sun gear (gigi matahari)

Sun gear berfungsi untuk meneruskan putaran ke planetary gearsection. Sun gear berhubungan langsung dengan gear yang ada padaunit planetary yang berfungsi sebagai penerus putaran, momen daritransmisi.

38

Oil filter (filter oli)

Oil filter adalah komponen yang berfungsi untuk menyaring olidari kotoran. Oli harus di saring, agar komponen transmisi tidakcepat aus yang disebabkan karena terjadinya gesekan antarakomponen yang dapat menimbulkan geram-geram. Sehingga oli yangmasuk ke sistem harus disaring dulu agar unit transmisi tetapbaik.

Oil pipe (pipa oli)

Oil pipe adalah pipa oli tipe batang, yang berfungsi sebagaisaluran oli untuk menyalurkan oli dari transmisicase ke planetary gear section untuk dilakukan pelumasan terhadapunit planetary.

Pengertian Torsi Mesin

Apa Itu Torsi?

Salah satu spesifikasi penting sebuah mobil adalah torsi

(torka). Apa yang dimaksud torsi? Definisi torsi adalah gaya

yang bekerja mengelilingi sebuah titik. Dalam penerapannya,

torsi digunakan untuk memutar benda. Torsi memiliki satuan

newton-meter dalam satuan Internasional (SI) dan pound-foot

(lb-ft) dalam satuan British (satuan imperial). Newton (atau

39

pound) adalah satuan gaya yang bekerja sedangkan meter (atau

feet) adalah satuan jarak dimana gaya tersebut diberikan

dari titik pusat putaran.

Bagaimana Penerapan Torsi pada Mesin Mobil?

Torsi pada mobil menunjukkan gaya yang bekerja pada poros

engkol (crankshaft) atau bagian sitem penggerak yang

mengirimkan gaya ke roda-roda dari titik pusat poros engkol.

Bagaimana Hubungan Torsi dan HorsePower (Daya Kuda)?

Torsi adalah adalah besaran pengukuran sedangkan

horsepower adalah besaran perhitungan dari rumus yang

didasarkan pada torsi pada RPM (revolusi per menit) poros

engkol tertentu. Rumus horsepower (HP) adalah (torsi x

RPM)/5252. Rumus ini selalu sama, artinya horsepower selalu

merupakan fungsi torsi dan kecepatan putaran mesin.

Berdasarkan rumus tersebut maka torsi = (HP x 5252)/RPM.

Dari persamaan tersebut dapat dipahami bahwa horsepower

berbanding lurus dengan RPM mesin sedangkan torsi berbanding

terbalik dengan RPM. Torsi dan horsepower bukan ukuran yang

saling terpisah, tetapi saling mempengaruhi.

40

Saat mulai menjalankan mobil dari posisi berhenti,

diperlukan torsi yang besar. Torsi yang besar lebih mudah

diperoleh pada RPM rendah jika menggunakan gigi rendah yaitu

gigi 1 (ingat, torsi berbading terbalik dengan RPM). Seiring

dengan meningkatnya kecepatan, maka gigi dapat dipindahkan

lebih tinggi. Untuk meningkatkan kecepatan diperlukan

horsepower yang besar. Power yang besar ini lebih mudah

diperoleh pada RPM tinggi saat menggunakan gigi yang lebih

tinggi yaitu gigi 2, 3, 4, dst (ingat, horsepower berbanding

lurus dengan RPM).

Mobil yang dirancang untuk mengangkut atau menarik beban

berat seperti truk trailer sangat mengandalkan torsi

maksimum daripada horsepower maksimum. Mobil yang dirancang

untuk berlari cepat seperti mobil sport sangat mengandalkan

horsepower maksimum daripada torsi maksimum.

Adakah Hubungan antara Torsi dan Akselerasi?

Torsi diukur relatif terhadap RPM mesin. Torsi maksimum

tercapai pada RPM optimal. Sebuah mobil akan mendapatkan

akselerasi maksimal jika berada dalam rentang angka RPM

41

dimana horsepower dan torsi berada di puncak, yang umumnya

dicapai pada RPM yang tinggi.

Apa Manfaat Torsi Mesin yang Besar?

Mobil dengan torsi yang lebih besar lebih mudah

dikendarai karena torsinya dihasilkan dari RPM yang rendah.

Keuntungan menggunakan RPM rendah adalah kerja mesin lebih

ringan sehingga membuat mesin lebih awet dan irit bahan

bakar.

