BAB I
PAGE 109
BAB I
PENGANTAR TEORI MOTOR PISTON1. Pengantar. Reciprocating
Engine/motor piston/motor bakar adalah mesin penggerak yang paling
banyak digunakan dalam kehidupan manusia dewasa ini. Sebagai daya
angkut misalnya kendaraan darat, laut, udara. Sebagai penggerak
misalnya mesinmesin. Berkat perkembangan ilmu dan teknologi,
terciptalah motor piston yang relatif lebih efisien, ringan dan
tahan lama. Dari segi ilmiah, motor piston adalah mesin yang
mengubah energi kimia bahan bakar menjadi daya mekanik. Bahan bakar
dapat berupa padat, cair dan gas. Pelepasan energi kimia tersebut
dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksigen yang
terdapat dalam udara. Proses tersebut disebut "Proses Pembakaran".
Energi kimia akan muncul dalam bentuk panas dan panas ini dirubah
menjadi daya mekanik. Cara pengubahan dapat dilaksanakan dengan dua
macam proses sebagai berikut :
a. External Combustion Process. Proses pembakaran menghasilkan
panas, kemudian panas tersebut diteruskan kepada suatu media
thermodinamis (biasanya air). Karena menerima energi panas
tersebut, media thermodinamis tersebut akan berkembang dan
menggerakkan piston atau turbine itulah yang mengubah energi panas
menjadi daya mekanik.
b. Internal Combustion Process. Proses pembakaran menghasilkan
panas dan media thermodinamis. Media thermodinamis tersebut
kemudian menggerakkan piston, motor bakar piston atau menggerakkan
turbine, gas turbine.
2. Perbandingan Proses. Kesimpulan perbandingan kedua proses
tersebut sebagai berikut :a. External Combustion Process1)Kurang
menguntungkan.
2)Membutuhkan media thermodinamis.
3)Motor lebih besar, lebih berat, tidak sederhana.
4)Perkembangan kurang pesat.
5)Penggunaan kurang luas.
b. Internal Combustion Process1)Lebih menguntungkan.
2)Tidak membutuhkan media thermodinamis.
3)Motor lebih ringan, lebih kecil. lebih sederhana.
4)Perkembangan lebih pesat.
5)Penggunaannya lebih luas.
Dalam hal ini motor piston pesawat terbang tergolong yang
Internal Combustion Process, sehingga dinamakan Resiprocating
Internal Combustion Engines.
3.Penggolongan Internal Combustion Engines. Ditinjau dari sistim
yang digerakkan oleh media thermodinamis, internal combustion
engines dapat digolongkan sebagai berikut :
a.Motor Piston (Torak). Pengubahan energi panas menjadi daya
mekanik dilakukan dengan desakan (expansi) gas hasil pembakaran
(media thermodinamis) pada piston di dalam satu si1inder. Dengan
demikian gerakan piston merupakan gerakan bolakbalik.
b.Motor Turbine Gas. Pengubahan energi panas menjadi daya
mekanik dilakukan dengan mengexpansikan gas hasil pembakaran (media
thermodinamis) melalui daun-daun turbine (turbine blades). Dengan
demikian gerakan turbine adalah gerakan rotasi.
4. Berdasarkan proses thermodinamikanya, resiprocating engine
dibedakan menjadi 2 macam :
a. Proses OTTO.
1) Menggunakan prinsip pembakaran tekanan dan bunga api listrik
dari busi (Spark iginition).
2) Udara dan bahan bakar dicampur dahulu sebelum
dimampatkan.
3) Engine umumnya ringan relatif terhadap daya yang
dihasilkan.
b. Proses DIESEL.
1) Menggunakan prinsip pembakaran panas tekan (Compression
Ignition).
2) Menggunakan bahan bakar solar.
3) Engine umumnya berat relatif terhadap daya yang
dihasilkan.
5. Motor piston dapat digolongkan menurut beberapa karakteristik
tertentu sebagai berikut :
a. Operating Cycle (Thrmodynamic Cycle).
1) Otto cycle.
2) Diesel cycle.
3) Brayton cycle.
b. Jumlah langkah setiap Siklus.
1)Jumlah langkah yang dibutuhkan untuk menyelesaikan satu
siklus.
2)Dua langkah.
3)Empat langkah.
c. Bahan Bakar (Fuel). Bahan bakar yang digunakan
1) Volatile Fuel. Masuk ke dalam silinder melalui karburator
(sudah bercampur dengan udara).
2) Heavy Fuel. Fuel masuk ke dalam silinder melalui "Injector",
dengan demikian baru bercampur dengan udara di dalam silinder.
d. Penyalaan (Ignition)
1)Menggunakan loncatan bunga api listrik (electric spark
plug).
2)Menggunakan panas tekanan (compression ignition).
e. Susunan Silinder.
1)Segaris (in line),
2)Bentuk V.
3)Bentuk X.
4)Bentuk H.
5)Bentuk Radial (Bintang).
6)Bentuk berlawanan.
f. Kecepatan Putar Motor (Engine Speed).
1)Kecepatan Rendah (Low Speed) :kurang dari 300 rpm.
2)Kecepatan Sedang (Medium Speed)sampai dengan 2000 rpm, .
3)Kecepatan tinggi (High Speed)2000 9000 rpm.
g. Pendinginan Motor.
1)Menggunakan cairan.
2)Menggunakan udara.
6. Konstruksi Motor Piston. Bagianbagian utama motor piston
dengan penyalaan loncatan bunga api 1istrik, sebagai berikut :
a. Silinder : adalah tabung ruang bakar.
b. Cylinder Block : Konstruksi utama motor yang membawa
silinder-silinder.
c. Combustion Chamber : Ruang terjadinya proses pembakaran,
yakni ruang di dalam silinder.
d. Piston : Komponen yang bergerak bolakbalik di dalam silinder.
Piston menerima expansi gas hasil pembakaran dan mengubah energi
gas menjadi daya mekanik.
e. Piston Ring : Cincin yang melingkari piston. Fungsi piston
ring adalah untuk mencegah kebocoran gas yang berexpansi, agar
dapat diperoleh pengubahan energi gas menjadi daya mekanis
semaksimal mungkin.
f. Connecting Rod. Batang penghubung antara piston dan
crankshaft.
g. Crankshaft. Sumbu yang mengubah gerakan bolakbalik piston
menjadi gerak putar.
h. Crankcase : Ruang dimana crankshaft berada.
i. Valve : Terdapat 2 macam valve (katub) yaitu inlet valve
(katub pengisian) dan exhaust valve (katub buang). Fungsinya adalah
untuk membuka dan menutup saluran pemasukan dan pembuangan.
j . Camshaft : Mengatur waktu pembukaan dan penutupan katub agar
sesuai, dengan ordepembakaran yang dikehendaki.
k. Pushrod. Batang yang menghubungkan gerakan camshaft dengan
rocker arm.
1. Rocker arm : Adalah mekanisme yang meneruskan gerakan pushrod
ke katubkatub. Jadi rocker arm yang secara langsung menekan
katub-katub. Oleh karena itu, pushrod dan rocker arm merupakan satu
rangkaian mekanisme yang menghubungkan gerakan camshaft dengan
katub.
m. Cylinder head : Adalah bagian yang menutup cylinder block.
Meliputi juga katup intake dan exhaust, valve guides dan valve
seats. Cylinder head juga merupakan kedudukan bagi rocker shafts
sebagai tempat pemasangan valve rocker arm..
n. Spark Plug : Komponen yang menimbulkan loncatan bunga api
listrik yang diperlukan untuk terlaksananya pembakaran.
Berikut diberikan beberapa gambar dari komponen piston engine
:
Gambar 1.1 Tipe engine menurut pengaturan silinder
Gb 1.2 Silinder Barrel untuk Tiara engine Gb1.3 Pengaturan
instalasi untuk valve guideGambar 1.4 Silinder AssemblyGambar 1.5
Komponen lengkap Piston
Gambar 1.6 Tipe piston headGambar 1.7 Beberapa tipe piston
Gambar 1.8 Connecting RodGambar 1.9 Master-and-articulated
connecting-rod
Gb 1.10 Tipe Master rod
Gambar 1.11 CrankshaftGambar 1.12 Jenis-jenis katup
PENGGOLONGAN MOTOR PISTON PADA PESAWAT TERBANG
7. Pesawatpesawat terbang yang menggunakan mesin piston
menggunakan motor empat tak jenis OTTO. Motor piston otto dua tak,
tidak digunakan pada motor pesawat terbang, hal ini disebabkan oleh
kekurangankekurangannya dibandingkan terhadap motor empat tak jenis
Otto. Kekurangankekurangan tersebut antara lain adalah
ekonomisasinya rendah, kerjanya tidak tenang, konstruksinya sukar,
tidak mungkin menghasilkan tenaga yang besar. Begitu juga motor
Diesel tidak digunakan sebagai motor pesawat terbang, sehubungan
dengan beberapa kekurangannya sebagai motor pesawat terbang.
Penggunaan suatu motor pada pesawat terbang, tergantung dari
katagori dan tujuan kegunaan pesawat terbang tersebut. Motor piston
yang menggunakan pendinginan dengan udara sangat luas
penggunaannya, namun sekarang motor piston yang menggunakan
pendinginan dengan cairan juga luas penggunaannya. Motor piston
pesawat terbang yang menggunakan pendinginan dengan udara banyak
terdapat pada motor transport, training, pesawat ringan dan
helikopter.
Khususnya pada pesawat terbang jenis pemburu dan pembom motor
piston dengan pendinginan cairan banyak digunakan dari pada yang
menggunakan pendinginan dengan udara, sehingga memungkinkan bentuk
aerodinamis pesawat yang lebih baik. dan dengan begitu dapat
mencapai kecepatan yang lebih besar.
Motormotor yang menggunakan kompressor banyak digunakan pada
semua jenis pesawat tempur dan transport. Motor jenis ini mempunyai
performance yang lebih baik seperti ketinggian, kecepatan,
climbing, dan sebagainya.
Motor piston tanpa kompressor banyak digunakan pada pesawat
terbang training, pesawat ringan, pesawat sport ringan, yang tidak
memerlukan tenaga yang terlalu besar dan ketinggian yang tinggi.
Sekarang motor piston digunakan pada pesawat tempur ringan,
transport, pesawat palang merah dan helikopter.
8. Soal Latihan :
a. Sebutkan empat macam engine berdasar pengaturan silinder.
b. Jenis engine apa yang ratio power-wightnya paling baik ?
c. Jenis engine apa yang memiliki drag paling kecil ?
BAB II
PRINSIP KERJA MOTOR PISTON 4 TAK
1. Pengantar. Seperti telah diterangkan bahwa siklus kerja motor
4 tak jenis Otto berlangsung selama 4 tak atau dua putaran penuh
poros engkol. Pengertian tentang siklus kerja ialah keseluruhan
dari semua proses, yaitu perubahan keadaan gas dalam silinder
dimulai dari Penghisapan campuran bahan bakar sampai pembuangan
gasgas sisa pembakaran. Perubahan keadaan tersebut berlangsung
menurut uruturutan sebagai berikut :
a.Pengisian silinder (penghisapan).
b.Pemampatan campuran bahan bakar dan udara. (compressi).
c.Pembakaran campuran bahan bakar dan udara.
d.Pemuaian gas (ekspansi).
e.Pengosongan silinder (pembuangan).
2. Pengertian tak. Pengertian tak ialah gerakan piston dari
titik mati yang satu ketitik mati yang lain. Maka dari itu, semua
proses dasar tersebut berlangsung selama 4 tak, sebagai berikut
:
a.Tak pengisian (pergerakan piston dari TMA sampai TMB).
b.Tak kompresi (pergerakan piston dari TMB sampai TMA).
c.Tak pengembangan atau tak kerja (pergerakan piston darei TMA
sampai TMB).
d.Tak pembuangan (pergerakan piston dari TMB sampai TMA).
3. Proses Pengisian. Silinder dipenuhi dengan campuran bahan
bakar dan udara yang diperlukan untuk kerja motor. Menurut teori,
proses ini berlangsung dalam tak pengisian, tetapi pada prakteknya
mulainya lebih awal dan berakhir pada bagian pertama dari tak
kompresi, yang bertujuan agar pengisian silinder dengan campuran
bahan bakar lebih baik. Maka dari itu, proses pengisian berlangsung
lebih panjang dari pada tak pengisian. Pada saat berlangsungnya tak
ini katub penghisap terbuka dan katub pembuang tertutup.
4.Proses Pemampatan. Campuran bahan bakar dan udara dimampatkan
sampai volume tertentu yang mengakibatkan tekanan dan temperature
naik sampai ke titik pembakaran. Proses ini berlangsung dalam
keadaan tertutup semua katubnya.
5. Proses Pembakaran. Energi kimia dari campuran bahan bakar
yang dimampatkan dirubah menjadi energi panas dari gas. Berlangsung
pada bagian akhir tak pemampatan dan bagian awal dari tak pemuaian
(ekspansi). Selama proses ini tekanan dan temperatur dari gas
mencapai harga maksimum.
