Mesin turbojet

Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat jet awal atau pesawat-pesawat jet berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Rolls-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Selain menggerakkan pesawat, mesin ini juga bisa dipakai untuk menggerakkan kereta api dan kapal laut, contohnya mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi. Turbojet terdiri dari saluran masuk udara, kompresor udara, ruang pembakaran, turbin gas (yang menggerakkan kompresor udara) dan nozzle. Udara dikompresi ke dalam ruang bakar, dipanaskan dan dimuaikan dengan sangat cepat akibat proses pembakaran bahan bakar dan kemudian udara panas tersebut dibiarkan mengalir menuju turbin dengan kecepatan tinggi untuk memberikan propulsi yang kemudian digunakan untuk memutar kompresor.

Sejarah Turbo Jet

Perkembangan mesin jet dimulai pada tahun 1930-an oleh seorang insinyur dari Inggris yang bernama Frank Whittle yng harus bekerja di gedung tua milik Angkatan Udara Inggris yang bermarkas di Farnborough, Hampshire. Penggunaan mesin jet pertamanya WU1 pada tahun 1937. Di Jerman Hans von Ohain dan Ernst Heinkel merancang mesin jet yang sama dan digunakan pada tahun 1939 untuk pesawat Heinkel He178. Pada tahun 1950 dimulailah penerbangan pesawat jet komersial. Orang bisa melakukan perjalanan dengan lebih cepat, perjalanan dari London sampai Sidney dapat ditempuh kurang dari dua hari. Termasuk cepat untuk ukuran waktu itu. Perbaikan kualitas terus dilakukan dilakukan terus dilakukan oleh pabrikan selain kapasitas produksinya ditambah akibat meningkatnya permintaan pasar akan pesawat terbang komersial.

Pesawat jet komersial yang paling terkenal adalah Boeing 747, yang memulai penerbangannya tahun 1970. Keberadaan pesawat produksi Boeing mendapat saingan berat dari Airbus, pabrikan pesawat konsorsium negara-negara Eropa. Produksi pesawat berbadan lebar yang terbaru dari Boeing adalah 787 Dream Liner, sedangkan Airbus meluncurkan A380.

Sistem Penggerak Turbo Jet

Pada mesin turbo jet terdapat ruang bakar, di mana bahan bakar yang telah dimampatkan dialirkan ke ruang bakar, gas hasil pembakaran menyembur dari belakang dan mendorong mesin ke depan. Daya dorong mesin jet sangat besar karena dihasilkan dari hasil pembakaran gas bertekanan tinggi.

Bagian- bagian Mesin Turbo jet

Bagian-bagian mesin turbo terdiri dari air inlet (saluran udara), sirip compressor dan sirip stator, saluran bahan bakar (fuel in), ruang pembakaran (combuster), daun turbin dan saluran buang (exhaust).

Prinsip Kerja Turbo Jet

Dari gambar bagian-bagian mesin turbo jet di bawah, prinsip kerja dari mesin turbo jet adalah sebagai berikut:

Udara segar masuk melalui saluran udara (air inlet)

Udara yang masuk kemudian dikompresi (ditekan) saat melewati sirip kompresi (sirip yang bergerak/compressor blade) dan sirip diam (stator blade). Udara bertekanan tinggi ini dicampur dengan bahan bakar sehingga terjadi ledakan di ruang bakar yang menghasilkan daya dorong ke depan melalui daun turbin (turbines blades) yang letaknya di belakang ruang bakar (combustor).

Mesin turbo jet pesawat komersial yang telah dibuat mampu mendorong pesawat dengan kecepatan melebihi kecepatan suara seperti pada pesawat komersial supersonic Concorde, yang pernah digunakan maskapai penerbangan British Airways dan Air France, walaupun sekarang dihentikan pengoperasiannya karena besarnya biaya operasional.

Galeri

Animasi axial kompresor. Bilah berwarna gelap adalah stator.

Animasi turbojet.

Diagram skematik menunjukkan beroperasinya sentrifugal alir mesin turbojet.

Diagram skematik menunjukkan beroperasinya sentrifugal alir mesin turbojet.

Mesin turbojet J85-GE-17A dari General Electric (1970)

General Electric J79 dengan komponennya

Irisan air start system dari turbojet General Electric J79 . Terlihat jelas turbin mini dan gearnya.

Mesin turbojet Rolls-Royce Olympus 593 memiliki kecepatan maksimum Mach 2,04 pada pesawat Concorde

Mesin Olympus 593 (seperti yang digunakan pada Concorde) di Museum Bristol Industrial, Bristol, England. Di belakangnya terdapat moncong Concorde dalam ukuran penuh. Sebagai pembanding, tinggi wanita di gambar 1,6 meter.

Salah satu mesin jet pada SR-71 Blackbird. Terdapat di Museum Duxford Imperial War, UK.