Motor Bakar

Pengertian Motor Bakar

Motor bakar adalah suatu perangkat/mesin yang mengubah

energi termal/panas menjadi energi mekanik. Energi ini

dapat diperoleh dari proses pembakaran yang terbagi

menjadi 2 (dua) golongan, yaitu:

1. Motor bakar pembakaran luar, yaitu

42

Suatu mesin yang mempunyai sistim pembakaran

yang terjadi diluar dari mesin itu sendiri. Misalnya

mesin uap dimana energi thermal dari hasil

pembakaran dipindahkan kedalam fluida kerja mesin.

Pembakaran air pada ketel uap menghasilkan uap

kemudian uap tersebut baru dimasukkan kedalam sistim

kerja mesin untuk mendapatkan tenaga mekanik.

2. Motor pembakaran dalam.

Pada umumnya motor pembakaran dalam dikenal

dengan motor bakar. Proses pembakaran bahan bakar

terjadi didalam mesin itu sendiri sehingga gas hasil

pembakaran berfungsi sekaligus sebagai fluida kerja

mesin. Motor bakar itu sendiri dibagi menjadi

beberapa macam berdasarkan sistim yang dipakai,

yaitu motor bakar torak, motor bakar turbin gas, dan

motor bakar propulsi pancar gas. Untuk motor bakar

torak dibagi atas 2 (dua) macam, yaitu motor bensin

dan motor diesel. Menurut langkah kerjanya motor

43

bakar dibagi menjadi mesin dengan proses dua langkah

dan mesin dengan proses empat langkah.

Berdasar Sistem Penyalaan

a). 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.

1.Pengertian Motor Bensin          

44

 Suatu mekanisme atau konstruksi mesin yang

mengubah energi panas dari bahan bakar menjadi energi

gerak.

Motor bensin dapat dibagi menjadi 2 yaitu:  

– Motor bensin 2 Tak  

– Motor bensin 4 Tak   

– Mesin Diesel 

Motor bensin  2 Tak adalah mesin/motor yang memerlukan

dua langkah torak  atau 1 kali langkah keatas ascending

stroke dan 1 kali langkah ke bawah discending stroke

untuk memperoleh 1 kali usaha di ruang pembakaran.  

Sedangkan motor bensin 4 tak adalah mesin/motor

yang memerlukan 4 kali langkah torak atau 2 kali langkah

ke atas dan 2 kali langkah ke bawah untuk memperoleh 1

kali usaha di ruang pembakaran.   

45

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam;

lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu, dimana bahan

bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gasyang dikompresi,

dan bukan oleh alat berenergi lain seperti busi   

2 Prinsip kerja Motor Bensin      

1.1 Prinsip kerja Motor Bakar :

   Motor 2 Tak: Setiap 1 kali putaran poros engkol

atau 2 kali gerakan piston menghasilkan 1 kali usaha.

1.2 Proses langkah kerja motor bensin 2 Tak sebagai

berikut :

Langkah 1 Kompresi dan Hisap           

46

Pada langkah isap piston bergerak naik dari TMB

menuju TMA. Pada saat piston di posisi TMB, bahan

baker yang berada dibawah piston didorong dan keluar

dari saluran pembilasan. Proses selanjutnya, bahan

baker yang keluar dari saluran pembilasan didorong

piston sampai mencapai posisi TMA.

Pada saat hampir mencapai TMA, piston menutup saluran

pembuangan dan saluran pembilasan.

Akibatnya, saluran pemasukan bahan bakar terbuka

yang menyebabkan bahan bakar secara otomatis masuk

melalui saluran pemasukan di bawah piston.  Bahan

bakar yang telah ada disilinder di tekan naik oleh

piston sampai mencapai posisi TMA. Tekanan di silinder

meningkat, kemudian bunga api dari busi membakar bahan

bakar dan udara menjadi letusan.  

Langkah 2 usaha dan buang

Letusan tersebut menghasilkan tenaga yang digunakan

47

untuk mendorong piston bergerak turun dari TMA menuju

TMB. Piston bergerak turun akan mendorong bahan bakar

yang telah berada di bawah piston menuju saluran

pembilasan. Saat piston bergerak turun saluran buang

dan saluran pembilasan dalam keadaan terbuka. Gas sisa

pembakaran akan terdorong keluar melalui saluran

pembuangan menuju knalpot akibat desakan bahan bakar

dan udara yang masuk dalam silinder melalui saluran

pembilasan. Dengan terbuangnya gas sisa hasil

pembakaran, kerja mesin 2 tak selesai untuk satu

proses kerja (siklus). Proses up ward stroke dan down

ward stroke akan terus bekerja silih berganti.   