6. Proses Pemuaian. Energi panas dari gas dirubah menjadi usaha
mekanik. Berlangsung sebagai tak pemuaian yang yang disebut sebagai
tak kerja. Pada proses ini seluruh katup tertutup.7. Proses
Pembuangan. Menurut teori berlangsung seperti tak pembuangan,
tetapi pada prakteknya adalah lebih lama (panjang). Permulaan
membukanya katub pembuang (pada bagian akhir tak ekspansi) dan
katub pembuang menutup pada bagian pertama tak pengisian yang
berikut. Pada proses ini silinder dibersihkan dari sisa gas dan
bersiapsiap untuk siklus yang berikut.
8. Perputaran kerja motor. Agar motor dapat bekerja dengan baik
maka perlu sebelum yang lain dikerjakan, dilaksanakan inspeksi
terhadap pesawat maupun motor dengan menggunakan daftar
pemeriksaan. Dan juga perlu diperhatikan unsurunsur pengamanan
sesuai dengan peraturan yang berlaku. Khusus untuk persiapan di
kabin harus sudah diselesaikan terlebih dahulu sebelum melangkah
untuk menghidupkan motor.
Langkahlangkah pokok peraturan motor setelah persiapanpersiapan
selesai dilaksanakan, sebagai berikut :
a. Persiapan campuran bahan bakar dalam silindersilinder.
b. Mulai pergerakan crankshaft (poros engkol).
c.Mulai pembakaranpembakaran campuran bahan bakar.
d.Pemenuhan pelumasan motor.
e.Mempertahankan kerja motor pada gas kecil.9. Persiapan
campuran bahan bakar dalam silindersilinder mempunyai tujuan agar
di semua atau beberapa silinder terdapat jenis campuran bahan bakar
yang sesuai sehingga motor dapat mulai bekerja. Persiapan tersebut
perlu dilaksanakan secara terpisah, sebab perlengkapan untuk
penyaluran campuran bahan bakar baru dapat memenuhi keperluan
campuran bahan bakar yang diperlukan setelah perputaran mencapai
diatas 300 sampai 400 putaran setiap menit (RPM). Khususnya langkah
ini perlu apabila temperatur rendah, apabi1a motor dingin, maka
bahan bakar sukar mengalir. Pada keadaan udara panas (pada musim
panas) di dalam silinder tersisa bahan bakar dari kerja motor
terdahulu, sehingga dalam hal ini tidak perlu untuk mempersiapkan
secara khusus campuran bahan bakar yang akan digunakan untuk kerja
di dalam silinder.
Permulaan pergerakan crankshaft, dan bagianbagian yang bergerak
lainnya, mempunyai tujuan untuk permulaan energi bagian tersebut,
menghisap dan memampatkan campuran bahan bakar dalam silinder,
membawa bahan bakar ke karburator dan motor. Permulaan perputaran
crankshaft berlangsung sampai motor mencapai perputaran sebesar 50
sampai 80 RPM. Pada perputaran tersebut magnit dapat menghasilkan
bunga api di dalam silinder, yang diperlukan untuk pembakaran
berikut yang hasilnya untuk pergerakan selanjutnya. Perputaran
pertama crankshaft dilaksanakan dengan berbagai cara tergantung
dari jenis motornya. Caracara tersebut adalah dengan memutar
propeller dengan tangan, memutar propeller dengan tali karet, auto
starter atau starter yang dibangun di motor.
PERLENGKAPAN UNTUK PERGERAKAN MOTOR
10. Perputaran dengan tangan. Cara ini hanya dilakukan untuk
motormotor yang bertenaga kecil yaitu sampai 200 HP, yang cukup
dengan tenaga tangan manusia. Memutar motor dengan tangan adalah
sangat berbahaya, sehingga memerlukan perhatian khusus dan petunjuk
teknis secara khusus. Perputaran motor dengan tangan digunakan pada
motor yang bertenaga kecil. Memutar motor dengan tangan dilakukan
dengan bantuan batangan untuk memutar starter, setelah motor dapat
hidup maka segera batangan tersebut dilepas dari starter.Pada
motormotor yang bertenaga besar, menggunakan auto starter.
Perputaran motor dengan starter udara. Memutar motor menggunakan
starter udara digunakan pada motor yang bertenaga besar. Starter
diputar dengan bantuan udara yang dialirkan ke dalam starter,
sehingga untuk ini terdapat perlengkapan udara khusus untuk
keperluan tersebut.
11. Perputaran motor dengan starter elektrik. Pada starter ini
dibutuhkan tenaga elektromotor sebesar 1 2 KW. Energi listrik
didapat dari batery pesawat.
12. Perputaran motor dengan Elektroenergi starter. Memutar motor
menggunakan starter elektro energi adalah cara yang lebih baik.
Perlengkapan tersebut terdiri dari
a.Elektromotor
b.Kopling otomatis
c.Penggerak
d.Reduktor
eBidang gesek
fKopling.
MOTOR PISTON 4 TAK (FOUR STROKES RECIPROCATING ENGINE)
13. Konstruksi motor piston 4 tak berlainan dengan motor piston
2 tak. Motor piston 4 tak mempunyai katubkatub yaitu katub isi
(intake valve) dan katub buang (exhaust valve). Katub ini
dihubungkan dengan pipa isi yang dihubungkan dengan karburator.
Katub isi membuka dan menutup lubang isi. Katub buang membuka dan
menutup lubang pembuangan.
Adapun bekerjanya motor piston 4 tak secara teoritis adalah
sebagai berikut :
TAK I (Langkah penghisapan = intake stroke)
Pada waktu piston mencapai kedudukan titik mati atas, maka katub
isi membuka. Selanjutnya piston bergerak ke bawah, makin lama
ruangan di atas piston makin besar dan tekanannya mengecil, lebih
kecil dari tekanan udara luar (satu atmosfir). Maka campuran bahan
bakar dan udara terhisap masuk ke dalam silinder. Pada waktu
langkah penghisapan ini katub buang tertutup.
TAK II (Langkah kompresi = Compression Stroke)
Pada akhir langkah penghisapan yaitu pada waktu piston mencapai
TMB, katub ini menutup sedangkan katub buang tetap menutup.
Selanjutnya piston bergerak ke atas. Campuran bahan bakar dan udara
ditekan. Waktu piston mencapai titik mati atas (TMA), maka campuran
bahan bakar dan udara dinyalakan dengan api listrik dengan
perantaraan busi. Maka campuran bahan bakar dan udara terbakar dan
tekanan naik tinggi.
TAK III (Langkah tenaga = Ekspansion Stroke = Rower Stroke)
Katub isi, maupun katub buang keduaduanya masih tetap tertutup.
Tekanan gas yang tinggi mendesak piston ke bawah. Pada gerak ini
motor menghasilkan tenaga.
TAK IV (Langkah pembuangan = Exhaust Stroke)Pada akhir langkah
tenaga yaitu pada saat piston mencapai TMB, maka piston bergerak
dan mendorong gas yang terbakar ke luar melalui lubang buang yang
telah dibuka oleh katub buang. Setelah piston mencapai TMA, maka
katub buang akan menutup dan katub isi membuka dan mulailah dengan
langkah penghisapan lagi. Gambar membuka dan menutupnya katub pada
taktak I, II, III, IV, adalah sebagai berikut
Gambar 2.1 Langkah intake, kompresi, power dan exhaust
Jadi pada motor 4 tak, dalam empat gerak atau dua putaran penuh
poros engkol (crankshaft) hanya dihasilkan satu gerak kerja
(langkah kerja). Campuran hanya udara dan bahan bakar saja, tidak
dicampur dengan pelumas. Untuk permulaan digunakan minyak
pelumas.
14.Motor 4 tak ini sekarang dipakai luas dalam penerbangan,
karena dapat memenuhi syaratsyarat yang diperlukan, antara lain
:
a. Dapat menghasilkan tenaga yang besar
b. Lebih hemat dipandang dari sudut bekerjanya dan
perawatannya
c. Dapat berjalan dengan tenang dari putaran rendah sampai
putaran tinggi
15. Uraian dasardasar tentang bekerjanya motor secara teoritis
adalah seperti telah diterangkan di atas, tetapi pada kenyataannya
tidaklah begitu halnya. Untuk mendapatkan tenaga dari motor yang
sebesarbesarnya, maka pandangan teori tersebut dikenakan perubahan
yang sesuai, dengan keadaan materi yang mengambil bagian pada
bekerjanya motor.
Jadi untuk mendapatkan tenaga dari motor yang sebesarbesarnya,
tergantung dari pada :
a. Volumetric efficiency.
b. Valve timing.
c. Ignition timing.
d. Campuran udara dan bahan bakar.
Volumetric Efficiency
16. Daya dari motor bakar terutama tergantung dari pada
banyaknya kalori yang dihasilkan pada tiap langkah kerja dalam
silinder. Banyaknya kalori tersebut tergantung pula dari jumlah
campuran bahan bakar dan udara yang dihisap pada langkah
penghisapan.
Untuk meninggikan volumetric efficiency (efisiensi pengisian)
harus diingat macammacam faktor antara lain :
a.Pipa harus licin dan jangan berlikuliku.
b. Rumah katub maupun katubnya harus dibuat licin, maksudnya
ialah agar jangan menghambat jalannya campuran bahan bakar dan
udara yang akan masuk ke dalam silinder.
c. Untuk memperoleh pengisian yang baik pada motormotor modern
dilengkapi dengan "Supercharger". Supercharger adalah alat untuk
melaksanakan pengisian bahan bakar ke dalam motor dengan tekanan.
Superchargering adalah prinsip pengisian dergan tekanan.
d.Temperatur harus dijaga jangan terlalu panas pada waktu akan
masuk karena beratnya akan berkurang.
Untukmenentukan volumetric efficiency, maka banyaknya gas yang
dimasukkan dalam silinder harus di reduce menjadi gas pada 100 C
dan 1 kg/cm2. Maka teranglah bahwa makin rendah temperatur dari
campuran bahan bakar dan udara yang masuk dalam silinder, makin
tinggi pula volumetric efficiencynya.
ValveTiming (Saat membuka menutupnya katub)
17. Saat membuka dan menutupnya katubkatub itu ditentukan oleh
derajat porosengkol/crankshaft dan tergantung dari pada type
motornya. Pada umumnya valve timing tersebut sebagai berikut :
a.After Bottom center ABC - Exhaust closes EC
b.After top center ATC - Exhaust open EO
c.Before bottom center BBC - Intake closes IC
d.Bottom center BC - Intake open IO
e.Bottom dead center BDC - Top center TC
f.Before top center BTC - Top dead center TDCApabila menutup dan
membukanya katubkatub ini digambarkan, maka. bentuknya akan seperti
dibawah ini.
Gambar 2.2 Pengisian dan Valve Timing (saat membuka menutupnya
katub).
18. Menurut teori pembukaan dan penutupan dari katub isi harus
tepat pada TMA dan TMB. Tetapi mengingat bahwa campuran bahan bakar
dan udara mempunyai energi gerakan, maka untuk menggerakkan
campuran itu memerlukan waktu. Pada akhir gerak buang maka di dalam
pipa isi berada dalam keadaan henti. Yang dikehendaki ialah pada
waktu penghisap mencapai TMA pintu bagi campuran yang akan masuk
silinder telah penuhterbuka. Dengan kata lain, bahwa katub isi
sebelum penghisap mencapai TMA, katub isi telah dibuka penuh.
Setelah piston mencapai TMB dan mulai bergerak ke atas, katub masih
dibiarkan membuka karena pada saat itu kecepatan campuran bahan
bakar dan udara tetap tinggi, jadi masih berusaha terus untuk masuk
silinder. Pada suatu saat kecepatan penghisap cukup tinggi untuk
mengalahkan kecepatan campuran, hingga bisa mendesak campuran untuk
keluar lagi (pada saat ini kecepatan campuran = 0).
Maka telah terjadi pengisian yang maksimum dan pada saat ini
katub isi ditutup. Selanjutnya diteruskan dengan saat membuka dan
menutupnya katub buang. Secara teori katub buang dibuka pada TMC
pada akhir gerak kerj a atau ekspansi. Pada keadaan ini maka
gerakan piston ke atas (pada permulaan gerak buang) akan mendapat
tekanantekanan dari gas yang telah terbakar, sehingga gerakan
piston itu memerlukan energi yang lebih besar. Maka dari itu
sebelum piston mencapai TMB pada akhir gerak kerja, katub buang
telah terbuka sehingga gasgas yang telah terbakar ada yang
menghembus ke luar, sebelum piston naik ke atas dan selanjutnya
piston tidak mendapatkan tahanan dari gas yang terbakar itu pada
waktu bergerak ke atas (menghembusnya gasgas yang terbakar itu
tidak akan mengurangi daya motor berhubung tekanan ekspansi telah
begitu kecil dan moment putaran dari poros engkol/crankshaft juga
kecil). Pada waktu piston akan mencapai TMA tekanan gasgas yang
terbakar sudah sangat berkurang dari 1 atm. Pada waktu itu katub
telah membuka dan campuran telah mulai masuk silinder. Pada saat
piston mencapai TMA, katub buang masih dibiarkan membuka sebentar,
hasilnya bahwa campuran murni akan mendesak sisasisa gas yang
terbakar keluar melalui katub buang hingga sisa gas pembakaran
minimum yang tertinggal dalam silinder dan pengisian bisa didapat
dengan sebaikbaiknya.