Mesin Pratt & Whitney J58 dari SR-71 Blackbird yang dipajang di Museum Imperial War Duxford.

J58 on full afterburner, showing shock diamonds. Mesin turbojet ini bisa mencapai kecepatan Mach 3 pada pesawat SR 71 Blackbird.

Mesin turbojet Kolesov RD-36-51 pesawat supersonic Rusia Tupolev Tu-144 di Auto- und Technikmuseum Sinsheim / Deutschland.Kecepatan maksimum mesin ini Mach 2.35; di atas permukaan laut.

Sumber: id.wikipedia.org

Turbin gas

Turbin gas itu adalah sebuah mesin berputar yang mengambil energi dari arus gas pembakaran. Dia memiliki kompresor naik ke-atas dipasangkan dengan turbin turun ke-bawah, dan sebuah bilik pembakaran di-tengahnya.

Penggantian mesin turbin gas Honeywell AGT1500 pada tank M1A1 Abrams.

Energi ditambahkan di arus gas di pembakar, di mana udara dicampur dengan bahan bakar dan dinyalakan. Pembakaran meningkatkan suhu, kecepatan dan volume dari aliran gas. Kemudian diarahkan melalui sebuah penyebar (nozzle) melalui baling-baling turbin, memutar turbin dan mentenagai kompresor.

Energi diambil dari bentuk tenaga shaft, udara terkompresi dan dorongan, dalam segala kombinasi, dan digunakan untuk mentenagai pesawat terbang, kereta, kapal, generator, dan bahkan tank.

Sejarah

• 150: Hero's Engine (aeolipile) - tampaknya Pahlawan mesin uap itu dianggap tidak lebih dari satu mainan, dan dengan demikian potensi penuh tidak menyadari selama berabad-abad.
• 1500: The "Chimney Jack" digambar oleh Leonardo da Vinci yang memutar pemanggangan. Udara panas dari api naik melalui serangkaian penggemar yang menghubungkan dan memutar pemanggangan.
• 1551: Jawad al-Din menemukan sebuah uap turbin, yang ia gunakan untuk kekuasaan diri-rotating meludah.
• 1629: Jets uap turbin yang dirotasi kemudian diputar digerakkan mesin pabrik stamping memungkinkan untuk dikembangkan oleh Giovanni Branca.
• 1678: Ferdinand Verbiest membangun sebuah model kereta uap mengandalkan jet kekuasaan.
• 1791: Sebuah paten diberikan kepada John Barber, seorang Inggris, untuk pertama turbin gas sejati. Penemuannya itu sebagian besar elemen hadir dalam turbin gas modern. Turbin ini dirancang untuk menyalakan sebuah yg tdk mempunyai kuda kereta.
• 1872: Sebuah turbin gas mesin ini dirancang oleh Dr Franz Stolze, tapi mesin tidak pernah berlari di bawah kekuasaan sendiri.
• 1894: Sir Charles Parsons dipatenkan ide mendorong sebuah kapal dengan turbin uap, dan membangun sebuah demonstrasi kapal (yang Turbinia ). Prinsip ini masih propulsi dari beberapa digunakan.
• 1895: Tiga 4-ton 100 kW Parsons aliran radial generator dipasang di Cambridge Power Station, dan digunakan untuk daya listrik pertama skema penerangan jalan di kota.
• 1903: A Norwegia, Ægidius Elling, mampu membangun turbin gas pertama yang mampu menghasilkan kekuatan yang lebih dibandingkan yang dibutuhkan untuk menjalankan komponen-nya sendiri, yang dianggap sebagai pencapaian pada masa ketika pengetahuan tentang aerodinamis terbatas . Menggunakan kompresor rotary dan turbin itu dihasilkan 11 hp (besar-besaran untuk hari-hari). Karyanya ini kemudian digunakan oleh Sir Frank Whittle.
• 1913: Nikola Tesla paten yang Tesla turbin berdasar pada Batas lapisan efek.
• 1914: Aplikasi untuk mesin turbin gas yang diajukan oleh Charles Curtis.
• 1918: Salah satu produsen turbin gas terkemuka hari ini, General Electric, mulai divisi mereka turbin gas.
• 1920: teori praktis aliran gas melalui saluran ini dikembangkan menjadi lebih formal (dan berlaku untuk turbin) teori aliran gas lalu airfoils oleh Dr A. A. Griffith.
• 1930: Sir Frank Whittle dipatenkan desain untuk turbin gas untuk jet. Karyanya pada tenaga penggerak gas mengandalkan kerja dari semua orang yang sebelumnya bekerja di bidang yang sama dan dia telah sendiri menyatakan bahwa penemuannya akan sulit untuk mencapai tanpa Ægidius Elling karya. Pertama yang berhasil menggunakan mesin-nya pada April 1937.
• 1934: Raúl Pateras de Pescara dipatenkan pada free-piston mesin sebagai gas generator turbin gas.
• 1936: Hans von Ohain dan Max Hahn di Jerman mengembangkan desain mesin dipatenkan sendiri pada saat yang sama bahwa Sir Frank Whittle adalah mengembangkan desain di Inggris.