2.1 Prinsip kerja Motor Bensin 4 Tak :  

Setiap 2 kali putaran poros engkol atau 4 kali

gerakan piston menghasilkan 1 kali usaha.

48

2.2 Proses Kerja Motor 4 Tak sebagai berikut:  

Langkah Hisap   

Piston bergerak dari TMA ke TMB. Saat piston

bergerak turun, katup masuk dalam keadaan terbuka,

sehingga campuran bahan bakar dan udara terisap

masuk kedalam silinder. Ketika piston mencapai TMB,

katup masuk dalam keadaan tertutup. Dapat dikatakan

bahwa langkah kompresi I selesai. Langkah kompresi

Pada langkah kompresi II, kedua katup (katup

masuk dan katup buang) dalam keadaan tertutup.

Piston bergerak naik dari TMB menuju TMA mendorong

campuran bahan baker dan udara dalam silinder,

sehingga menyebabkan tekanan udara dalam silinder

49

meningkat. Sebelum piston mencapai TMA campuran

bahan bakar dan udara yang bertekanan tinggi

dibakar oleh percikan api busi

Langkah usaha

Pada langkah isap, percikan api busi yang bereaksi

dengan campuran bahan bakar dan udara bertekanan

tinggi akan menimbulkan letusan. Letusan ini akan

menghasilkan tenaga yang mendorong piston bergerak

turun menuju TMB. Tenaga yang dihasilkan oleh

langkah kerja di teruskan poros engkol untuk

menggerakkan gigi transmisi yang menggerakkan gir

depan

Langkah Buang

Pada langkah buang, piston bergerak naik dari

TMB menuju TMA. Katup masuk dalam keadaan tertutup

dan katup buang dalam keadaan terbuka. Gas sisa

hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran

pembuangan. Dengan terbuangnya gas sisa pembakaran,

50

berarti kerja keempat langkah mesin untuk satu kali

proses kerja (siklus) telah selesai.   

3. Keuntungan dan kekurangan motor bakar 2 Tak

Kelebihan :        

    Proses pembakaran terjadi setiap putaran poros

engkol, sehingga putaran poros engkol lebih halus

untuk itu putaran lebih rata. Tidak memerlukan klep,

komponen part lebih sedikit, perawatan lebih mudah

dan relatif murah. Momen puntir untuk putaran

lanjutan poros lebih kecil sehingga menghasilkan

gerakan yang halus. Bila dibandingkan dengan mesin

empat langkah dalam kapasitas yang sama, tenaga yang

dihasilkan  lebih besar.Proses pembakaran terjadi 2

kali, sehingga tenaga lebih besar

Kekurangan :           

  Boros bahan bakar Dengan adanya oli samping, biaya

yang dikeluarkan oleh pengguna sepeda motor lebih

51

banyak. Asap knalpot yang dihasilkan dari proses

pembakaran lebih banyak mengakibatkan polusi udara  

4. Keuntungan dan kekurangan motor bensin  4 Tak

Kelebihan :     

      langkah sehingga pemakaian bahan bakar lebih

hemat. Putaran rendah lebih baik dan panas mesin

lebih dapat didinginkan oleh sirkulasi oli. Langkah

pemasukan dan buang lebih panjang sehingga efisiensi

pemasukan dan tekanan efektif rata-rata lebih baik.

Panas mesin lebih rendah dibanding mesin dua langkah

Kekurangan :       

   Perawatan mesin relative lebih sulit karena

konstruksi mesin lebih rumit dibandingkan dengan

mesin 2-tak. Oli mesin lebih boros dan lebih cepat

encer karena melumasi seluruh bagian mesin dan

bersirkulasi sampai ke silinderkop. Suara mesin

lebih kasar dan kontruksi mesin lebih rumit.  

52

5. Motor Bakar Diesel          

Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar

torak dan mesin pembakaran dalam (internal

combustion engine)           

1. Prinsip kerja motor diesel 

  Prinsip kerja motor diesel adalah merubah

energi kimia menjadi energi mekanis. Energi

kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia

(pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan

oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang

bakar). Pembakaran pada mesin Diesel terjadi

karena kenaikan temperatur campuran udara dan

bahan bakar akibat kompresi torak hingga

mencapai temperatur nyala.          

2. Proses langkah kerja Diesel sebagai berikut :  

Langkah Hisap

Pada ruang bakar mesin, udara masuk, Saluran

Masuk terbuka

53

Langkah Kompresi     

   Terjadi langkah Kompresi yaitu penekanan udara

langkah disini menghasilkan peningkatan tekanan

dan suhu yang cukup tinggi. Saat kompresi berada

di TMA maka fuel injector akan memasukkan bahan

bakar dengan mengabutkannya. Karena suhunya

tinggi dan ada bahan bakar yang telah masuk dari

fuel injector berupa gas maka campuran tersebut

terbakar dengan sendirinya.