Terlihat disini bahwa pada akhir gerak buang dan permulaan gerak
isi, kedua katub membuka bersamasama. Katubkatub dibuka oleh suatu
alat yang dinamakan NOK atau CAM. Pemasangan noknok ini tergantung
pada type motor. Pada motor bertype "IN LINE" maka nok ini diatur
pada suatu poros dan disebut POROS NOK (Can Shaft). Pada motor
bertype Radial, maka nok diatur pada suatu PIRINGAN NOK (Condice).
Pada motor "IN LINE" kita telah mengetahui bahwa dalam dua putaran
poros engkol katub buang dan katub isi masingmasing dibuka hanya
satu kali, jadi poros ini harus mempunyai putaran setengah putaran
poros engkol. Tiaptiap katub mempunyai nok sendirisendiri. Ada
motor yang mempunyai dua poros engkol, satu untuk katub isi dan
yang lain untuk katub buang. Ada pula yang hanya mempunyai sebuah
poros nok yang melayani baik katub isi maupun katub buang. Pada
motor "RADIAL" mekanisme penggerak katub tidak semudah dibicarakan
disini. Seperti pada motor in line putaran piringan nok ada yang
searah dengan putaran poros engkol ada yang berlawanan tergantung
dari pada gigi penggeraknya.
19. Ignition Timing. Penyalaan campuran bahan bakar dan udara
dalam silindersilinder motor piston pesawat terbang dilakukan oleh
bunga api listrik. Itu adalah satu satunya cara untuk dapat
mencegah pembakaran bahan bakar berlaku awal sesuai urutan kerja
silinder dan banyaknya pembakaran dalam satuan waktu maka dari itu
motormotor piston pesawat terbang gerakannya tinggi, dan memerlukan
silinder yang banyak, sehingga memerlukan jumlah pembakaran yang
sangat besar, dan berkisar 80 450 pembakaran dalam satu detik.
Contoh : Motor dengan 12 silinder dan 2700 putaran setiap menit
memerlukan banyaknya pembakaran sebesar :
Temperatur campuran mencapai 3000 50000 F.
Pembakaran campuran dilaksanakan oleh dua buah busi yang
terdapat disetiap satu silinder. Masingmasing busi mempunyai sumber
listrik. Perlengkapan untuk penyalaan terdiri dari elemenelemen
dasar :
a.Dua magnit
b.Saluran tegangan tinggi
c.Busi
d.Pelindung rangkaian
e.Pemutus arus (sakelar)
f.Saluran arus lemah.
PRINSIP KERJA MOTOR PISTON OTTO 2 TAK
20.Pada motor piston 2 Tak, 1 proses lengkap berlangsung dalam 2
langkah atau 1 putaran. Pada motor 2 Tak yang sederhana lazimnya
tidak ada katub pengisian dan katub pembuangan. Masuknya bahan
bakar dengan udara dalam silinder serta keluarnya sisa gas bekas,
diatur oleh piston dan pompa pembilas. Pada dinding silinder
umumnya terdapat 2 barisan lubang. Barisan lubang pertama berguna
untuk pemasukan gas baru dan barisan lubang kedua untuk pembuangan
gas bekas. Pembukaan dan penutupan lubanglubang tersebut diatur
oleh piston. Oleh karena itu piston dibuat panjang. Pemasukan gas
baru berlangsung hanya sebagian dari langkah saja, ialah selama
lubanglubang pengisian terbuka oleh piston. Cara pengisian pada
motor 2 Tak berbeda dengan motor 4 Tak. Mengingat waktunya yang
lebih sempit itu, maka gas baru harus ditekan masuk ke dalam
silinder oleh pompa pembilas dengan tekanan antara 1,05 sampai 1,1
atm. Pembuangan gas bekas berlangsung selama lubanglubang
pembuangan terbuka oleh piston.
21. Cara kerja motor piston OTTO 2 Tak. Pada waktu piston
bergerak ke bawah, maka campuran murni ini ditekan dan memasuki
silinder melalui lubang pengisian. Campuran murni ini mendesak gas
bekas keluar melalui lubang pembuangan. Setelah piston mencapai
TMB, mulailah piston bergerak ke atas. Lubang pemasukan tertutup,
lubang pembuangan tertutup, lubang/lorong pengisian terbuka. Ruang
atas piston sekarang hanya terdapat kirakira campuran murni saja,
dan ditekan keras (kompresi). Lorong pengisian terbuka dan di dalam
kotak crankcase sedikit vacuum, dan juga karena pengaruh gerakan
piston ke atas, maka campuran murni masuk lagi ke dalam kotak
crankcase untuk pengisian selanjutnya. Pada waktu piston mencapai
TMA, maka campuran ini dinyalakan dengan api listrik dengan
perantaraan busi, selanjutnya campuran tersebut terbakar, tekanan
naik tinggi dan menekan piston ke bawah. Ini dinamakan ekspansi
menghasilkan kerja. Gerakan ke bawah dari piston ini mendesak
campuran yang berada di crankcase, selanjutnya lubang pembuangan
terbuka dan gas yang terbakar keluar, disusul dengan membukanya
lubang pengisian, maka campuran murni mulai masuk silinder dan
mendesak gasgas yang terbakar keluar.
Jadi pada gerakan piston ke atas (first Stroke), terjadi
a.Kompresi.
b.Memasukkan campuran bahan bakar ke dalam crankcase.
22. Pada gerakan piston ke bawah (second stroke), terjadi
a.Ekspansi menghasilkan kerja.
b.Membuang gas yang terbakar.
c.Mengisi ruang kompresi dengan campuran bahan bakar yang
berasal dari crankcase.
Pada satu putaran penuh crankshaft (poros engkol) atau per dua
gerak, menghasilkan satu kerja. Bahan bakar motor 2 Tak harus
dicampur dengan minyak pelumas, gunanya untuk melumasi dinding
silinder bagian dalam dan bagian motor lainnya.
Keuntungannya
a. Setiap putaran crankshaft terdapat satu gerakan yang
menghasilkan kerja, sehingga tidak banyak putaran seperti pada
motor 4 Tak.
b.Disini dapat dicapai berat yang kecil
c.Pada putaran tinggi gaya bisa besar.
Kerugiannya :
a.bahan bakar campur minyak sehingga mengurangi nilai
pembakaran.b.Motor panas sebab sukar untuk didinginkan silindernya,
yang per dua gerak ada pembakaran.
c.Campuran tidak begitu normal karena campuran murni bercampur
dengan gasgas yang terbaka.
d.Jalannya motor tidak rata.
Motor 2 Tak sekarang tidak dipakai untuk pesawat terbang
berhubung tidak mungkin mendapatkan pengisian yang sempurna. Motor
2 Tak luas digunakan sebagai motor darat.
Gambar 2.3 Kerja motor 2 tak
Soal Latihan :
a. Gambarkan dan jelaskan tentang empat langkah dan lima event
pada siklus piston engine
b. Sebutkan dan jelaskan fungsi masing-masing bagian piston
engine
c. Apa yang dimaksud dengan langkah !
d. Bagaimanakah posisi dari katup intake dan exhaust pada akhir
power stroke !
e. Pada titik apa dalam siklus engine terjadinya event
penyalaan, jelaskan alasannya !
f. Jelaskan konversi energi yang terjadi pada piston engine
!
g. Apakah fungsi dari conecting rod ?
h. Jelaskan prinsip kerja engine 2 langkah !
i. Mengapa engine siklus 2 langkah kurang efisien dibanding
engine 4 langkah !
BAB III
PENDINGINAN MOTOR PISTON DAN KARBURATOR
1. Pengantar. Pendinginan didefinisikan sebagai
perpindahan/penerusan panas dari suatu benda kebenda
lain, dapat dengan cara :
a.Merambat (Konduksi)
b.Arus (Konveksi)
c.Penyinaran. (Radiasi)
Pada motor piston penerusan panas melalui silinder, piston,
katub dan seterusnya.
2. Temperatur normal pada bagian-bagian silinder.
a.Katub pembuang7000 8000 C
b.Silinder katub (dengan pendinginan udara)2200 2850 C
c.Silinder katub dengan zat cair1600 2000 C
d.Silinder katub dengan udara1400 1700 C
e.Silinder katub zat cair1000 1100 C
f.Permukaan piston2000 2500 C
Temperatur gas ratarata disilinder sebesar 600 8000 C.
3. Pendinginan motor piston dengan zat cair. Untuk pendinginan
silinder dipergunakan air sulingan yang dicampur dengan
antifrid.
a. Titik beku O0 C.
b. Titik didih 1000 C.
c. Menimbulkan batubatu karang pada instalasi pendingin.
d. Menimbulkan korosi pada instalasi pendingin.
4.Apabila bagianbagian dari motor piston berhubungan dengan
gasgas panas tidak didinginkan maka :
a.Pada suhu yang tinggi itu bagianbagian tersebut menjadi lemah
dan tidak dapat menahan tegangan yang besar.
b.Dengan adanya suhu yang tinggi itu pada motor piston mungkin
terjadi detonasi .
c.Minyak pelumas akan terbakar, sehingga silinder dari piston
menjadi kotor.
5.Antifrid. Antifrid yaitu campuran etilenglikol dan air.
Sifatnya:
a.Mempunyai titik beku yang rendah.
b.Mempunyai titik didih yang tinggi.
Instalasi untuk sirkulasi zat cair, terdiri dari:
1)Pompa (memompa zat cair ke instalasi).
2)Saluran (tempat mengalir zat cair dari pompa ke blok)
3)Silinder blok (Silinder yang dialiri zat pendingin untuk
mendinginkan silinder).
4)Tanki.
5)Pendingin.
6)Termometer.
7)Pipapipa.
6.Temperatur normal zat cair (pendingin) selama motor bekerja
adalah sebagai berikut :
a.Temperatur zat cair pada waktu masuk 60 + 800 C
b.Temperatur zat cair pada waktu keluar 75 900 C
7.Pendinginan motor dengan udara. Pada motor piston (pesawat
terbang) yang pendinginannya memakai udara, panas dari dinding
silinder, secara langsung diberikan ke udara yang mengaliri
silindersilinder. Arus udara tersebut ditimbulkan oleh propeler,
dan arus udara tersebut mengalir mendinginkan silindersilinder.
Agar dibagian belakang dari silinder juga terdinginkan, maka
dipasanglah deflektor. Tanpa deflektor dibelakang silinder akan
terjadi arus udara turbulensi dan silinder tidak terdinginkan.
Menurut penyelidikan terbukti bahwa luas bagian luar dari silinder
seharusnya 10 x lebih besar dari pada luas bagian dalam dari
silinder. Untuk mencapai luas bagian luar yang sebegitu besar dari
pada luas bagian dalam dari silinder, maka dibuatlah sirip pada
bagian bagian luar dari silinder dari silinder siripsirip tersebut
dibuat dari almunium.
8.Bentukbentuk sirip sebagai berikut:
a. Empat persegi panjang.
b. Trapesium.
C. Konus (tirus).
d. Parabola.
Paling baik adalah sirip berbentuk parabol, karena pada berat
yang sama mempunyai luas pendinginan yang paling besar. Tetapi ini
sangat sukar untuk dibuatnya. Maka dari itu jarang dipergunakan
dalam pemakaian. Paling banyak dipergunakan ialah sirip bentuk
empat persegi panjang (paling tidak baik/menguntungkan dalam segi,
tetapi paling mudah dibuat) dan juga trapesium banyak dipakai.
9.Kualitas pendinginan motor piston dengan udara tergantung dari
faktorfaktor sebagai berikut :
a.Macam sirip dan bahannya.
b.Kecepatan udara melalui sirip (ratarata 30 60 m/det)
c.Arah arus udara terhadap sirip.
d.Kebersihan sirip (sirip yang kotor pendinginannya tidak
baik).
e.Baikburuknya sirip dan defektor.
10.Perbandingan antara baik buruknya character dengan udara dan
cairan.
Cara pendinginan cukup berpengaruh pada konstruksi , ekonomis
pemakaian (eksplotasi) dan juga pada perforrmanse (kemampuan) dari
motor. Kedua cara pedinginan itu yaitu dengan cara udara dan
cairan, kebaikan dan keburukan (kekurangannya) yang mana akan
tampak sebagai berikut :
11.Pendinginan motor dengan udara:
a.B.D. motor, yaitu berat motor tiap 1 MP adalah kecil.
b.Konstruksi motor sederhana dan mudah perawatannya dalam
pemakaian.
c.Kepastian kerja motor terjamin.
d.Tidak ada kemungkinan pembekuan terhadap instalasi
pendinginan.
e.Tidak memerlukan cairan untuk pendinginan.
f.Pembuatan motor lebih murah.
g.Kemungkinan kecil kerusakan pada motor terhadap serangan
musuh.
