Memahami Proses Mesin Konversi Energi

Mesin konversi energi yang pertama ditemukan adalah mesin uap. Mesin uap merupakan mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Air yang dipanaskan dalam ketel, uapnya akan dialirkan ke mesin uap untuk menggerakkan piston. Piston bergerak bolak-balik, kemudian gerakan tersebut diubah oleh poros engkol (crankshaft) melalui lengan eksentrik menjadi gerak memutar. Gerak memutar selanjutnya diubah menjadi energi lain untuk kepentingan manusia.

Memahami proses mesin konversi energi

Contohnya untuk menggerakkan generator sehingga menghasilkan listrik ataupun untuk menggerakkan roda pada alat transportasi. Pada generasi selanjutnya sesuai perkembangan teknologi, dibuatlah turbin uap. Turbin uap banyak digunakan sebagai pembangkit tenaga listrik dan alat transportasi, seperti kereta api, mobil, dan sepeda motor. Pada masa sekarang, mobil, motor, dan kendaraan bermotor lainnya sudah banyak menggunakan mesin yang lebih canggih, yaitu mesin pembakaran dalam atau Internal Combustion Engine (ICE). Pada bab ini, Anda akan mempelajari mesin konversi dan engine.

(A) Proses Mesin Konversi Energi

Energi merupakan suatu kemampuan melakukan pekerjaan (usaha) atau kemampuan melakukan perubahan. Kemampuan tersebut dapat diukur melalui waktu dan besarnya usaha yang telah dilakukan. Sebagai contoh, suatu kendaraan dapat bergerak karena adanya energi yang menyebabkannya dapat berpindah dari posisi A ke posisi B.

Energi tersebut berasal dari mesin yang dapat mengubah energi panas, listrik, air, atau energi lainnya menjadi gerak atau kerja.Mesin konversi energi adalah alat yang berfungsi mengubah energi ke bentuk energi lain untuk menghasilkan suatu usaha sehingga dapat dimanfaatkan oleh manusia. Contoh dari mesin ini adalah mesin kendaraan, baik mesin diesel maupun mesin bensin.

Kedua mesin ini dapat mengubah energi panas menjadi energi gerak. Prinsip kerja dari mesin diesel dan mesin bensin adalah menggunakan tekanan gas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dan udara sehingga menghasilkan gaya dorong yang dapat membuat batang piston bergerak. Gerakan piston ini akan menghasilkan rotasi pada poros engkol.

1. Prinsip dan Cara Kerja

Mesin teknologi yang satu ini secara prinsip bekerja dengan mengubah suatu energi menjadi energi dalam bentuk lain. Proses pengubahan energi tersebut salah satunya terjadi pada saat proses pembakaran. Proses pembakaran dalam mesin membuat mesin dapat bekerja dan menggerakkan suatu benda. Pada mesin konversi energi jenis diesel, bahan bakar pada mesin adalah solar, sedangkan bahan bakar pada mesin bensin adalah bensin.

Pembakaran pada mesin diesel dapat terjadi karena adanya proses tekanan kompresi yang tinggi dan disemprotkan bahan bakar dengan tekanan tertentu sehingga terjadi pembakaran. Sementara itu pembakaran pada mesin bensin, selain adanya kompresi campuran antara udara dan bahan bakar, pembakaran dapat terjadi karena adanya percikan bunga api. Percikan bunga api ini dihasilkan dari sebuah gaya listrik besar yang ditekankan pada celah busi. Selanjutnya, busi akan menghasilkan sebuah percikan api untuk memulai pembakaran.

Baca Juga Materi BAB II Menerapkan Mesin Konversi Energi dalam Bidang Otomotif

2. Klasifikasi Mesin Konversi Energi

Teknologi konversi energi dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok, yaitu mesin konversi energi kovensional dan mesin konversi energi nonkonvensional.

(B) Mesin konversi energi konvensional

Mesin konversi energi konvensional adalah mesin yang mengonversi energi yang berasal dari sumber energi yang tidak dapat diperbarui atau terbatas jumlahnya, seperti minyak bumi. Contoh mesin koniversi energi konvensional adalah motor bakar dan motor listrik.

1) Motor bakar/mesin bakar

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin konversi energi konvensional yang banyak digunakan dengan memanfaatkan energi panas dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar berdasarkan tempat pembakarannya dibedakan menjadi dua jenis, yaitu Internal Combustion Engine (ICE) dan External Combustion Engine (ECE).

a) internal Combustion Engine (ICE) atau mesin pembakaran dalam

ICE adalah mesin yang proses pembakarannya terjadi di dalam mesin itu sendiri. Pembakaran campuran antara udara dan bahan bakar terjadi di dalam sebuah ruang yang disebut combustion chamber (ruang bakar). Gas pembakaran yang terbentuk digunakan langsung sebagai fluida kerja. Contoh ICE antara lain mesin bensin, mesin diesel, mesin gas turbin, mesin roket, mesin jet, dan mesin gas. Jenis motor bakar ini akan dibahas secara mendalam pada subbab berikutnya.

b) External Combustion Engine (ECE) atau mesin pembakaran luar

ECE adalah mesin yang proses pembakaran bahan bakarnya dilakukan di luar mesin. Panas hasil pembakaran tidak diubah secara langsung menjadi energi mekanik. Panas akan dilewatkan pada media penghantar yang nantinya akan diubah menjadi energi mekanik.