Photo of the Metrovick Gatric first marine gas-turbine. It was installed in the Royal Navy's Motor Gun Boat MGB 2009 in 1947

 

Teori operasi

Turbin gas dijelaskan secara termodinamika oleh Siklus Brayton, di mana udara dikompresi secara isentropic, pembakaran terjadi pada tekanan konstan, dan ekspansi terjadi di turbin secara isentropik kembali ke tekanan awal.

Dalam praktiknya, gesekan dan turbulensi menyebabkan:

1. Isentropik non-kompresi: untuk suatu tekanan secara keseluruhan rasio, suhu pengiriman kompresor lebih tinggi dari ideal.
2. Ekspansi non-isentropic: walaupun penurunan suhu turbin yang diperlukan untuk menggerakkan kompresor tidak terpengaruh, tekanan terkait rasio lebih besar, yang mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.
3. Tekanan kerugian dalam asupan udara, combustor dan knalpot: mengurangi ekspansi yang tersedia untuk menyediakan kerja yang bermanfaat.

Seperti semua siklus mesin panas, suhu pembakaran yang lebih tinggi berarti lebih besar efisiensinya. Faktor pembatas adalah kemampuan baja, nikel, keramik, atau materi lain yang membentuk mesin untuk menahan panas dan tekanan. Berbagai metode dibutuhkan untuk menjaga temperatur. Kebanyakan turbin juga mencoba untuk memulihkan knalpot panas (heat recovery), yang merupakan energi terbuang. Recuperator adalah heat exchanger yang menangkap panas knalpot dan memindahkan panasnya ke udara terkompresi yang menuju pembakaran. Gabungan siklus desain memanfaatkan panas terbuang ke sistem. Dan gabungan panas dan daya (co-generation) menggunakan panas terbuang untuk produksi panas.

Pendahuluan

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Di dalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

• Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
• Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
• Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel.
• Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian-kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

• Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
• Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfer, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu:

Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)

Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.

Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)

Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, di mana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), di mana effisiensi termalnya adalah: hth = 1 – T1/Th, di mana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.

Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.

Siklus Brayton

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisis untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisis secara berikut:

Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik di dalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)

Perkembangan Gas Turbin

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat di mana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Komponen Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbn gas:

Air Inlet Section.

Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:

• Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk di mana di dalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
• Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
• Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
• Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
• Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
• Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan

Compressor Section.

Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:

• Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
• Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
• Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
• Forward Compressor Casing, bagian casing yang di dalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
• Aft Casing, bagian casing yang di dalamnya terdapat compressor blade tingkat 5- 10.
• Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.

Combustion Section.

Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah:

• Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
• Combustion Liners, terdapat di dalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
• Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.
• Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
• Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
• Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
• Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.

Turbin Section.

Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut:

• Turbin Rotor Case
• First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
• First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
• Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
• Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.

Exhaust Section.

Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu: (1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfer melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfer gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple di mana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.

Komponen penunjang turbin gas

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

Starting Equipment.

Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah:

• Diesel Engine, (PG –9001A/B)
• Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
• Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)

Coupling dan Accessory Gear.

Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:

• Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
• Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
• Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.

Fuel System.

Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.

Lube Oil System.

Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:

• Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
• Oil Quantity
• Pompa
• Filter System
• Valving System
• Piping System
• Instrumen untuk oil

Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:

• Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
• Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
• Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.

Cooling System.

Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:

• Off base Water Cooling Unit
• Lube Oil Cooler
• Main Cooling Water Pump
• Temperatur Regulation Valve
• Auxilary Water Pump
• Low Cooling Water Pressure Swich

Maintenance Turbin Gas

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah. Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance. Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:

Preventive Maintenance.

Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:

• Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.
• Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

Repair Maintenance.

Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.

Predictive Maintenance.

Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.

Corrective Maintenance.

Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.

Break Down Maintenance.

Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.

Modification Maintenance.

Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.

Shut Down Maintenance.

Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

Sumber: id.wikipedia.org

Torak

Torak atau piston adalah sumbat geser yang terpasang di dalam sebuah silinder mesin pembakaran dalam silinder hidraulik, pneumatik, dan silinder pompa.

Tujuan torak atau piston dalam silinder

• Mengubah volume dari isi silinder, perubahan volume bisa diakibatkan karena piston mendapat tekanan dari isi silinder atau sebaliknya torak/piston menekan isi silinder. Torak atau piston yang menerima tekanan dari fluida dan akan mengubah tekanan tersebut menjadi gaya (linear).
• Membuka-tutup jalur aliran.
• Kombinasi dari hal di atas.