12.Pendinginan motor dengan cairan.
a.Pendinginan silinder lebih rata.
b.Ekonomis, karena motor dapat bekerja (dengan) unsur campuran
miskin.
c.Menstart (menghidupkan) motor mudah walaupun temperatur udara
luar rendah dan cepat pemanasannya.
d.Luas penampang motor kecil.
13.Pelumasan Motor Piston. Pergerakan suatu permukaan benda
terhadap permukaan benda yang lain, akan menimbulkan gaya yang
arahnya berlawanan dengan arah gerak dari benda tersebut. Gaya
tersebut adalah gaya gesek (gaya hambatan). Untuk mengatasi gaya
tersebut, dipergunakan tenaga tertentu, yang mana tenaga tersebut
lalu di rubah menjadi panas dan panas tersebut menyebabkan
permukaanpermukaan yang bergesekan menjadi panas, maka dari itu
permukaanpermukaan tersebut harus didinginkan.
14. Gaya Gesekan dapat ditimbulkan dengan berbagai cara :
a.Gesekan karena luncuran. Gesekan karena luncuran timbul
(terjadi) apabila suatu permukaan dari suatu benda bergerak
terhadap permukaan benda yang lain, yang mana selama bendabenda itu
bergerak, permukaanpermukaan bendabenda tersebut langsung
bersinggungan. Gesekan karena luncuran itu dapat dibagi menjadi
beberapa kemungkinan, yaitu :
1) Gesekan kering. Yang terjadi apabila suatu permukaan benda
selama peluncurannya bersingggungan langsung dengan permukaan benda
lain.
2)Gesekan basah. (karena adanya cairan diantara dua permukaan
yang bergesekan tersebut terdapat cairan (pelumas).
b. Gesekan karena perputaran. Karena deformasi maka ada usaha
yang hilang, atau moment yang hilang untuk memutarkan pipa/bola
besi. Hal tersebut diatas terjadi apabila sebuah pipa/peluru besi
tergulung pada suatu permukaan. Akibatnya bidang tersebut deformasi
dalam bentuk bola/pipa.
c.Guna pelumasan (tomasevic). Pada motormotor piston sangat
banyak terdapat permukaan yang bergesekan. Gesekan terjadi
diantaranya :
1)Gesekan antara piston, ring piston dan dinding silinder bagian
dalam.
2)Gesekan antara batang pendorong (connecting road) dengan
dudukan (ingat metal) dari kruk as.
3)As.
4)Gesekan pada lager (peluru).
Semua permukaan tersebut harus dilumasi agar memperkecil gesekan
antara permukaan dan dengan begitu memperbesar efektifitas dari
motor tersebut.
15.Kegunaan dari pelumasan adalah :
a.Memperbesar efektifitas dari motor.
b. Menjaga supaya gesekangesekan yang terdapat pada bagianbagian
yang bergerak dibatasi (dengan minyak pelumas) hingga menjadi
sekecil-kecilnya.
c. Membatasi ausnya bagianbagian dari motor karena gesekan.
d. Selain untuk pelumasan, pelumasan digunakan untuk
pendinginan, antara lain piston, dan dudukan tersebut.
16.Karena pelumasan yang kurang baik, dapat mengakibatkan :
a.Permukaanpermukaan yang bergesekan cepat aus.
b.Dapat menimbulkan terbakarnya bagianbagian tertentu patah dan
sebagainya.
18. Terlalu banyak pelumas, juga mengakibatkan :
a.Busi tertutup dengan lapisan minyak dan akhirnya macet
businya.
b.Pemakaian minyak pelumas boros.
KARBURATOR
19.KARBURATOR. Komponenkomponen untuk pengaliran bahan bakar
diantaranya ialah
a. Pompa bahan bakar
b. Fuel, filter (peryaring bahan bakar)
c. Pipa penyalur
d. Karburator
20. Karburator ialah alat untuk membuat campuran bahan bakar
dengan udara yang diperlukan oleh motor pada tiap tiap mesin kerja
motor. Menurut konstruksi dan prinsip kerjanya, karburator dapat
dihagi menjadi 3 (tiga) group :
a.Karburator dengan pelampung.
b.Karburator dengan membran.
c.Karburator dengan penyemprotan bahan bakar.
21.Tuntutantuntutan dasar yang harus dipenuhi oleh karburator
adalah sebagai berikut :
a.Keperluan campuran bahan bakar dan udara untuk semua rejim
kerja motor. Ini berarti harus merubah jenis campuran bahan bakar
dan udara sehubungan dengan berubahubahnya putaran motor.
b.Motor mudah untuk dlhidupkan.
c.Motor ekonomis artinya fuel consumptionnya sedikit.
d.Kecepatan perjalanan bahan bakar bagus. Ini berarti bahwa
waktu yang diperlukan untuk kerja motor dari gas kecil sampai
maksimum dan sebalikrya.
e.Selalu ada campuran bahan bakar dan udara dengan adanya
perubahan ketinggian terbang.
f.Kerja motor tidak terganggu dengan perubahannya posisi pesawat
terbang (dalam keadaan terbang).
g. Menurut konstruksinya harus sederhana.
KARBURATOR DASAR
Gambar 3.1 Karburator
22. Prinsip Kerja. Bahan bakar dari tanki masuk ke bak (ruang
pelampung). Pelampung dan jarum gemanya untuk mempertahankan
permukaan bahan bakar. Udara masuk melalui pipa mengarah agar
terjadi aliran maka harus terdapat perbedaan tekanan. Perbedaan
tekanan di venturi menyebabkan mengalirnya bahan bakar dari ruang
pelampung melalui spocier (lubang sempit) ke silinder. Bahan bakar
sebelumnya sampai ke katup kupukupu telah bercampur dengan udara
campuran bahan bakar dan udara meliputi katup kupukupu terus menuju
ke silinder.
Yang Diberikan Oleh Karburator Dasar :
a.Apabila putaran motor (n) rendah. Perbedaan tekanan kecil,
sedikit bahan bakar yang 1ewat, hanya sedikit bahan bakar yang
bercampur dengan udara, jadi terjadilah campuran bahan bakar dan
udara yang miskin.
b.Apabila putaran motor (n) besar. Perbedaan tekanan besar,
banyak bahan bakar yang lewat, banyak bahan bakar yang bercampur
dengan udara, jadi terjadilah campuran bahan bakar dan udara yang
kaya.
23.Yang dibutuhkan oleh motor:a.Apabila putaran motor (n) keci1,
di butuhkan campuran bahan bakar
yang kaya 0,65 0,80.
b.Apabila putaran motor (n) besar dibutuhkan campuran bahan
bakar
yang miskin .0,80 1,05
24.Jadi Kesimpulan :
a.Apabila motor membutuhkan campuran (bahan bakar dan udara)
yang kaya,
karburator dasar memberikan campuran bahan bakar yang
miskin.
b.Apabila motor membutuhkan campuran (bahan bakar dan udara)
yang miskin, karburator dasar memberikan campuran bahan bakar yang
kaya.
25.Per1engkapanperlengkapan tambahan untuk karburator dasar.
a.Ruang pembantu untuk pemiskinan campuran bahan bakar dan
udara.
b.Perlengkapan untuk gas kecil.
c .Ekonomaiser
d.Perlengkapan untuk percepatan motor.
e.Koreksi pada ketinggian.
26.Untuk putaran maksimum motor memerlukan campuran bahan bakar
yang miskin (max = 0, 9 - 0,95). Apabila katub kupukupu terbuka
penuh, sistem mekanis menekan pegas dan tirus terbukalah lobang A,
maka mengalirlah tambahan bahan bakar. Campuran yang terjadi
menjadi kaya. Apabila katup kupukupu berubah posisi, maka
keterangannya sebaliknya.
27. Perlengkapan untuk percepatan motor. Fungsi dari
perlengkapan tambahan ini ialah apabila katup kupukupu menutupnya
secara mendadak, maka perlengkapan ini akan memberikan bahan bakar
tambahan agar motor tidak berhenti bekerja (mati). Kalau handel gas
ditarik katup kupukupu mendadak membuka udara masih banyak yang
mengalir sedangkan banyaknya bahan bakar yang mengalir masih tetap
konstant dan campurannya miskin. Padahal motor membutuhkan campuran
yang kaya. Maka kadangkadang kalau menutupnya secara mendadak dan
motor mati (tidak bekerja).
Gambar 3.2 Ekonomizer
Gambar 3.3 Perlengkapan percepatan motor
28. Koreksi pada ketinggian. Dengan penambahan ketinggian
terbang, banyaknya udara yang mengalir mnelalui karburator makin
berkurang sebanding dengan BD udara. BD bahan bakar, dalam hal ini
tidak berubah (walaupun ketinggiannya berubah), maka dari itu
campuran bahan bakar akan berubah menjadi kaya, apabila ketinggian
terbangnya ditambah.
29. Latihan Soal :
a. Apa yang dimaksud dengan pendinginan dan jelaskan
cara-caranya !
b. Apa yang terjadi bila bagian-bagian motor piston tidak
didinginkan ?
c. Jelaskan sifat-sifat antrifid !
d. Terangkan mekanisme pendinginan dengan udara !
e. Jelaskan mekanisme pelumasan motor piston !
f. Sebutkan persyaratan dasar dari karburator dan
bagian-bagiannya !
BAB IV
KONSEP DASAR TURBIN GAS
1. Pengantar. Prinsip konversi energi dalam turbin sudah lama
diketahui. Kirakira 130 tahun sebelum Masehi prinsip turbin reaksi
sudah ditemukan oleh Hero. Sedangkan prinsip turbin impuls oleh
Giovanni Branca pada tahun 1629. Pada dasarnya proses konversi
energi dalam turbin merupakan proses ekspansi, yaitu proses
penurunan tekanan. Pada turbin reaksi proses ekspansi tersebut
terjadi baik dalam sudusudu tetap (pengarah) yang terpasang pada
rumah turbin yang tidak berputar, maupun dalam sudusudu gerak yang
terpasang pada roda turbin yang berputar. Sedangkan pada turbin
impuls proses ekspansi hanya terjadi dalam sudusudu tetap saja.
Jadi boleh dikatakan bahwa turbin diketemukan lebih dahulu daripada
mesin torak. Perkembangannya memang lamban, karena pengetahuan
tentang material dan termodinamika belum memadai.
Selanjutnya prinsip sistem turbin gas yang terdiri dari
kompresor, ruang bakar (pembakaran kontinu pada tekanan konstan)
dan turbin (impuls) yang banyak digunakan sekarang ditemukan oleh
John Barber (Nuneaton, Inggris) pada tahun 1791. Kemajuan teknologi
turbin gas juga dipacu oleh temuan turbin uap reaksi oleh Sir
Charles Parsons (Inggris) pada tahun 1884. Turbin uap kemudian
diterapkan pada sistem propulsi kapal dan pusat listrik.
Usaha pengembangan sistem turbin gas diteruskan terutama dengan
terlebih dahulu meningkatkan efisiensi kompresor. Penggunaan turbin
impuls pada sistem turbin gas juga dilakukan oleh Reno Armengaud
dan Charles Lemale (Perancis) yang menghasilkan daya poros 500 hp
pada 5000 rpm, dengan efisiensi termal sekitar 3 5 %. Pada waktu
itu sudusudu didinginkan dengan air yang disemprotkan, sedangkan
jenis turbin yang digunakan adalah turbin impuls karena gas yang
diekspansikan kedalam turbin bertekanan rendah, namun F. Stolze
(Jerman) kemudian juga mencoba menggunakan turbin reaksi yang
dirancang pada tahun 1872 tetapi baru dapat dibuat dan diuji di
sekitar tahun 1904.
Sementara itu Hans H. Holzwarth (Jerman) mencoba merancang
sistem turbin gas dengan pembakaran volume konstan (pembakaran
tidak kontinu). Walaupun demikian hasilnya dianggap tidak praktis
dan efisiensinya rendah. Pcnggunaan turbin gas sebagai turbocarjet
pada motor diesel dirintis oleh Dr. Sefred Buchi (Swiss) pada tahun
1908. Penggunaan turbocarjet pada motor bensin untuk propulsi
pesawat terbang untuk pertama kalinya dirintis oleh A. Rateau
(Perancis) pada tahun 1917. Pada waktu itu teknologi motor bakar
torak telah maju dan berkembang. Dalam hal tersebut penggunaan
turbocarjet diperlukan untuk meningkatkan daya motor atau
mengkompensasi turunnya daya dengan ketinggian terbang. Penggunaan
turbin gas sebagai motor propulsi pesawat terbang dirintis oleh
Frank Whittle (Inggris) yang mengajukan paten untuk sistem turbin
gas dan saluran pembangkit jet, pada bulan Januari tahun 1930.
Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengatasi kesulitan biaya dan
mendapatkan dukungan, tetapi baru 5 tahun kemudian konsep
rancangannya mendapat tanggapan. Pada tahun 1937 motor turbojet
berhasil diuji dengan hasil yang baik. Hal tersebut kemudian memicu
pengembangan desain dan pembuatan motor turbojet. Penelitian dan
pengembangan ditekankan pada peningkatan efisiensi kompresor
(sentrifugal). Namun, perlu dicatat bahwa sebelum Frank Whittle,
sebenarnya sudah ada paten motor jet oleh Lorin (1908) berdasarkan
prinsip motor torak sebagai pembangkit gas; kemudian juga Lorin
(1913) tentang prinsip ramjet; dan M. Guillaume (1921) berdasarkan
prinsip turbin gas sebagai pembangkit gas. Tetapi hal tersebut baru
diketahui pada tahun 1939 oleh Gohlke, seorang pemeriksa paten dari
Jerman.
Turbin gas adalah motor bakar yang terdiri dari tiga komponen
utama, yaitu: kompresor, ruang bakar, dan turbin. Sistem ini dapat
berfungsi sebagai pembangkit gas ataupun menghasilkan daya poros.
Ciri utama turbin gas adalah kompak, ringan, dan mampu menghasilkan
daya tinggi.
Berbeda dengan motor bakar torak, pada turbin gas tidak terdapat
bagian yang bergerak translasi sehingga turbin gas dikatakan bebas
getaran. Di samping itu proses kompresi, pembakaran, dan ekspansi
terjadi secara terpisah, masingmasing di dalam kompresor, ruang
bakar, dan turbin. Turbin menghasilkan daya yang sebagian besar
diperlukan untuk menggerakkan kompresornya sendiri, sisanya untuk
menggerakkan beban disebut daya poros seperti ditunjukkan pada
Gambar 4.1. Beban dapat berupa roda penggerak, propeler, generator
listrik, pompa, fan atau kompresor. Apabila semua daya turbin
digunakan untuk menggerakkan kompresornya sendiri, maka pasangan
kompresor, turbin, dan ruang bakar tersebut hanya berfungsi
menghasilkan gas panas. 0leh karena itu pasangan tersebut dinamai
pembangkit gas (gas generator) seperti pada motor turbojet tersebut
pada Gambar 4.2. Pada motor turbojet, turbin gas berfungsi sebagai
pembangkitgas untuk nosel yang berfungsi menghasilkan pancaran
(jet) gas berkecepatan tinggi, untuk menghasilkan gaya dorong.
Gambar 4.1 Diagram turbin gas dengan poros tunggal
Turbin gas yang dibahas dalam diktat ini akan diutamakan pada
penggunaannya dalam sistem propulsi dengan penekanan pada sistem
propulsi pesawat terbang. Untuk kendaraan darat dan kapal, turbin
gas digunakan untuk menghasilkan daya poros. Tentu saja motor
turbojet dapat digunakan, tetapi tidak efisien dan tidak ekonomis
untuk kendaraan darat, sehingga penggunaannya terbatas pada mobil
olah raga atau yang dirancang khusus untuk pemecahan rekor
kecepatan di darat.
2. Lingkungan dan daerah operasi. Turbin gas memerlukan udara
untuk pembakaran dimana gas panas yang dihasilkan berfungsi sebagai
fluida kerja. Dibandingkan dengan motor bakar torak, udara yang
diperlukan turbin gas relatif sangat banyak, yaitu 3 sampai lebih
dari 10 kaliGambar 4.2 Sebuah motor turbojet dan komponen
utamanyalebih besar. Hal ini disebabkan karena proses pembakaran di
dalam ruang bakar berlangsung kontinu pada tekanan konstan sehingga
temperatur gas (pembakaran) maksimum masuk turbin harus dibatasi,
sesuai dengan kekuatan material yang digunakan dan umurpakai yang
direncanakan. Emisi gas buang turbin gas boleh dikatakan lebih
rendah daripada motor bakar torak, kecuali emisi NO, yang masih
tergolong cukup tinggi. Untuk turbin gas stasioner atau turbin gas
untuk industri, turbin gas beroperasi pada kondisi lingkungan
atmosfer yang boleh dikatakan tetap. Tetapi pada turbin gas untuk
kendaraan kondisi lingkungannya dapat berubah yaitu ketika mendaki
atau ketika beroperasi pada ketinggian yang berbeda. Parameter
lingkungan yang utama adalah tekanan, temperatur, kelembaban
relatif udara atmosfer dan kotoran. Kesemuanya itu berpengaruh pada
prestasi dan efisiensinya. Oleh karena itu perlu diketahui
karakteristik serta perubahan prestasi pada setiap ketinggian. Hal
ini disebabkan karena setiap mesin dirancang pada titik
rancangannya, yaitu menghasilkan daya dan efisiensi yang paling
baik pada suatu kondisi operasi tertentu.
Selanjutnya, turbin gas untuk pesawat terbang beroperasi pada
kondisi lingkungan yang berubahubah, dari ketinggian muka laut
sampai beberapa puluh kilometer di atas muka laut. Perubahan
ketinggian tcrsebut dapat terjadi sangat cepat, tergantung pada
kecepatannya, naik dan turun, serta pada ketinggian, kondisi angin
dan cuaca yang berubah. Oleh karena itu faktor keterpercayaan
menjadi sangat penting karena motor tidak boleh mati pada kondisi
apapun. Namun pesawat terbang dan motor propulsi merupakan satu
kesatuan yang utuh, dengan daerah operasi terletak dalam koridor
terbang, yaitu dalam daerah ketinggian dan kecepatan tertentu,
tergantung dari desain pesawat terbang yang bersangkutan. Koridor
terbang tersebut dibatasi oleh suatu batas gaya angkat (atau stol),
batas temperatur dan batas gaya aerodinamika, seperti terlihat pada
Gambar 4.3. Penggunaan motor bakar torak pada pesawat terbang pun
ada batasnya. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa motor bakar torak
hanya digunakan pada pesawat propeler pada ketinggian rendah serta
kecepatan rendah karena untuk menghasilkan daya yang besar motor
bakar torak akan berukuran besar dan berat sehingga tidak cocok
untuk digunakan pada pesawat terbang besar atau kecepatan tinggi.
Oleh karena itu untuk daya poros yang lebih besar harus digunakan
turbin gas untuk menggerakkan propeler, seperti pada pesawat
turboprop atau menggerakkan rotor seperti pada helikopter. Hal
tersebut ditunjukkan pada Gambar 4.4. Pada kecepatan terbang yang
lebih tinggi, di sekitar M = 1, propulsi propeler tidak efektif
lagi sehingga harus digunakan sistem propulsi jet. Dalam hal
tersebut terakhir turbin gas berfungsi sebagai pembangkit gasGambar
4.3 Koridor terbang beberapa jenis pesawat terbang.
.
Gambar 4.4 Karakteristik pemakaian bahan bakar spesifik gaya
dorongGambar 4.5 Karakteristik gaya dorong spesifik3. Turbin gas
untuk pesawat terbang. Dalam pasal ini akan dibicarakan tentang
turbin gas untuk sistem propulsi pesawat terbang, yaitu turboprop
dan turboshaft, turbojet, turbofan, ramjet dan turboramjet. Semua
jenis motor propulsi tersebut menggunakan udara sebagai fluida
kerja, karena itu termasuk golongan motor pengguna-udara
(airbreathing engine). Turbin gas termasuk motor penggunaudara
karena memerlukan udara yang mengandung 21 % volume oksigen (02)
untuk membakar bahan bakar di dalam ruang bakar. Proses pembakaran
tersebut mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi termal;
berlangsung secara kontinu pada tekanan konstan. Dengan demikian
proses pembakaran hanya akan menaikkan temperatur udara (gas
pembakaran).
Sistem propulsi berfungsi menghasilkan gaya dorong pada pesawat
terbang sehingga pesawat terbang akan bergerak. Pada pesawat
terbang bersayap tetap (fixedwing) gerakan maju pesawat akan
menimbulkan gaya angkat, terutama pada sayap yang besarnya
sebanding dengan kuadrat kecepatannya. Ketika gaya angkat yang
terjadi telah melampaui beratnya, maka pesawat akan terangkat dari
tanah dan terbang. Sedangkan pada helikopter, gaya angkat
dihasilkan oleh rotor atau sayap yang berputar. Oleh karena itu
helikopter juga dinamakan pesawat terbang sayap berputar
(rotarywing). Selanjutnya, arah gerakan dan kecepatan helikopter
diatur oleh vektor gaya (resultan) yang dihasilkan rotor.
Turbin gas dinilai sangat cocok sebagai motor propulsi pesawat
terbang karena kompak dan ringan serta mampu menghasilkan daya yang
besar. Hal ini menjadi penting karena adanya kecenderungan terbang
pada kecepatan tinggi serta jarak jelajah yang panjang dan muatan
yang bertambah berat. Motor torak tidak dapat memenuhi hal tersebut
karena ukuran motor menjadi sangat besar dan berat.
Pada awal perkembangan pesawat terbang, mesin uap juga pernah
dicoba digunakan oleh Samuel Plerpont Langley, seorang Amerika,
yang berhasil membuat pesawat miniatur (tanpa awak) pada tahun
1896. Pcsawat terbang tersebut dapat mencapai jarak lebih dari satu
mil pada kecepatan 25 mph. Penggunaan mesin uap untuk pesawat
terbang tidak dilanjutkan karena mesin uap terlalu berat dan tidak
praktis, lagi pula daya yang dihasilkan terlalu rendah. Langley
melanjutkan eksperimennya dengan menggunakan motor bensin, tetapi
ia tidak berhasil menerbangkan pesawatnya karena kecelakaan pada
waktu tinggal landas. Pada tahun 1905, Wilbur dan Orville Wright
menggunakan motor bensin sebagai motor propulsi pesawat terbang
propeler yang pertama dapat dikendalikan dengan baik oleh
penerbang; mencapai waktu terbang 38 menit dan jarak terbang di
sekitar 24 mil. Daya motor bensin yang digunakan 12 hp dan berat
spesifiknya (termasuk roda gigi transmisi dan propeler) kirakira
0,1 PS/kg (1PS = 75 mkp/s = 0,9864 hp). Pada tahun 1906 Wright
bersaudara mendapatkan paten dan mendirikan pabrik pesawat terbang.
Walaupun banyak kemajuan yang dicapai sampai pada akhir perang
dunia kedua, dengan berat spesifik 2,0 PS/kg, namun keberadaan
motor torak sebagai motor propulsi pesawat terbang makin berkurang.
Hal tersebut disebabkan terutama oleh kecenderungan penggunaan unit
motor yang kompak dan ringan serta kebutuhan daya yang tinggi.
Selain itu ketersediaan bahan bakarnya makin langka. Karena itu
pemakaian motor torak selanjutnya juga terbatas pada pesawat
propeler kecil dan kecepatan rendah.
Motor diesel juga pernah digunakan tetapi tidak dilanjutkan
karena faktor berat dan getaran yang tidak menguntungkan bagi
penerapannya sebagai motor propulsi pesawat terbang. Sementara itu
motor turbojet mulai dikembangkan pada akhir tahun 1930an karena
kemampuannya menghasilkan gaya dorong dan kecepatan tinggi. Seperti
pada pesawat terbang propeler, awal pengembangan pesawat turbojet
diutamakan untuk kepentingan militer. Baru 10 sampai 20 tahun
kemudian motor turbojet digunakan pada pesawat terbang komersial,
yaitu setelah mencapai tingkat keterpercayaan yang cukup tinggi.
Pesawat terbang militer yang pertama juga dikembangkan oleh Wright
bersaudara pada tahun 1909.
4. Soal Latihan :
a. Terangkan proses perkembangan tentang turbin gas.
b. Sebutkan komponen utama motor turbin gas.
c. Buatlah diagram sebuah motor turbin gas sederhana poros
tunggal
BAB V
KLASIFIKASI MOTOR TURBIN GAS
1. Pengantar. Dalam pokok bahasan berikut akan diperkenalkan
secara singkat tentang bagaimana motor turbin gas itu. Dari sini
diharapkan Karbol akan mengenal lebih dahulu bidang apa yang akan
dipelajarinya, sehingga akan memudahkan pemahaman uraian dan
bahanbahan ajaran berikutnya. Materi yang akan dibahas terdiri dari
3 sub pokok bahasan, yaitu :
a. Klasifikasi motor turbin gas
b. Bagianbagian/konstruksi motor turbin gas
c. Penggunaan motor turbin gas pada pesawat terbang
2. Klasifikasi umum motor turbin gas. Motor turbin gas adalah
mesin penggerak yang paling dominan digunakan dalam dunia
penerbangan dewasa ini, baik sebagai motor penggerak sarana
transportasi udara untuk kepentingan damai maupun untuk kepentingan
militer/pertahanan keamanan. Sejalan dengan kemajuan ilmu
pengetahuan dan teknologi, terciptalah motor turbin gas yang
relatif lebih ringan, efisien dan tahan lama.
