MESIN KONVERSI ENERGI (MKE) KURIKULUM 2013

    https://drive.google.com/folderview?id=0BylDwqHZ0-ZDNEJETW9xNjdubWs&usp=sharing

KONVERSI ENERGI
Kode: TM-KM/KEN 2

(Kelas X-Semester 2)




Disusun Oleh:
DRS. MASAGUS S. RIZAL

















DIREKTORAT PEMBINAAN SEKOLAH MENENGAH KEJURUAN
DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN MENENGAH
KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN KEBUDAYAAN
2013
i

KATA PENGANTAR

Kurikulum 2013 dirancang untuk memperkuat kompetensi siswa dari sisi mengetahuan,
ketrampilan dan sikap secara utuh, proses pencapaiannya melalui pembelajaran
sejumlah  mata pelajaran yang dirancang sebagai kesatuan yang saling mendukung
pencapaian kompetensi tersebut
Sesuai dengan konsep kurikulum 2013 buku ini disusun mengacau pada pembelajaran
scientific approach,  sehingga setiap pengetahuan yang diajarkan, akan dilanjutkan
sampai siswa dapat membuat dan terampil dalam menyajikan pengetahuan yang
dikuasai secara kongkrit dan abstrak serta bersikap sebagai mahluk yang mensyukuri
anugerah Tuhan akan alam semesta  yang dikaruniakan kepadanya melalui kehidupan
yang mereka hadapi.
Kegiatan pembelajaran yang dilakukan siswa dengan buku teks bahan ajar ini pada
hanyalah usaha minimal yang harus dilakukan siswa untuk mencapai kompetensi yang
diharapkan, sedangkan usaha maksimalnya siswa harus menggali informasi yang lebih
luas melalui kerja kelompok, diskusi dan mengumpulkan berbagai informasi dari
sumber sumber lain yang berkaitan dengan materi yang disampaikan.
Sesuai dengan pendekatan kurikulum 2013, siswa diminta untuk menggali dan mencari
atau menemukan suatu konsep dari sumber sumber yang pengetahuan yang sedang
dipelajarinya, Peran guru sangat penting untuk meningkatkan dan menyesuaiakan daya
serap siswa dengan ketersediaan kegiatan pembelajaran pada buku ini. Guru dapat
memperkaya dengan kreasi dalam bentuk kegiatan kegiatan lain yang sesuai dan relevan
yang bersumber dai lingkungan sosial dan alam sekitarnya
Sebagai edisi pertama,buku teks bahan ajar ini sangat terbuka dan terus dilakukan
perbaikan dan penyempurnaannya, untuk itu kami mengundang para pembaca dapat
memberikan saran dan kritik serta masukannya untuk perbaikan dan penyempurnaan
pada edisi berikutnya. Atas konstribusi tersebut, kami ucapkan banyak terima kasih.
Mudah-mudahan kita dapat memberikan hal yang terbaik bagi kemajuan dunia
pendidikan dalam rangka mempersiapkan generasi emas dimasa mendatang.

Cimahi  Desember 2013
Penyusun,
 
ii

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR  .......................................................................................................  i
DAFTAR ISI  .....................................................................................................................  ii
PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR  ...........................................................................  iv
PERISTILAHAN/GLOSSARY........................................................................................ v
BAB I PENDAHULUAN  ................................................................................................. 1
A. Deskripsi  .................................................................................................................. 1
B. Prasyarat  .................................................................................................................. 2
C. Petunjuk Penggunaan  .............................................................................................. 2
1.  Petunjuk Bagi Siswa.......................................................................................... 2
2.  Petunjuk Bagi Guru/Istruktur  ............................................................................ 3
3.  Pendekatan Saintifik  .......................................................................................... 3
D. Tujuan Akhir ........................................................................................................... 5
E. Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar  .................................................................. 6
F. Cek Kemampuan  ..................................................................................................... 8
BAB II PEMBELAJARAN  .............................................................................................. 9
A. Deskripsi  .................................................................................................................. 9
B. Kegiatan Belajar  ...................................................................................................... 9
1.  Kegiatan Belajar 1 : Mengenal Prinsip Mesin Konversi Energi  ....................... 9
a.  Tujuan Kegiatan Belajar. .......................................................................... 9
b.  Uraian Materi  ............................................................................................ 9
c.  Rangkuman ............................................................................................. 26
d.  Tugas  ....................................................................................................... 27
2.  Kegiatan Belajar 2 : Pengetahuan Dasar Motor Bakar ................................... 28
a.  Tujuan Pembelajaran :  ............................................................................. 28
b.  Uraian Materi :  ........................................................................................ 28
c.  Rangkuman ............................................................................................. 73
d.  Tugas  ....................................................................................................... 74
3.  Kegiatan Pembelajaran 3 : Prestasi Mesin  ...................................................... 75
a.  Tujuan Pembelajaran  ............................................................................... 75
b.  Uraian Materi  .......................................................................................... 75 
iii