Dengan fungsi tersebut, maka torak/piston harus terpasang dengan rapat dalam silinder. Satu atau beberapa ring (cincin) dipasang pada torak/piston agar sangat rapat dengan silinder. Pada silinder dengan temperatur kerja menengah ke atas, bahan ring terbuat dari logam, disebut dengan ring piston (piston ring). Sedangkan pada silinder dengan temperatur kerja rendah, umumnya bahan ring terbuat dari karet, disebut dengan ring sil (seal ring).

Deskripsi

Piston adalah komponen mesin yang membentuk ruang bakar bersama – sama dengan silinder blok dan silinder head. Piston jugalah yang melakukan gerakan naik turun untuk melakukan siklus kerja mesin, serta piston harus mampu meneruskan tenaga hasil pembakaran ke crankshaft. Jadi dapat kita lihat bahwa piston memiliki fungsi yang sangat penting dalam melakukan siklus kerja mesin dan dalam menghasilkan tenaga pembakaran. Untuknya maka piston harus memiliki syarat – syarat sebagai berikut:

• Ringan, agar mudah bagi mesin dalam mencapai putaran tinggi. Jika konstruksi piston terlalu berat, maka sulit bagi mesin untuk mencapai putaran tinggi, sehingga akselerasi sepeda motor atau mobil menjadi sangat lambat.. Atau bahasa mudahnya, sepeda motor atau mobil lambat untuk cepat mencapai kecepatan tinggi walau gas sudah ditarik.
• Tahan terhadap tekanan ledakan karena hasil pembakaran. Pada saat langkah usaha, bensin dan udara terbakar oleh percikan bunga api listrik dari busi. Hasil pembakaran ini akan menimbulkan ledakan dan tekanan yang sangat kuat di dalam ruang bakar, tak terkecuali piston menerima ledakan dan tekanan dari hasil pembakaran tersebut.. Karenanya selain piston harus ringan tetapi piston juga harus kuat dalam menahan ledakan dan tekanan hasil pembakaran untuk diteruskan menggerakkan poros engkol.
• Tahan terhadap pemuaian. Pembakaran campuran bensin dan udara dalam ruang bakar akan menimbulkan panas, suhu di daerah ruang bakar akan naik sangat tinggi. Seperti telah kita ketahui bahwa dengan naiknya suhu, maka logam akan mengalami perubahan bentuk atau memuai. Piston yang terbuat dari logam – logam khusus pun akan mengalami pemuiaan yang tidak sedikit. Jika pemuaian yang dialami piston berlebihan maka akan membuat piston terkunci atau ngancing ke dinding silinder blok, sehingga piston akan berhenti bekerja naik turun dalam silinder, sehingga bisa dikatakan bahwa mesin telah mati dengan berhentinya piston dalam melakukan gerakan naik turun.

Torak (piston) berfungsi untuk memindahkan tenaga yang diperoleh dari hasil pembakaran ke poros engkol. Pada piston terdapat komponen-komponen pelengkapnya, yaitu:

• Batang penghubung (connecting rod untuk menghubungkan piston dengan poros engkol.
• Pena torak (piston pin), untuk mengikat piston dengan batang penghubung melalui lubang bushing

Cincin torak (ring piston), berfungsi membentuk perapat yang kedap terhadap kebocoran gas antara celah torak dan silinder,sekaligus mengatur pelumasan torak dan dinding silinder.

Cincin torak terdiri atas cincin kompresi dan cincin pelumas.

Poros engkol (crank shaft), berfungsi mengubah gerak bolak-balik torak menjadi gerak putar yang selanjutnya digunakan untuk memutarkan roda. Poros engkol dilengkapi bantalan-bantaIan yang berfungsi menghindari gesekan-gesekan yang terjadi antara poros engkol dengan bagian-bagian yang berputar lainnya. Bagian poros engkol yang menumpu torak disisipi bantalan luncur yang disebut metal jalan, sedangkan bagian poros engkol yang menopang pada blok mesin disisipi bantalan luncur yang disebut metal duduk.

Roda gila atau roda penerus, berfungsi menerima sebagian tenaga yang diperoleh dari langkah kerja dan memberikan tenaga kepada langkah-langkah lainnya. Di bagian luar roda gila dipasang roda gigi cincin (ring gear), Roda gigi ini digunakan untuk berkaitan dengan roda gigi pinion pada motor starter pada saat mesin akan dihidupkan.

Fungsi piston adalah untuk menerima tekanan hasil pembakaran campuran gas dan meneruskan tekanan untuk memutar poros engkol (crank shaft) melalui batang piston (connecting rod).