Dari segi ilmiah motor turbin gas adalah sejenis mesin yang
mengubah energi kimia bahan bakar menjadi daya mekanik. Bahan bakar
dapat berupa padat, cair atau gas. Pelepasan energi kimia tersebut
dilakukan dengan cara mereaksikan bahan bakar dengan oksigen yang
terdapat dalam udara. Proses tersebut disebut proses pembakaran,
dimana energi kimia akan muncul dalam bentuk panas dan panas ini
dirubah menjadi daya mekanik.
Telah disampaikan bahwa dalam proses pembakaran, energi kimia
muncul dalam bentuk panas dan panas ini dirubah menjadi daya
mekanik. Ditinjau pengubahan dari energi kimia menjadi daya
mekanik, motor bakar dapat digolongkan menjadi 2 golongan sebagai
berikut :
a. Motor pembakaran luar (Exsternal Combustion Engines) pada
motor jenis ini, proses pembakaran menghasilkan panas, kemudian
panas tersebut diteruskan kepada suatu media thermodinamis
(biasanya air). Akibat menerima energi panas, media tersebut akan
berkembang dan menggerakkan piston dari mesin (mesin uap, turbin
uap). Dengan demikian piston atau turbin itulah yang mengubah
energi panas menjadi daya mekanik.
b. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engines). Pada
jenis motor ini proses pembakaran menghasilkan panas dari media
thermodinamis. Media thermodinamis tersebut kemudian menggerakkan
piston dari motor turbin gas.
3. Motor pesawat terbang. Kedua proses pembakaran tersebut
diatas, dapat dibandingkan kelebihan/kekurangannya sebagaimana
telah dijelaskan dalam bab 1. Dari uraian tersebut, motor pesawat
terbang tergolong yang internal Combastion Engines (mesin
pembakaran dalam), dimana energi thermal yang dihasilkan untuk
melakukan kerja mekanik atau mengubah energi thermal menjadi energi
mekanik. Proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu
sendiri sehingga gas hasil pembakaran yang terjadi berfungsi
sebagai fluida kerja. Di tinjau dari sistem yang digerakkan oleh
media thermodinamis, motor pembakaran dalam dapat digolongkan
menjadi :
a. Motor Piston. Ialah motor yang pengubahan mesin panas menjadi
daya mekanik dilakukan dengan desakan (ekspansi) gas hasil
pembakaran (media thermodinamis) pada piston di dalam silinder,
dengan demikian gerakan piston merupakan gerakan bolak-balik.
Uraian tentang motor piston secara luas dan rinci bisa dibaca
kembali pada bab 1 3.
b. Motor Turbin Gas/Turbin Gas. Ialah motor turbin yang
pengubahan energi panas menjadi energi mekanik dilakukan dengan
mendesakkan (mengekspansi) gas hasil pembakaran (media
thermodinamis) melalui daundaun turbin (turbine blades). Dengan
demikian gerakan turbin adalah gerakan rotasi.
4. Klasifikasi khusus motor turbin gas. Motor turbin gas dapat
diklasifikasikan secara khusus menjadi beberapa bagian :
a. Berdasarkan suplai bahan bakar/udara :
1) Roket
2) Air Consuming Engineb. Berdasarkan pemakaian kompresor/tidak,
air consuming engine dibagi menjadi tiga sebagai berikut :
1) Ram Jet
2) Turbojet/ GTE
3) Pulse Jet
c. Berdasarkan jenis kompresor yang dipakai :
1) Centrifugal Flow2) Axial Flow3) CentrifugalAxial flow5. Motor
penggerak pesawat ruang angkasa. Jenis motor roket, tergolong
keluarga motor turbin gas tetapi mempunyai prinsip kerja yang
berlainan dengan air consuming engine. Hal tersebut mengingat roket
tidak membutuhkan udara luar untuk proses pembakaran, tetapi telah
membawa sendiri bahan bakar dan oxydisernya. Oleh karena itu roket
dapat menjelajahi angkasa luar dimana oksigen sangat kurang bahkan
tidak ada sama sekali.
6. Ramjet. Pada kecepatan terbang supersonik, misalnya M = 2,
energi kinetik udara masuk motor cukup tinggi sehingga difuser
dapat menaikkan tekanan udara sehingga mencapai tekanan yang
diperlukan untuk pembakaran. Karena itu pada kondisi operasi
tersebut tidak diperlukan kompresor dan dengan demikian tidak
diperlukan turbin, seperti terlihat pada Gambar 5.1. Ramjet hanya
terdiri dari tiga komponen utama, yaitu: difuser, ruang bakar dan
nosel. Oleh karena itu hendaknya diperhatikan bahwa ramjet tidak
mungkin bekerja pada kecepatan terbang rendah, apalagi untuk start
dan tinggal landas karena difuser tidak mungkin menghasilkan
tekanan cukup tinggi untuk pembakaran Berdasarkan hal tersebut
penggunaan ramjet selalu dikombinasikan dengan motor turbojet atau
roket. Dalam hal tersebut motor roket bekerja lebih dahulu untuk
start sampai mencapai kecepatan supersonik, setelah itu motor
ramjet dapat bekerja sendiriGambar 5.1 Motor ramjet
Jikalau kecepatan udara masuk ruang bakar masih berkecepatan
supersonik, maka ramjet tersebut dinamai ramjet dengan pembakaran
supersonik atau skramjet (scramjet, supersonic combustion ramjet).
Ram Jet merupakan sebuah pipa terbuka yang didalamnya terdapat
"Fuel Nosel" dan ruang bakar. Gerak maju dari ramjet akan
mengakibatkan udara memasuki bagian depan dari ramjet yang
berbentuk divergen sehingga akan terjadi pengurangan kecepatan
udara dan penambahan tekanan udara. Tekanan tersebut dihasilkan
karena adanya ram pressure yakni perubahan energi kinetik menjadi
pressure energi oleh diffuser. Aliran udara yang sudah menurun
kecepatannya dan meningkat tekanannya masuk ke dalam ruang
bakar.
7. Motor turbojet. Penggunaan motor jet pada sistem propulsi
pesawat terbang didorong oleh adanya keinginan untuk mencari bentuk
sistem propulsi yang lain daripada propulsi propeler yang
tradisional. Selain itu juga karena keterbatasan kemampuan propeler
untuk penerbangan kecepatan tinggi dan pada altitude tinggi. Dalam
hal ini pembangkitan gaya dorong dilakukan dengan menggunakan
nosel, yaitu untuk menghasilkan kecepatan gas yang jauh lebih
tinggi daripada kecepatan terbang. Dengan hal tersebut gaya dorong
dibangkitkan dengan merancang perubahan momentum dari fluida yang
mengalir masuk kedalam dan keluar dari motor jet yang digunakan.
Sedangkan faktor yang dominan dalam unsur momentum tersebut adalah
kecepatan, bukan laju aliran massanya. Paten F. Whittle tentang
motor turbojet meliputi penggunaan kompresor aksial bertingkat dan
kompresor sentrifugal, sebuah ruang bakar, sebuah turbin penggerak
kompresor, dan sebuah nosel. Meskipun F. Whittle adalah pemegang
paten motor turbojet, namun uji terbang pesawat terbang dengan
sistem propulsi turbojet yang pertama adalah hasil rancangan S.
Campini (Itali, 1940). Setelah itu pesawat tempur dan pesawat
pembom Jerman, dan selanjutnya buatan RollsRoyce "Meteor" dan
buatan de Havilland "Goblin", keduanya di Inggris. Baru kemudian
General Electric Company di Amerika Serikat mengembangkan motor
turbojet berdasarkan desain dari Inggris.
Motor turbojet terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu
difuser, kompresor, ruang bakar, turbin, dan nosel seperti terlihat
pada Gambar 5.2. Udara atmosfer masuk kedalam difuser, dengan
kecepatan kirakira sama dengan kecepatan terbang. Difuser menaikkan
tekanan udara dengan jalan menurunkan kecepatannya, yaitu mengubah
energi kinetik menjadi tekanan. Setelah itu udara masuk kedalam
kompresor yang berfungsi menaikkan tekanan udara. Keluar dari
kompresor tekanan dan temperatur udara sudah cukup tinggi untuk
melakukan proses pembakaran bahan bakar didalam ruang bakar secara
kontinu pada tekanan konstan. Gas pembakaran yang dihasilkan masuk
kedalam turbin sehingga menghasilkan daya poros yang diperlukan
untuk menggerakkan kompresor saja. Selanjutnya gas pembakaran
diekspansikan kedalam nosel supaya diperoleh kecepatan gas yang
tinggi untuk menghasilkan gaya dorong jet.
Jadi, penggunaan turbin pada motor turbojet hanyalah untuk
menggerakkan kompresor yang diperlukan untuk menaikkan tekanan
udara untuk pembakaran. Sedangkan difuser digunakan untuk
mengurangi kerja kompresor sehingga mengurangi daya dan ukuran
turbin yang d1perlukan, Karena motor turbojet hanya menghasilkan
gaya dorong jet gas pembakaran, maka sistem turbin gas yang terdiri
dari kompresor, ruang bakar dan turbin, hanyalah berfungsi sebagai
pembangkit gas (gas generator) untuk nosel. Motor turbojet tidak
menghasilkan daya poros. Motor turbojet tidak menggunakan propeler,
karena itu motor turbojet digunakan untuk penerbangan kecepatan
tinggi dan pada altitud (altitude) yang tinggi. Untuk menghasilkan
kecepatan jet gas pembakaran yang lebih tinggi, motor turbojet
dapat dilengkapi dengan ruang bakar kedua (afterburner) yang
dipasang antara turbin dan nosel. Di sini gas pembakaran yang
keluar dari turbin masih mengandung banyak oksigen sehingga
memungkinkan pembakaran bahan bakar yang disemprotkan ke dalam
ruang bakar kedua. Jika engine sudah bekerja dan kompresor berputar
dengan kecepatan yang cukup, maka baik starter motor maupun igniter
akan berhenti bekerjaGambar 5.2 Motor turbojet Pratt & Whitney
J57(JT3)
Motor itu akan hidup terus tanpa bantuan lagi selama bahan bakar
dan udara secara proporsional dan kontinu masuk ke dalam combustion
chamber (ruang bakar) . Turbojet engine bisa bekerja terus menerus
sedemikian adalah karena adanya kompresor. Kompresorkompresor ini
mensuplai udara bertekanan ke dalam combustion chamber untuk
pembakaran yang selanjutnya menghasilkan gas yang memutar turbine.
Siklus ini selalu akan bekerja terus selama proses pembakaran
berlangsung. Turbojet engine dapat digolongkan menjadi tiga macam
menurut jenis kompresor yang digunakan yaitu : Centrifugal
kompresor,axial compressor dan centrifugal axial kompresor.
8. Motor turboprop dan turboshaft. Motor turboshaft adalah motor
turbin gas yang hanya menghasilkan daya poros saja. Jadi turboshaft
digunakan pada helikopter untuk menggerakkan rotorutama dwi
rotorekor, unit daya pembantu (Auxiliary Power Unit, APU); turbin
gas penggerak kapal dan kendaraan darat, dan turbin gas industri.
Sedangkan motor turboprop adalah motor turbojet yang menggerakkan
propeler. Dengan demikian motor turboprop menghasilkan gaya dorong
propeler dan jet; atau motor turboprop adalah motor hibrida antara
motor jet dan propeler.
Motor turboprop dikembangkan di Jerman menjelang akhir perang
dunia kedua, antara lain BMW028, HeinkelHirth He S 02 1, dan
Junkers Jumo 022. Kemudian juga oleh General Electric Company di
Amerika, yang dikenal dengan sebutan "propjef" (TG100); dan di
Inggris oleh pabrik mesin pesawat terbang Bristol Theseus,
RollsRoyce Trent, ArmstrongSiddeley Phyton dan Mamba, dan De
Havilland Goblin, Pada saat itu baru dapat dikembangkan motor
turboprop antara 20005000 PS.
Dalam banyak hal turbin gas lebih disukai karena ukurannya yang
kompak dan ringan serta mampu menghasilkan daya poros yang tinggi,
meskipun motor torak untuk pesawat terbang propeler mampu
menghasilkan daya sampai 5000 PS dan mencapai kecepatan 600900 knot
pada akhir perang dunia kedua. Turbin gas yang boleh dikatakan
bebas getaran itupun memiliki daya tarik untuk daerah daya rendah,
dan seringkali dirasakan lebih bergengsi meskipun motor torak lebih
efisien. Selain itu dapat dibebani penuh dalam waktu dua sampai
tiga menit setelah start, dan mudah perawatannya. Karena turbin gas
bekerja pada putaran yang tinggi, maka diperlukan roda reduksi
sehingga putaran propeler berkisar antara 1000 1250 rpm. Hal
tersebut adalah untuk menjaga agar bilangan Mach pada puncak
propeler tidak melebihi M = 0.70, untuk merghindari terjadinya
kejutan yang menurunkan efisiensi propeler. Selain itu juga untuk
mencegah kebisingan suara propeler bagi penumpang dan masyarakat
sekitar. Dalam kaitan ini roda gigi perlu dibuat lebih ringan serta
ditingkatkan mutunya sehingga terpercaya dan tidak mengeluarkan
suara dan getaran.