Gambar 2.2 llustrasi External Combustion Engine.

Berikut merupakan beberapa contoh mesin pembakaran luar.

(1) Mesin uap

Mesin konversi energi yang pertama kali ditemukan adalah mesin uap. Mesin uap ditemukan sejak abad ke-17 dan mencapai kejayaannya pada awal abad ke-19. Pada masa kejayaannya, hampir semua alat transportasi menggunakan mesin uap, seperti kereta api, mobil, sepeda motor, bahkan kapal laut. Mesin uap termasuk dalam golongan mesin yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik melaui proses pembakaran.

Namun, mesin tidak secara langsung digerakkan oleh gas hasil pembakaran, melainkan digerakkan oleh uap yang dihasilkan dari proses pembakaran. Contoh kecil untuk mendemonstrasikannya, yaitu pada kerja ketel uap (boiler). Demonstrasi dapat dilakukan seperti pada Gambar 2.3. Peralatan yang diperlukan untuk membuat demonstrasi ketel uap antara lain kompor gas, panci atau tungku yang diberi lubang pada bagian atasnya, pipa plastik, serta kincir dari bambu atau kayu.

Rangkai peralatan yang telah disediakan seperti pada Gambar 2.3. Isi tungku dengan air, kemudian panaskan hingga mendidih. Uap air akan keluar dari pipa plastik dan kincir akan berputar akibat tekanan dari uap air yang dihasilkan dari proses pembakaran.

Gambar 2.3 Demonstrasi kerja ketel uap.

Untuk lebih memahami mengenai prinsip kerja mesin uap, perhatikan Gambar 2.4. Mesin uap bekerja dimulai ketika uap panas yang dihasilkan oleh ketel, dimasukkan ke dalam tabung tekanan tinggi melalui pipa delivery. Di dalam tabung tekanan tinggi tersebut terdapat dua lubang yang berhubungan dengan silinder dan sebuah side valve.

Side valve yang digerakkan oleh dorongan crankshaft (poros engkol) mengatur pembukaan dan penutupan saluran yang berhubungan dengan silinder. Pada Gambar 2.4 (a), piston bergerak ke kiri karena pipa saluran uap panas yang menuju ke silinder terbuka sehingga uap yang ada di sisi kiri piston terdorong keluar melalui lubang exhaust manifold.

Setelah piston sampai ke ujung kiri, lubang saluran uap panas di sebelah kiri yang berhubungan dengan silinder terbuka, sedangkan lubang yang di sisi kanan tertutup sehingga uap panas yang masuk ke dalam silinder mendorong piston dari sisi kiri ke kanan, dan uap yang ada di sisi kanan piston terdorong keluar melalui exhaust manifold (lihat pada Gambar 2.4 (b).

Piston rod dihubungkan dengan connecting rod yang dipasang dalam posisi eksentrik terhadap fily wheel. Gerakan bolak balik piston oleh poros eksentrik yang ada di fly wheel diubah menjadi gerakan berputar. Selama uap dari ketel terus masuk ke ruang tekanan tinggi, fily wheel akan terus berputar.

Gambar 2.4 Uap keluar melalui sisi (a) kiri dan (b) kanan melalui exhaust manifold.

(2) Turbin uap

Turbin uap merupakan mesin konversi energi yang mengubah energi panas dari uap menjadi energi kinetik. Energi kinetik tersebut selanjutnya diubah menjadi energi mekanik oleh sudu-sudu turbin. Jika energi mekanik ini digunakan untuk memutar generator, akan menghasilkan energi listrik. Namun, dapat juga digunakan untuk memutar roda pada mobil atau kereta api.

Gambar 2.5 Bagian-bagian pada mesin turbin uap.

2) Motor listrik

Motor listrik merupakan mesin yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik yang dihasilkan digunakan untuk berbagai keperluan, seperti menggerakan kompresor, memutar impeller pompa, fan, atau blower. Motor listrik banyak diaplikasikan dalam peralatan kehidupan sehari-hari, seperti mixer, bor listrik, dan kipas angin.

(C) Mesin konversi energi non konvensional

Mesin konversi energi nonkonvensional merupakan mesin yang memanfaatkan sumber energi yang berasal dari alam. Mesin konversi energi nonkonvensional ini mengonversi energi yang dapat diperbarui. Contoh dari mesin konversi energi nonkonvensional adalah mesin pembangkit listrik tenaga surya, air, dan uap; mesin konversi energi termal lautan/Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC); tidal power station (energi pasang surut); serta magnetohydrodynamic (MHD) power generation.

Zona Aktivitas Memahami proses mesin konversi energi

Bentuk kelompok diskusi yang beranggotakan empat orang.
Pelajari kembali materi yang telah dijelaskan mengenai mesin konversi energi konvensional dan nonkonvensional. Untuk memperkaya pemahaman, carilah sumber-sumber lain yang relevan.
Diskusikan mengenai perbedaan sumber energinya, cara kerjanya, serta kelebihan dan kekurangannya dari masing-masing mesin konversi energi tersebut.
Presentasikan hasil diskusi di depan kelas.

Demikian Materi Memahami proses mesin konversi energi Teknologi Dasar otomotif kali ini. Semoga materi ini memberi manfaat bagi pembaca. Kritik dan saran kami tunggu dikolom komentar. Terimakasih