Konstruksi

Piston bergerak naik turun terus menerus di dalam silinder untuk melakukan langkah hisap, kompresi, pembakaran dan pembuangan. Oleh sebab itu piston harus tahan terhadap tekanan tinggi, suhu tinggi, dan putaran yang tinggi. Piston dibuat dari bahan paduan aluminium, besi tuang, dan keramik. Pada umumnya piston dari bahan aluminium paling banyak digunakan, selain lebih ringan, radiasi panasnya juga lebih efisien dibandingkan dengan material lainnya. Gambar berikut menunjukkan konstruksi piston dengan nama komponennya. piston torak

Bentuk kepala piston ada yang rata, cembung, dan ada juga yang cekung tergantung dari kebutuhannya. Tiap piston biasanya dilengkapi dengan alur-alur untuk penempatan ring piston atau pegas piston dan lubang untuk pemasangan pena piston.

Bagian atas piston akan menerima kalor yang lebih besar daripada bagian bawahnya saat bekerja. Oleh sebab itu pemuaian pada bagian atas juga akan lebih besar daripada bagian bawahnya, terutama untuk piston yang terbuat dari aluminium. Agar diameter piston sama besar antara bagian atas dengan bagian bawahnya pada saat bekerja, maka diameter atasnya dibuat lebih kecil dibanding dengan diameter bagian bawahnya, bila diukur pada saat piston dalam keadaan dingin. torak torak

Celah Piston

Celah piston (celah antara piston dengan dinding silinder) penting sekali untuk memperbaiki fungsi mesin dan mendapatkan kemampuan mesin yang lebih baik. Bila celah terlalu besar, tekanan kompresi dan tekanan gas pembakarannya menjadi rendah, dan akan menurunkan kemampuan mesin. Sebaliknya bila celah terlalu kecil, maka akibat pemuaian pada piston menyebabkan tidak akan ada celah antara piston dengan silinder ketika mesin panas. Hal ini menyebabkan piston akan menekan dinding silinder dan dapat merusak mesin. Untuk mencegah hal ini pada mesin, maka harus ada celah yaitu jarak antara piston dengan dinding silinder yang disediakan untuk temperatur ruang lebih kurang 25oC. Celah piston bervariasi tergantung pada model mesinnya dan umumnya antara 0,02 mm─0,12 mm.

Piston mesin

Piston pada mesin juga dikenal dengan istilah torak / seher adalah bagian (parts) dari mesin pembakaran dalam yang berfungsi sebagai penekan udara masuk dan penerima tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar. Piston terhubung ke poros engkol (crankshaft) melalui batang piston (connecting rod). Material piston umumnya terbuat dari bahan yang ringan dan tahan tekanan, misal aluminium yang sudah dicampur bahan tertentu (aluminium alloy), atau bahan tempa yang kuat dan ringan. Dikarenakan bahan tersebut maka piston memiliki muaian yang lebih besar dibandingkan dengan rumahnya (cylinder block). Hal tersebut harus diantisipasi dengan clearence cylinder block dan piston (selisih diameter piston dengan diameter cylinder blok). Clearance ini bervariasi untuk masing-masing piston. Banyak salah pengertian di antara pada mekanik bahwa piston harus sesak atau pas dengan cylinder blok. Hal ini mengakibatkan seringnya terjadi macet (jammed) pada saat mesin panas (overheat). Seharusnya piston longgar terhadap cylinder blok. Banyak orang mengira bentuk dari piston adalah bulat. Sesungguhnya bentuk piston adalah oval dengan bagian terkecil terletak didaerah lubang pin piston. Bagian atas dari piston (tempat ring piston) selalu lebih kecil dari bagian bawah piston (bagian ekor). Pada saat dimasukan ke dalam cylinder blok (yang berbentuk bulat sempurna), bentuk oval dari piston ini akan mengakibatkan bagian yang lebih kecil terlihat lebih renggang.

Ring piston

Ring piston memiliki dua tipe, ring kompresi dan ring oli. Ring kompresi berfungsi untuk pemampatan volume dalam silinder serta menghapus oli pada dinding silinder. Kemampuan kompresi ring piston yang sudah menurun mengakibatkan performa mesin menurun, dan juga mesin berasap. Ring oli berfungsi untuk menampung dan membawa oli serta melumasi parts dalam ruang silinder. Ring oli hanya ada pada mesin empat tak karena pelumasan mesin dua tak menggunakan oli samping.

Proses Pembuatan Ring Piston

Material Ring Piston

Umumnya ring piston dibuat dari besi cor nodular pearlitik, dengan standart ASTM A48 klas 40. Besi cor ini memiliki 2,5-4% C, serta 1-3% Si.

Proses Pemesinan

Pada proses pemesinan ini dilakukan beberapa persiapan seperti membuat program untuk menentukan gerak pemakanan pada mesin CNC, setelah itu barulah material diproses pemesinan dengan menggunakan mesin bubut. Setiap proses pembubutannya menggunakan mata pisau yang berbeda untuk tiap kedalaman dan penipisan serta dalam menentukan diameter ring piston.