Kelemahan propeler tersebut dapat dikurangi atau dikompensasi
misalnya dengan memperkecil diameter, menggunakan jumlah daun
propeler yang lebih banyak, melekukkan ke belakang (sweeping) daun
propeler untuk menurunkan bilangan Mach relatif. Hal tersebut
merupakan prinsip dasar dari pengembangan propfan yang mampu
beroperasi pada kecepatan tinggi. Selanjutnya pengembangan propeler
dengan langkah (pitch) yang variabel (variable pitch propeler)
merupakan usaha mcmpertahankan efisiensi propeler dalam daerah
operasi yang luas. Pesawat propeler baik untuk kecepatan rendah dan
landasan pacu yang pendek.
Seperti dikemukakan di atas pengembangan propeler dilanjutkan
untuk memperbaiki efisiensi pada kecepatan tinggi, yaitu mencapai
efisiensi p = 0.80 pada bilangan Mach di sekitar 0,85. Hal tersebut
dapat dipenuhi oleh propfan atau fan terbuka (unductedfan) yang
berdiameter lebih kecil, daun yang lebih lebar dan lebih tipis
serta melekuk ke belakang, dibandingkan dengan propeler
konvensional. Diagram skematik sebuah motor turboprop dapat dilihat
pada Gambar 5. 3. Pada motor turboprop gaya dorong dihasilkan oleh
propeler P ( 85%) dan nosel N (15%). Gambar 5.3 menunjukkan skema
motor turboprop poros tunggal. Propeler diputar oleh turbin T yang
juga memutar kompresor K. Dalam hal ini sebagian besar (60 %) daya
turbin digunakan untuk menggerakkan kompresor dan sebagian (40 %)
untuk menggerakkan propeler melalui roda gigi reduksi, supaya
kecepatan keliling ujung propeler tidak mencapai bilangan Mach yang
kritis. Dengan demikian propeler dijaga agar tetap bekerja pada
efisiensi aerodinamika yang tinggi. hal tersebut sekaligus
menjelaskan mengapa pesawat turboprop dan helikopter tidak
digunakan untuk terbang pada ketinggian atau (altitude) dan
kecepatan tinggi. Pesawat turboprop baik untuk kecepatan terbang
rendah dan untuk lapangan terbang dengan landasan pacu yang pendek.
Udara masuk motor melalui saluranisap kedalam kompresor sehingga
tekanan dan temperaturnya naik. Udara panas tersebut kemudian masuk
kedalam ruang bakar dan membakar bahan bakar yang disemprotkan
kedalamnya. Pembakaran terjadi secara kontinu pada tekanan konstan
sehingga proses pembakaran diperlukan hanya untuk menaikkan
temperatur udara. Jumlah bahan bakar yang disemprotkan disesuaikan
dengan daya yang harus dihasilkan. Selanjutnya gas hasil pembakaran
keluar dari ruang bakar, masuk kedalam turbin T, memutar roda
turbin dan menghasilkan daya poros yang diperlukan untuk
menggerakkan propeler dan kompresornya sendiri. Energi sisanya
diubah menjadi energi kinetik didalam nosel N untuk menghasilkan
kecepatan gas sesuai dengan gaya dorong jet yang ingin dihasilkan.
Jadi, motor turboprop menghasilkan gaya dorong, F yang terdiri dari
komponen gaya dorong propeler, Fp dan komponen gaya dorong jet, Fj.
Selanjutnya Gambar 5.4 menunjukkan motor turboprop dengan
turbinbebas TN. Dalam hal ini turbin dibagi menjadi dua bagian.
Satu khusus untuk menggerakkan kompresor, dinamai turbinkompresor,
TK. Sedangkan turbin yang kedua khusus menggerakkan propeler
(beban), dinamai turbin daya, TN; atau turbin bebas, bebas dari
kompresor. Berbeda dengan motor turboprop, motor turboshaft hanya
menghasilkan daya poros. Semua energi gas pembakaran dikonversi
menjadi energi mekanis dalam bentuk daya poros turbin. Motor
turboshaft digunakan sebagai motor propulsi helikopter atau unit
daya pembantu (Auxiliary Power Unit), APO atau untuk industri. Pada
prinsipnya Turboprop Engine sama dengan Jet Engine, hanya
perbedaannya terletak pada sarana penghasil daya dorong. Daya
dorong Turboprop dihasilkan dari propeller yang diatur oleh reduce
gear agar putaran propeller tidak melebihi kecepatan suara. Apabila
kecepatan mencapai kecepatan suara, dapat mengakibatkan adanya
turbulensi dan terjadi stall. Sedangkan pada exhaust nosel hanya
menghasilkan sebagian kecil daya dorong. Dengan demikian fungsi
turbine juga berbeda. Pada turbojet engine hanya mengubah sebagian
energi menjadi energi mekanik, secukupnya untuk menggerakkan
turbine dan Alat bantu lainnya. Sehingga sisa energi masih cukup
besar untuk menghasilkan gaya dorong. Sedangkan pada Turboprop,
energi panas dan tekanan sepenuhnya diubah menjadi energi mekanis
untuk menggerakkan proppeller, kompresor dan alatalat bantu lainnya
sedangkan pada exhaust nozzelnya gas yang keluar hanya sebagian
kecil saja. Turboprop juga dikenal dengan sebutan "prop jet", suatu
turboprop engine bisa menggunakan single/dual kompresor, tetapi
pada kenyataannya tidak satupun turboprop engine yang dilengkapi
dengan dual kompresor.
Gambar 5.3 Skema motor turboprop dengan poros tunggal F = Fp +
Fj.
9. Motor turbofan. Sejak awal perkembangan motor turbojet, Frank
Whittle sudah menaruh perhatian terhadap cara meningkatkan
efisiensi propulsi. Dalam hal tersebut pada tahun 1936 ia telah
mendapatkan paten tentang prinsip turbofan. Namun, baru
dikembangkan pada akhir tahun 1960an. Motor turbofan yang pertama,
dengan perbandingan tekanan kompresor di atas 20 : 1, temperatur
gas masuk turbin yang tinggi dan perbandingan simpang yang tinggi,
adalah motor turbojet militer TT 39 untuk pesawat transport
Lockheed C5A, buatan General Electric.
Motor turbofan memanfaatkan segisegi keunggulan motor turboprop
dan turbojet sehingga efektif dan ekonomis untuk penerbangan pada
kecepatan dan altitud lebih tinggi daripada motor turboprop. Gambar
sebuah motor turbofan pada Gambar 5. 5. Pada motor turbofan turbin
gas menghasilkan daya poros untuk menggerakkan fan yang
menghasilkan gaya dorong fan, seperti yang terjadi pada propeler.
Selain itu, berfungsi sebagai pembangkit gas bagi nosel yang
menghasilkan gaya dorong jet (panas). Dengan demikian motor
turbofan menghasilkan gaya dorong yang terdiri dari gaya dorong fan
dan gaya dorong jet (panas). Perbandingan massa udara yang mengalir
melalui fan terhadap massa udara yang masuk kedalam (ruang bakar)
motor turbin gas dinamai perbandingan simpang (bypass ratio), RB.
Biasanya antara 3 dan 5, tetapi cenderung bertambah besar untuk
menaikkan efisiensinya. Aliran udara melalui fan dinamai aliran
dingin dan yang melalui (ruang bakar) turbin gas dinamai aliran
panas. Dari definisi perbandingan simpang tersebut di atas dapat
dikatakan bahwa motor turboprop memiliki perbandingan simpang yang
sangat tinggi.
Gambar 5.4 Motor turboprop dengan turbinbebas
Gambar 5.5 turbofan dengan ruang bakar kedua, dua spul,
digunakan pada pesawat tempur F-15 Eagle dan F-16 Fighting
Falcon
Turbofan engine merupakan motor turbin gas yang terbaik pada
saat ini, karena motor ini dapat menghasilkan thrust yang sangat
tinggi dengan pemakaian bahan bakar yang sangat rendah. Engine ini
pada dasarnya sama dengan Turboprop engine, hanya perbandingan
antara aliran udara yang melewati engine lebih kecil. Turbofan
engine terdiri dari bagian depan suatu tambahan yang dinamakan
"Fan" yang berfungsi sebagai balingbaling. Fungsi fan ini adalah
untuk menambah aliran massa udara ke bagian belakang motor dan
disambung dengan motor turbojet untuk menghasilkan jet thrust.
Aliran massa udara yang menghasilan fan adalah sebesar empat sampai
lima kali lebih besar dari aliran massa udara yang melalui turbojet
kompresor sehingga gaya dorong yang di hasilkan oleh fan kurang
lebih sebesar 80% dari total gaya dorong yang dihasilkan oleh motor
tersebut. Kelebihan Turbofan dibandingkan dengan engine yang lain
adalah memiliki kemampuan mengkombinasikan operation effisiensi dan
menghasilkan thrust lebih tinggi dari Turboprop dan kemampuan
kecepatan yang tinggi serta altitude yang tinggi dari turbojet.
Disamping itu turbofan engine lebih ringan dari turboprop maupun
turbojet.
10. Motor roket. Seperti disebutkan dalam pasalpasal sebelumnya,
turbin gas dan motormotor turbojet, turboprop dan turboshaft,
turbofan, dan ramjet merupakan motormotor propulsi yang memerlukan
udara sebagai fluida kerja dan untuk pembakaran. Sedangkan roket
tidak memerlukan udara karena roket membawa propelan, yaitu bahan
bakar dan pengoksidanya (oksidator) sendiri sehingga daerah
operasinya tidak terbatas di dalam ruang udara atmosfir. Sampai
kini motor roket merupakan satu-satunya motor propulsi yang dapat
beroperasi di daerah hampa udara dan untuk penerbangan antariksa.
Motor roket hanya terdiri dari ruang bakar dan nosel, seperti
ditunjukkan dalam Gambar 5.6 dan termasuk dalam golongan motor
propulsi jet.
Gambar 5.6 Diagram motor roket
Apabila propelan berupa zat padat, motor roket tersebut dinamai
motor roket padat, jika propelannya cair, motor roket dinamai motor
roket cair, seperti terlihat pada Gambar 5. 7.
Sedangkan motor roket hibrida adalah motor roket yang
propelannya terdiri dari zat padat dan zat cair. Semua motor roket
tersebut di atas bekerja dengan gas pembakaran yang diperoleh dari
hasil pembakaran (reaksi kimia) propelan, sehingga termasuk jenis
motor roket kimia. Hal tersebut dibedakan dari jenis yang lain,
yaitu motor roket nuklir dan motor roket listrik.
Pada motor roket nuklir, fluida kerja merupakan gas panas yang
diperoleh dari pendinginan reaktor nuklir. Sedangkan pada motor
roket listrik, gas masuk nosel setelah terlebih dahulu mengalir
melalui medan elektromagnet.
11. Bagianbagian Konstruksi Motor Turbin Gas. Motor turbin gas
tersusun dari beberapa komponen utama sebagai berikut :
a. Inlet Duct. Sebenarnya inlet duct ini bukan merupakan bagian
utama dari suatu motor turbin gas (Gas turbine engine), akan tetapi
sangat berpengaruh terhadap performance motor secara keseluruhan.
Suatu inlet duct harus mampu mensuplai udara baik jumlah maupun
bentuk alirannya kepada sebuah kompresor sesuai dengan
kebutuhannya. Sedangkan fungsi utamanya adalah mengubah energi
kinetik udara masuk ke suatu bentuk ram pressure pada suatu
kecepatan tertentu, dimana perubahan itu harus secara pelan dan
halus (Smooth).
b. Kompresor. Fungsi dari kompresor ialah untuk menaikkan
tekanan udara agar mencapai harga perbandingan tekanan yang paling
baik untuk proses pembakaran dan ekspansi turbin maupun di nosel.
Compression ratio yang setinggitingginya adalah yang dikehendaki,
tetapi sangat dibatasi oleh masalah fisik aliran.
c. Ruang Bakar (Combustion Chamber). Ruang bakar berfungsi
untukmelaksanakan proses pembakaran yang terjadi pada tekanan
konstan. Pembakaran terjadi karena percampuran bahan bakar dengan
udara yang kemudian dibakar oleh percikan api dari suatu
ignitor.
d. Turbine. Komponen ini merupakan komponen yang sangat vital,
sebab pada turbin inilah energi termal dan tekanan dirubah menjadi
energi mekanis. Pengubahan terjadi karena aliran ini melalui daun
turbin, akibatnya turbin berputar selanjutnya dengan melalui shaft
memutar kompresor berikut semua peralatan lainnya (aksesori) yang
berhubungan, sisa aliran yang keluar dibelakang turbin akan
dimanfaatkan sebagai daya dorong. Pencampuran kembali dengan bahan
bakar yang disemprotkan di belakang turbine akan berfungsi sebagai
Afterburner.
e. Exhaust Nosel. Exhaust Nosel berfungsi untuk mengubah energi
panas dan tekanan menjadi energi kinetis, sehingga dapat terbentuk
suatu gas buang yang dapat menjadikannya gaya dorong/Thrust. Uraian
secara rinci tentang komponen motor turbin gas akan dibahas pada
pokok bahasan selanjutnya.
