Proses Mesin Bensin dan Turbin Uap

Cara Kerja Mesin Bensin Dan Turbin Uap Salah satu jenis penggerak yang dipakai di industri adalah mesin kalor, yaitu suatu mesin yang menggunakan energi panas untuk melakukan kerja mekanik atau suatu mesin di mana energi panas dapat dirubah menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh akibat pembakaran bahan bakar, fisi bahan bakar nuklir atau proses yang lain. Dilihat dari cara memperoleh panas, maka  mesin  kalor  dapat  dibagi atas dua bagian , yaitu : a. Mesin pembakaran dalam (Internal combustion engine). Ini  berarti bahwa panas diperoleh dari proses pembakaran di dalam mesin itu sendiri. Contoh : motor bensin, motor diesel, motor gas dan turbin gas. b. Mesin pembakaran luar (External combustion engine). Ini berarti bahwa panas diperoleh dari proses pembakaran di luar mesin sendiri. Contoh : mesin uap dan turbin uap. Pada pembahasan ini, saya hanya akan membahas bagaimana cara kerja dari mesin bensin dan bagaimana cara kerja dari mesin uap. MESIN BENSIN Pada dasarnya prinsip kerja pada motor bensin terdiri dari 5 hal, yaitu pengisian campuran udara dan bahan bakar, pemampatan/pengkompresian campuran udara dan bahan bakar, pembakaran campuran udara dan bahan bakar, pengembangan gas hasil pembakaran, dan pembuangan gas bekas. Langkah kerja mesin bensin itu sendiri terdiri dari langkah hisap, langkah kompresi, langkah usaha, dan langkah buang. Pada prosesnya, cara kerja mesin bensin terdapat 2 jenis, yaitu 4 tak dan 2 tak. Pada motor 4 tak, satu siklus kerja diselesaikan dalam empat gerakan piston (1 gerakan piston, 1 langkah kerja) atau dua putaran poros engkol. Sedangkan pada motor 2 tak, satu siklus kerja diselesaikan dalam dua gerakan piston (1 gerakan piston, 2 langkah kerja) atau satu putaran poros engkol. Berikut ini adalah cara kerja mesin bensin 4 tak dan 2 tak. Mesin bensin 4 tak Pertama, langkah hisap. Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah). Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar diisap ke dalam silinder. Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu piston bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure). Kedua, langkah kompresi. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan/dimampatkan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak mulai naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) campuran udara dan bahan bakar yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya menjadi naik, sehingga akan mudah terbakar. Ketiga, langkah usaha. Piston bergerak dari TMA ke TMB. Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakan kendaraan. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada saat langkah kompresi, busi memberi loncatan bunga api pada campuran yang telah dikompresikan. Dengan terjadinya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak kebawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin (engine power). Keempat, langkah buang. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, gas yang terbakar dibuang dari dalam silinder.  Katup buang terbuka, piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas bekas pembakaran ke luar dari silinder. Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan berikutnya, yaitu langkah hisap. Siklus ini berulang seterusnya. Mesin bensin 2 tak Pertama, langkah hisap dan kompresi. Piston bergerak ke atas. Ruang dibawah piston menjadi vakum/hampa udara, akibatnya udara dan campuran bahan bakar terisap masuk ke dalam ruang dibawah piston. Sementara dibagian ruang atas piston terjadi langkah kompresi, sehingga udara dan campuran bahan bakar yang sudah berada di ruang atas piston suhu dan tekanannya menjadi naik. Pada saat 10-5 derajat sebelum TMA, busi memercikan bunga api, sehingga campuran udara dan bahan bakar yang telah naik temperatur dan tekanannya menjadi terbakar dan meledak. Kedua, langkah usaha dan buang. Hasil dari pembakaran tadi membuat piston bergerak ke bawah. Pada saat piston terdorong ke bawah/bergerak ke bawah, ruang di bawah piston menjadi dimampatkan/dikompresikan. Dan ketika piston bergerak ke bawah, udara dan campuran bahan bakar yang berada di ruang bawah piston tidak dapat keluar menuju saluran masuk, karena adanya reed valve. Sehingga campuran udara dan bahan bakar yang berada di ruang bawah piston menjadi terdesak keluar dan naik ke ruang diatas piston melalui saluran bilas. Sementara sisa hasil pembakaran tadi akan terdorong ke luar dan keluar menuju saluran buang, kemudian menuju knalpot. Langkah kerja ini terjadi berulang-ulang selama mesin hidup. TURBIN UAP Pada turbin uap, cara kerjanya adalah sebagai berikut. Uap dihasilkan dari air yang telah dipanaskan di boiler dengan suhu yang tinggi. Kemudian uap masuk ke dalam turbin melalui nosel. Di dalam nosel energi panas dari uap dirubah menjadi energi kinetis dan uap mengalami pengembangan. Tekanan uap pada saat keluar dari nosel, lebih kecil dari pada saat masuk ke dalam nosel, akan tetapi sebaliknya kecepatan uap keluar nosel lebih besar dari pada saat masuk kedalam nosel. Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkung dan dipasang di sekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-celah di antara sudu-sudu turbin itu dibelokkan arahnya mengikuti lengkungan dari sudu turbin. perubahan kecepatan uap ini menimbulkan  gaya yang mendorong sudu dan kemudian memutar roda dan poros turbin. Jika uap masih mempunyai kecepatan saat meninggalkan sudu turbin, berarti hanya sebagian energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat meninggalkan sudu turbin dapat dimanfaatkan, maka pada turbin umumnya dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum memasuki baris kedua sudu gerak, arah kecepatan uap harus diubah terlebih dahulu. Maka di antara baris pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris sudu tetap (guide blade) yang berguna untuk mengubah arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris kedua sudu gerak dengan arah yang tepat. Kecepatan uap saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian efisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan energi relatif kecil.