Proses Pemotongan Ring Piston

Proses yang kedua adalah proses pemotongan dimana proses ini dilakukan ketika diameter ring piston telah sesuai dengan ukuran,lalu ring piston dipotong untuk mendapatkan daerah bebas yang berfungsi untuk mengantisipasi pemuaian saat ring piston bekerja.

Proses Heat Treament

Pada ring piston dilakukan proses heattreatment,karena ring piston ini terbuat dari besi cor yang sifatnya getas,maka dilakukan proses heattreatment dengan tujuan homogenisasi, proses heat treatmen ini dilakukan pada suhu 900º F, kemudian suhunya ditahan selama 4 jam, kemudian didinginkan diudara terbuka.

Pengecekan Diameter Ring Piston

Setelah ring piston dipotong, diameter dari ring piston dicek, apakah sudah sesuai atau belum, pengecekan ini dilakukan oleh seorang ,quality control. Jika diameter ring piston telah sesuai maka ring piston siap untuk proses selanjutnya.

Finishing

Setelah dilakukan pengecekan diameter ring piston, proses selanjutnya adalah proses finishing. Pada proses ini ring pistong dipoles untuk membuat ring piston lebih bersih dan mengkilap, hal ini dilakukan agar ketika dijual akan dapat menarik perhatian pembeli, dan menghindari berbagai pengotor yang akan merusak ring piston jika tidak dibersihkan.

Kerusakan Piston

Ring Piston lemah/ patah

Ring piston yang sudah lemah atau patah menyebabkan kompresi yang terjadi pada ruang bakar tidak maksimal, celah pada patahan maupun gap yang ditimbulkan akibat lemahnya ring piston tersebut menyebabkan oli mesin ikut terangkut ke ruang bakar dan terbakar bersama dengan bbm dan udara. Hal tersebut selain menimbulkan asap putih kebiruan yang volumenya seirama dengan raungan mesin, juga berdampak pada penurunan performa mesin yang signifikan, bbm menjadi boros. Lemahnya ring piston terjadi karena faktor pemakaian usia part, sedangkan patahnya ring piston sebagian besar terjadi karena kesalahan pemakaian dan perawatan mesin (kesalahan penggunaan oli mesin, pemakain mesin untuk kompetisi/kebut-kebutan sehingga mesin lebih sering dipacu pada rpm tinggi). Bila owner mendapati masalah ini, yang perlu dilakukan adalah Over Houl (turun mesin). Bukan berarti hanya ring piston yang diganti, tetapi terlebih dahulu di cek kondisi cylinder dan pistonnya, jika masih dalam batas toleransi bisa dipakai maka cukup diganti ring pistonnya saja. Tetapi jika kondisi cylinder sudah baret maka harus dilakukan over size pada cylinder dan piston.

Cylinder Baret

Sama halnya dengan ring piston yang patah/ lemah, baretnya cylinder juga menyebabkan kompresii yang dihasilkan oleh piston pada ruang bakar tidak maksimal. Oli ikut terangkut keruang bakar melalui celah pada cylinder yang baret tersebut. Baretnya cylinder bisa terjadi karena patahnya ring piston, piston baret maupun adanya material (kerak/kotoran pada ruang bakar) yang menyangkut pada celah piston sehingga saat piston bekerja menyebabkan hal tersebut. Gejala dan solusi dari cylinder yang baret pun sama dengan ring piston yang lemah ataupun patah.

Piston baret

Seperti yang sudah diulas tadi, piston yang baret selain menyebabkan cylinder ikut tergores juga menyebabkan kompresi yang dihasilkan menjadi lemah dan oli ikut terangkut ke ruang bakar. Penanganannya pun sama, yaitu harus dilakukan turun mesin dan mengganti part tersebut diikuti dengan oversize.

Untuk mendeteksi kerusakan yang diikuti dengan gejala asap putih kebiruan akan lebih sempurna jika diikuti dengan tes kompresi. Tes kompresi tidak bisa kita lakukan sendiri, harus menggunakan alat khusus. Dengan tes kompresi tersebut kita bisa tahu apakah cylinder, ring, piston yang rusak ataukah cuma seal klep yang bermasalah, karena salah analisis bisa menimbulkan pengeluaran yang tidak seharusnya.

Sumber: id.wikipedia.org

Motor bakar empat langkah

Motor bakar empat langkah adalah mesin pembakaran dalam, yang dalam satu kali siklus pembakaran akan mengalami empat langkah piston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah. Empat langkah tersebut meliputi langkah isap (pemasukan),kompresi, tenaga dan langkah buang. Yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus pada mesin bensin atau mesin diesel.

Prinsip Kerja

Istilah-istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif yang harus diketahui untuk bisa memahami prinsip kerja mesin ini:

• TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre): Posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft).
• TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre): Posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).

 

Langkah ke 1

Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar dapat dilihat pada sistem pemasukan.