Gambar 5.7 (a) Motor roket padat (b)Motor roket cair dengan
sistem
penyaluran gas tekan
12. Contoh penggunaan motor turbin gas pada pesawat terbang.
Contoh penggunaan motor turbin gas pada pesawat terbang ialah :
a. Pesawat T34 Charlie 1 "Mentor" pesawat latih bagi sekolah
penerbang TNI AU, menggunakan motor "Turboprop" PT6A25 buatan Pratt
& Whitney of Canada.
b. Pesawat HS Hawk MK53, pesawat latih merangkap "Ground
Attacked" TNI AU, menggunakan motor "Turbofan" Adour MK 851 axial
flow Turbo Engine buatan Rolls Royce di Inggris.
13. Soal Latihan:
a. Jelaskan perbedaan antara motor pembakaran dalam dengan motor
pembakaran luar !
b. Jelaskan komponen-komponen utama motor turbine gas dan
fungsinya masing-masing!
BAB VI
TERMODINAMIKA PESAWAT TERBANG1. Pengantar. Dalam bab ini akan
dikemukakan penggunaan turbin gas sebagai bagian dari sistem
propulsi pesawat terbang. Seperti telah disebutkan dalam babbab
terdahulu, pada motor propulsi pesawat terbang, turbin gas dapat
dirancang hanya untuk menghasilkan daya poros. Turbin gas tersebut
biasanya dinamai turboshaft, seperti pada sistem propulsi
helikopter yang menghasilkan daya poros untuk memutar rotor. Namun
pada motor turboprop turbin gas menghasilkan daya poros untuk
memutar propeler, dan menghasilkan gaya dorong jet dengan cara
mengalirkan gas pembakaran yang keluar dari turbin ke dalam
nosel.
Hal yang serupa juga terjadi pada motor turbofan, dimana turbin
gas menghasilkan daya poros untuk menggerakkan fan yang
menghasilkan jet udara, dan gas pembakaran yang menghasilkan jet
panas. Sedangkan pada motor turbojet, turbin gas hanya berfungsi
sebagai pembangkit gas untuk nosel sehingga motor turbojet hanya
menghasilkan gaya dorong jet.
Turbin gas juga digunakan pada roket propelan cair, yaitu
sebagai bagian dari sistem penyaluran propelan dimana turbin gas
menggerakkan pompa propelan. Namun turbin gas yang digunakan disini
bekerja dengan gas pembakaran propelan yang sama dengan propelan
untuk roket sebagai fluida kerjanya sehingga tidak tergantung dari
udara atmosfer.
Turbin gas yang dipersyaratkan untuk propulsi pesawat terbang
tidak sama dengan turbin untuk industri. Faktor keterpercayaan
menempati urutan yang terpenting karena tidak boleh rusak pada
waktu terbang atau harus tetap aman kalaupun terjadi kerusakan.
Umur pakai sangat ditentukan oleh temperatur maksimum gas masuk
turbin, material yang digunakan dan daur atau waktu operasinya.
Oleh karena itu umur pakainya relatif singkat dibandingkan dengan
umur pakai turbin industri yang biasanya beroperasi secara kontinyu
pada temperatur gas maksimum masuk turbin yang rendah.
Sebagai motor propulsi pesawat terbang, faktor ukuran dan berat
sangat menentukan. Motor harus dapat dibuat seringan dan sekompak
mungkin sehingga perlu digunakan desain yang prima dan material
bermutu yang tahan temperatur tinggi, tahan korosi dan erosi.
Desain yang kompak tentu menuntut kemampuan operasi pada putaran
tinggi antara 20.000 sampai 40.000 rpm.
Selanjutnya, kondisi lingkungan atmosfer dimana motor propulsi
bekerja tidaklah tetap melainkan tergantung pada ketinggian operasi
penerbangannya. Hal tersebut sangat kritis pada waktu tinggal
landas dan terbang naik serta pada waktu terbang turun dan
mendarat.
2. Instalasi dan Prinsip Kerja Motor Turbojet. Motor turbojet
terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu: difuser, kompresor,
ruang bakar, turbin, dan nosel, yang disusun seperti terlihat pada
Gambar 6.1. Udara atmosfer dengan laju aliran massa masuk motor
pada seksi 0, pada kecepatan terbang pesawat atau pada kecepatan
isap kompresor, jika pesawat dalam keadaan diam.Selanjutnya urutan
proses dalam motor adalah sebagai berikut:
0 1 =
proses difusi di dalam difuser, D; tekanan udara naik sesuai
dengan perubahan energi kinetik yang terjadi.
1 2 =
proses kompresi di dalam kompresor, K, kompresor ini digerakkan
oleh turbin.
2 3 =
proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar, RB, pada
tekanan konstan; dalam hal ini bahan bakar disemprotkan ke dalam
ruang bakar, sebanyak BB.3 4 =
proses ekspansi di dalam turbin T, sehingga turbin menghasilkan
daya cukup untuk menggerakkan kompresor K dan aksesori lain, karena
motor turbojet tidak dirancang untuk menghasilkan daya poros.
4 5 =
proses ekspansi di dalam nosel, N, sehingga kecepatan gas keluar
nosel (jet), C5 = Cj , jauh lebih tinggi daripada waktu masuk
nosel, C4. Kecepatan C5 = Cj sangat penting bagi motor turbojet,
sebagai faktor dominan yang menentukan besarnya gaya dorong.
Gambar 6.1 Skema mesin Turbojet dan komponen utamanya
D = difuser; K = kompresor; T = turbin; N = nosel; RB = ruang
bakar; = laju aliran massa udara masuk motor; BB = laju allran
massa bahan bakar masuk ruang bakar; f = BB/ perbandingan bahan
bakarudara.
Seperti telah diuraikan di atas motor turbojet tidak
menghasilkan daya poros. Dalam hal ini pasangan kompresor, ruang
bakar dan turbin berfungsi sebagai generator (pembuat) gas bagi
nosel.
3. Siklus turbojet Ideal. Proses siklus sebuah turbojet ideal
ditunjukkan pada diagram hs, seperti terlihat pada Gambar 6.2.
Proses difusi, kompresi, ekspansi dalam turbin dan nosel, dianggap
isentropik; sedangkan proses pembakaran dianggap sebagai proses
pemasukan panas pada tekanan (stagnasi) yang konstan.
Selain itu kerja yang dihasilkan turbin dianggap sama dengan
kerja yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor. Selanjutnya,
fluida kerja dianggap gas sempurna, yaitu gas ideal dengan panas
spesifik konstan.
Gambar 6.2 Siklus turbojet Ideal
4. Siklus turbojet sebenarnya dan efisiensi komponen. Pada
kenyataannya tidak ada proses isentropik atau proses ideal seperti
diuraikan sebelumnya. Namun, dalam praktek selalu diusahakan supaya
prosesproses tersebut mendekati proses ideal, yaitu supaya energi
yang tersedia dapat dimanfaatkan sebesarbesarnya. Bagaimana proses
yang sebenarnya itu mendekati prosesideal dinyatakan dengan
parameter efisiensi. Efisiensi yang lebih tinggi menyatakan bahwa
proses atau hasil yang dicapai itu lebih dekat pada kondisi ideal.
Berikut ini akan diberikan penjelasan mengenai proses yang terjadi
dalam komponen utama motor turbojet pada keadaan sebenarnya.
5. Efisiensi difuser. Proses difusi mengubah energi kinetik
menjadi tekanan. Dalam hal ini prosesnya dapat dianggap adiabatik
tetapi tidak reversibel karena adanya gesekan. Proses ini tidak
tergantung dari karakteristik motor, melainkan pada karakteristik
saluran isap dan penempatannya pada pesawat terbang. Ukuran
efisiensi difuser yang lazim digunakan adalah efisiensi ram.
Efisiensi ram pada umumnya berkisar antara 0.85 0.90 untuk
kecepatan subsonik. Diagram hs untuk difuser dapat dilihat pada
Gambar 6.3.
Gambar 6.3 Diagram h s untuk difuser yang menunjukkan proses
ideal dan proses sebenarnya.
6. Efisiensi kompresor. Seperti pada difuser, proses di dalam
kompresor dapat dianggap adiabatik, tetapi bukan tanpa gesekan.
Jadi proses kompresi sebenarnya tidak isentropik. Hal ini
dilukiskan pada diagram hs, pada Gambar 6.4.
Gambar 6.4 Diagram h s untuk kompresor.
Dalam hal ini ditunjukkan preses ideal yang isentropik dan
proses sebenarnya yang tidak isentropik. Dari gambar tersebut dapat
dilihat bahwa kompresor dalam keadaan sebenarnya memerlukan kerja
kompresi yang lebih besar daripada kompresor ideal (tanpa kerugian,
gesekan), WK > WKs. 7. Koefisien tekanan ruang bakar. Efisiensi
ruang bakar telah didefinisikan menurut persamaan, yaitu
perbandingan antara jumlah bahan bakar yang secara ideal dapat
memberikan kenaikan temperatur fluida, kerja terhadap jumlah bahan
bakar yang sebenarnya digunakan untuk mendapatkan kenaikan
temperatur yang sama dari temperatur awal yang sama. Sedangkan
kerugian tekanan total (stagnasi) yang terjadi diperhitungkan dalam
koefisien tekanan ruang bakar.
Gambar 6.5 Diagram h s untuk pembakaran
Untuk motor turbojet ERB 3 4 %, jadi relatif sangat kecil.
Kerugian tekanan tersebut, p = pt2 pt3, terjadi karena dua hal
yaitu karena gesekan dan percepatan fluida yang terjadi karena
pembakaran (penambahan panas).
8. Efisiensi turbin. Efisiensi (isentropik) turbin didefinisikan
sebagai,
Seperti pada kompresor, selain terjadi gesekan pada fluida, pada
turbin juga terjadi kerugian mekanis sehingga dapat diperoleh kerja
poros turbin,
Garnbar 6.6 Diagram h s untuk proses di dalam turbin.
Untuk turbin gas stasioner ataupun turbin gas yang sepenuhnya
ditujukan untuk menghasilkan daya poros, energi kinetik gas keluar
turbin sangat kecil sehingga dianggap sama dengan nol. Dengan
demikian dalam keadaan ideal, gas diekspansikan sampai mencapai
tekanan statiknya. Dapat dilihat bahwa usaha memperbesar efisiensi
turbin mencakup semua usaha mendekatkan titik t4 ke titik t4s dan
memperkecil (hf . Pada saat ini (hf untuk turbin kirakira 2% dari
WT atau (m = 0.98.
9. Efisiensi Nosel. Untuk motor turbojet, kecepatan jet gas
sangat penting. Karena itu efisiensi nosel digunakan untuk
menyatakan perbandingan antara kecepatan jet sebenarnya terhadap
kecepatan jet yang dapat dicapai melalui ekspansi isentropik. Dari
persamaan energi yang umum untuk proses aliran tunak, untuk proses
melalui nosel (PE ( 0; q ( 0, w = 0, sehingga
Cj =
Untuk gas ideal dengan cp konstan, persamaan dapat dituliskan
sebagai
Cj=
Sedangkan untuk proses isentropik,
Cjs =
Untuk gas ideal dengan cp konstan, dapat dituliskan sebagai
Cjs =
Tentu Cjs > Cj, oleh karena itu didefinisikan efisiensi nosel
sebagai,
(N =
Gambar 6.7 Diagram h s untuk ekspansi didalam nosel
10. Soal Latihan
a. Jelaskan tentang instalasi dan prinsip kerja motor
turbojet.
b. Terangkan perbedaan siklus turbojet ideal dengan siklus
turbojet sebenarnya!
c. Jelaskan efisiensi masing-masing komponen!
BAB VII
PRINSIP DASAR AKSI REAKSI1. Pengantar. Prinsip dasar gaya dorong
pada hakekatnya sudah ada sejak dahulu kala dan telah digunakan
pada kehidupan mahkluk saat itu hingga sekarang, contohnya perilaku
binatang atau hewan misalnya ikan bergerak maju mundur. Hal
tersebut dapat dilaksanakan karena ikan itu mempunyai tenaga
(power) untuk mendorong tubuhnya sehingga dapat bergerak ke sana ke
mari. Kejadian tersebut merupakan dasar dari penggunaan gaya dorong
pada periode-periode berikutnya. Untuk memahami tentang prinsip