Langkah Usaha

Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar 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

54

engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik

torak pada langkah kompresi.

 Langkah Buang

Saat torak bergerak keatas dan menekan udara

hasil pembakaran keluar ke udara luar melalui

muffler/knalpot. Saluran keluarnya terbuka.

6. Kelebihan dan kekurangan Motor Bakar Diesel

Kelebihan :    

Kelebihan dari Mesin diesel adalah mesin ini lebih

besar dari mesin bensin dengan tenaga yang sama

karena konstruksi berat diperlukan untuk bertahan

dalam pembakaran tekanan tinggi untuk penyalaan.

Dan juga dibuat dengan kualitas sama yang membuat

penggemar mendapatkan peningkatan tenaga yang besar

dengan menggunakan mesin turbocharger melalui

modifikasi yang relatif mudah dan murah. Mesin

bensin dengan ukuran sama tidak dapat mengeluarkan

55

tenaga yang sebanding karena komponen di dalamnya

tidak mampu menahan tekanan tinggi, dan menjadikan

mesin diesel kandidat untuk modifikasi mesin dengan

biaya yang relatif murah.  

Kekurangan :            

Kekurangannya hanya terletak suara yang berisik

juga pada bobot dan dimensi yang 2x lebih berat &

besar dari mesin bensin, dikarenakan komponen mesin

diesel yang di design kuat utk menahan kompresi

tinggi yang dihasilkannya dan juga akselerasi yang

lemot namun bisa di perbaiki melalui penambahan

Turbo ato Supercharger Penambahan turbocharger atau

supercharger ke mesin meningkatkan ekonomi bahan

bakar dan tenaga. Rasio kompresi yang tinggi membuat

mesin diesel lebih efisien dari mesin menggunakan

bensin. Peningkatan ekonomi bahan bakar juga berarti

mesin diesel memproduksi karbon dioksida yang lebih

sedikit.

56

Turbin

Turbin Uap

Turbin uap adalah suatu penggerak mula yang

mengubah energi potensial menjadi energi kinetik dan

energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi

mekanik dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin

langsung atau dengan bantuan elemen lain, dihubungkan

dengan mekanisme yang digerakkan. Tergantung dari jenis

mekanisme yang digerakkan turbin uap dapat digunakan

pada berbagai bidang industri, seperti untuk pembangkit

listrik.

57

Prinsip Kerja Turbin Uap

Turbin uap terdiri dari sebuah cakram yang dikelilingi

oleh daun-daun cakram yang disebut sudu-sudu. Sudu-sudu

ini berputar karena tiupan dari uap bertekanan yang

berasal dari ketel uap, yang telah dipanasi terdahulu

dengan menggunakan bahan bakar padat, cair dan gas.

Uap tersebut kemudian dibagi dengan menggunakan control

valve yang akan dipakai untuk memutar turbin yang

dikopelkan langsung dengan pompa dan juga sama halnya

dikopel dengan sebuah generator singkron untuk

menghasilkan energi listrik.

Setelah melewati turbin uap, uap yang bertekanan dan

bertemperatur tinggi tadi muncul menjadi uap bertekanan

rendah. Panas yang sudah diserap oleh kondensor

menyebabkan uap berubah menjadi air yang kemudian

dipompakan kembali menuju boiler. Sisa panas dibuang oleh

kondensor mencapai setengah jumlah panas semula yang

masuk. Hal ini mengakibatkan efisisensi thermodhinamika

58

suatu turbin uap bernilai lebih kecil dari 50%. Turbin

uap yang modern mempunyai temperatur boiler sekitar 5000C

sampai 6000C dan temperatur kondensor 200C sampai 300C.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine) ]

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk

udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan

menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur

udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk

kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan

proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara

bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut

berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat

dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur.

Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas

melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan

aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan

oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar

59

kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti

generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas

tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang

(exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin

gas adalah sebagai berikut:

Pemampatan (compression) udara di hisap dan

dimampatkan

Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke

dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.

Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan

mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).

Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran

dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal,

tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan

turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan

berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu

60

sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada

ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya

kerugian antara lain:

Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya

kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.

Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi

yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan

turbin dengan angin.

Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat

terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi

kimia dari fluida kerja.

Adanya mechanical loss, dsb.

61