Langkah ke 2

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi (pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar).

Langkah ke 3

Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses yang akan menghasilkan tenaga.

Langkah ke 4

Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mendorong sisa gas pembakaran menuju ke katup keluar yang sedang terbuka untuk diteruskan ke lubang pembuangan.

Desain

Rasio Kompresi

Rasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA.

SOHC dan DOHC

• Single Over Head Camshaft: Mesin dengan satu unit noken as di atas silinder.
• Dual Over Head Camshaft: Mesin dengan dua unit noken as di atas silinder.

Long dan Short Stroke

• Mesin disebut berkarakter “long stroke” atau "over stroke" apabila langkah piston lebih panjang dari diameter piston.
• Mesin disebut berkarakter “short stroke” atau "over bore" apabila langkah piston lebih pendek dari diameter piston.

Sumber: id.wikipedia.org

Motor bakar torak

Motor bakar torak adalah salah satu motor bakar yang menggunakan satu atau lebih torak atau piston yang bergerak, yang tujuannya untuk mengubah tekanan menjadi gerak melingkar. Tipe-tipe mesin piston di antaranya adalah: mesin pembakaran dalam, banyak digunakan di kendaraan bermotor; mesin uap, digunakan pada saat Revolusi Industri; dan juga mesin stirling.

Yang biasanya ada di semua tipe mesin piston

Di mesin piston dimungkinkan adanya satu atau lebih jumlah piston. Piston-piston ini terletak di dalam silinder. Di dalam silinder, campuran bahan bakar dimasukkan. Campuran ini dapat berupa gas yang sudah panas dan bertekanan (seperti dalam mesin uap), atau bisa juga gasnya dipanaskan di dalam silinder dengan sistem pengapian. Gas panas ini nantinya yang akan mendorong piston bergerak ke bawah dan menggerakkan crankshaft.

Mesin piston uap
Sebuah diagram skematik dari sebuah mesin uap 1 silinder.
1 - Piston
2 - Piston rod
3 - Crosshead bearing
4 - Connecting rod
5 - Crankshaft
6 - Eccentric valve motion
7 - Flywheel
8 - Sliding valve
9 - Centrifugal governor.

Di semua tipe mesin ini, pergerakan piston ke bawah akan dikonversikan ke pergerakan melingkar, dengan menggunakan connecting rod dan sebuah crankshaft atau swashplate. Sebuah roda gila digunakan agar perputarannya lebih halus. Semakin banyak silinder dalam mesin piston pada umumnya juga membuat mesinnya lebih halus. Tenaga yang dihasilkan dari mesin piston biasanya berbanding lurus dengan total volume piston mesin tersebut.

Sebuah seal digunakan di antara piston yang bergerak dan dinding silinder sehingga gas bertekanan tinggi yang ada di atas piston tidak bocor dan tidak mengurangi efisiensi mesin piston itu. Seal ini berupa satu atau lebih ring piston. Ring ini terbuat dari logam keras.

Biasanya mesin digolongkan berdasarkan jumlah silinder dan total volume silindernya. Volume silinder dinyatakan dalam satuan sentimeter kubik (cc) atau liter (l). Kalau dilihat dari jumlah silinder, penggolongannya berdasarkan moda yang dipakai. Mesin pembakaran dalam dengan 1 atau 2 silinder kebanyakan dipakai di motor, sedangkan mobil biasanya memakai mesin dari 4 sampai 8 silinder. Sebuah lokomotif atau kapal biasanya memiliki jumlah silinder minimal 12 atau lebih. Volume silinder dapat bervariasi, dari 10 cm³ sampai belasan ribu cm³.

Rasio kompresi adalah besaran perbandingan volume silinder ketika piston sedang berada di dasar silinder dan ketika piston berada di puncak silinder.

Silinder sendiri dapat dipasang segaris, berbentuk mesin V, berseberangan satu sama lain, atau secara radial di sekeliling crankshaft.

Dalam mesin uap dan mesin pembakaran dalam, katup dibutuhkan untuk mengatur bukaan masuk dan bukaan buang dalam siklus piston. Katup dijalankan oleh cam atau crank yang dijalankan oleh tangkai mesin. Desain pada mesin dulu-dulu menggunakan Katup D slide tetapi sekarang menggunakan desain Katup piston atau Katup poppet.

Kapasitas mesin

Untuk mesin piston, kapasitas mesin dihitung dari total volume semua piston yang ada di dalam mesin tersebut untuk sekali perpindahan. Biasanya kapasitas mesin diukur dalam satuan liter atau inci kubik atau sentimeter kubik (cc). Mesin dengan kapasitas yang besar biasanya akan lebih bertenaga dan torsinya lebih besar pada putaran rendah, tetapi konsumsi bensinnya juga lebih boros, meskipun keluaran tenaga dan konsumsi bensin juga banyak dipengaruhi faktor lain.

Sumber: id.wikipedia.org

Motor bakar stirling

Motor bakar stirling atau biasa juga disebut Mesin stirling (ditemukan oleh Robert Stirling) adalah salah satu mesin kalor dan didefinisikan sebagai mesin regenerasi udara panas siklus tertutup. Dalam konteks ini, siklus tertutup berarti bahwa fluida kerjanya secara permanen terkurung di dalam sistem, di mana mesin siklus terbuka seperti mesin pembakaran internal dan beberapa mesin uap, menukarkan fluida kerjanya dengan lingkungan sekitar sebagai bagiaan dari siklus kerja. Regenerasi berarti bahwa adanya penggunaan alat penukar panas internal, yang dapat meningkatkan efisiensi mesin. Banyak sekali kemungkinan dari penggunaan mesin stirling ini, dengan mayoritas masuk ke kategori mesin dengan piston tolak balik. Mesin stirling secara tradisional diklasifikasikan ke dalam mesin pembakaran eksternal, meskipun panas bisa didapatkan dari sumber selain pembakaran seperti tenaga matahari maupun nuklir. Mesin stirling beroperasi melalui penggunaan sumber panas eksternal dan heat sink eksternal, masing-masing dijaga agar memiliki perbedaan temperatur yang cukup besar.

Latar belakang

Dalam usaha meningkatkan konversi yang bisa didapat dari perubahan energi panas ke kerja, mesin stirling memiliki potensi untuk mencapai efisiensi tertinggi dari semua mesin kalor, secara teori sampai efisiensi maksimal mesin Carnot, meskipun dalam praktiknya usaha ini terus dibatasi oleh berbagai sifat-sifat non-ideal dari baik itu fluida kerjanya maupun bahan dari mesin itu sendiri, seperti gesekan, konduktivitas termal, kekuatan tensile, creep, titik lebur, dll. Mesin ini dapat dioperasikan melalui berbagai sumber panas yang dapat mencukupi, seperti tenaga matahari, kimia maupun nuklir.

Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal, mesin Stirling memiliki potensi untuk lebih efisien, lebih tenang, dan lebih mudah perawatannya.

Belakangan ini, keuntungan mesin Stirling terus meningkat, hal ini dimungkinkan dengan adanya kenaikan harga energi, kelangkaan sumber energi, sampai kepedulian tentang masalah lingkungan seperti pemanasan global. Ketertarikan yang meningkat terhadap mesin Stirling ini berakibat dengan terus bertambahnya penelitian mengenai peralatan Stirling tersebut. Aplikasinya termasuk pemompaan air, astronautik, dan sebagai pembangkit listrik untuk sumber-sumber panas yang tidak sesuai dengan mesin pembakaran dalam seperti energi matahari.

Karakteristik mesin Stirling yang berguna lainnya adalah jika yang disuplai energi mekanik maka ia dapat beroperasi sebagai heat pump.

Jenis

Stirling alfa

Berisi kekuatan dua piston dalam silinder yang terpisah, satu berada di bagian dingin dan satunya berada di bagian panas. Silinder panas terletak di dalam suhu tinggi penghantar panas (silinder yang dibakar) dan silinder dingin terletak di dalam displacer suhu rendah. Jenis mesin ini memiliki rasio power-to-volume tinggi, namun memiliki masalah teknis karena apabila suhu piston tinggi biasanya panas akan merambat ke pipa pemisah silinder. Dalam praktiknya, piston ini biasanya membawa isolasi yang cukup besar untuk bergerak jauh dari zona panas dengan mengorbankan beberapa ruang mati tambahan.

Stirling beta

Memiliki piston daya tunggal yang diatur dalam silinder yang sama pada poros yang sama sebagai displacer piston. Silinder piston displacer yang cukup longgar hanya berfungsi untuk antar jemput gas panas dari silinder panas ke silinder dingin. Ketika silinder dipanaskan, gas mendorong dan memberikan piston kekuatan. Ketika piston terdorong ke dingin (titik bawah) silinder mendapat momentum dari mesin, dan ditingkatkan dengan roda gila. Tidak seperti jenis alfa, jenis beta tidak akan menyebabkan isolator (pipa pemisah jika dalam bentuk alfa) menjadi panas.

Stirling gamma

Mesin stirling gamma hanyalah sebuah mesin stirling beta, di mana piston tenaga sudah terpasang di dalam silinder terpisah samping silinder piston displacer, tapi masih terhubung ke roda gila sama. Gas dalam dua silinder dapat mengalir bebas karena mereka berada dalam satu tubuh. Konfigurasi ini menghasilkan rasio kompresi lebih rendah, tetapi mekanis ini cukup sederhana dan sering digunakan didalam mesin stirling multisilinder.

Sumber: id.wikipedia.org