c.  Rangkuman ........................................................................................... 101
d.  Tugas  ..................................................................................................... 103
4.  Kegiatan belajar 4 : Pengetahuan Dasar Turbin  ............................................ 104
a.  Tujuan Pembelajaran :  ........................................................................... 104
b.  Uraian materi :  ....................................................................................... 104
c.  Rangkuman ........................................................................................... 121
d.  Tugas  ..................................................................................................... 123
5.  Kegiatan belajar 5 : Turbin Gas .................................................................... 124
a.  Tujuan Pembelajaran :  ........................................................................... 124
b.  Uraian materi :  ....................................................................................... 124
c.  Rangkuman ........................................................................................... 153
d.  Tugas  ..................................................................................................... 155
6.  Kegiatan Belajar 6 : Pengetahuan Dasar Generator Listrik .......................... 156
a.  Tujuan Pembelajaran :  ........................................................................... 156
b.  Uraian materi  ......................................................................................... 156
c.  Rangkuman ........................................................................................... 166
d.  Tugas  ..................................................................................................... 167
DAFTAR PUSTAKA  ................................................................................................... 169











 
iv

PETA KEDUDUKAN BAHAN AJAR
Diagram Pencapaian Kompetensi
Diagram ini menunjukkan tahapan atau tata urutan pencapaian kompetensi yang
dilatihkan pada peserta diklat dalam kurun waktu tiga tahun, serta kemungkinan multi
entry–multi exit yang dapat diterapkan.




























Mekanika Teknik
& Elemen Mesin
(TM- MK/EM)

Teknologi 
Mekanik 
(TM-TMK)
Kelistrikan Mesin 
& Konversi Energi 
(TM-KM/KEN)

Simulasi 
Digital 
(TM-SDG)



Teknik
Pemeliharaan
Kelistrikan Mesin

Teknik
Pemeliharaan
Mekanik Industri
Teknik 
Pemeliharaan
Sistem Pneumatik
dan Hidrolik


Teknik 
Pengerjaan Logam 

TP-MMI
1
 (XI-3)
TP-MMI
2
 (XI-4)
TP-MMI
2
 (XII-5)
TP-MMI
2
 (XII-6)
TP-SPH 1
(XII-5)
TM-MK/EM 1
 (X-1)
TP-KM 1
(XII-5)

TPL 2
 (XI-4)
TPL 1
 (XI-3)
TPSPH 2
 (XII-6)
TP-KM 2
(XII-6)

TM-KM/KEN 1
 (X-1)
TM-SDG2
 (X-2)
TM-MK/EM 2
 (X-2)
TM-KM/KEN  2 
(XII-6)
TM-TMK2
 (X-2)
TM-TMK1
(X-1)
TM-SDG1
 (X-1)
MATA PELAJARAN KELOMPOK - C 2  MATA PELAJARAN KELOMPOK - C3

JUDUL BUKU TEKS BAHAN AJAR  JUDUL BUKU TEKS BAHAN AJAR
 
v

PERISTILAHAN/GLOSSARY
Fluida      : zat alir yang dipakai pada benda kerja disebut dengan fluida
  kerja.
Bleeding    : Pengosongan udara pada sistem bahan bakar.
Dry type     : Tipe kering. Salah satu tipe silinder liner.
Damper    : Penahan.
Feed pump     : Pompa utama. Yaitu pompa pada pompa injeksi Inline yang 
  digunakan untuk menghisap bahan bakar dan menghilangkan
  udara palsu pada system bahan bakar.
Governor     : Komponen yang berfungsi untuk mengontrol secara automatis
   penyaluran bahan bakar sesuai dengan beban mesin.
Oil film    : Lapisan film yang terbentuk oleh oli.
Over size     : Pembesaran ukuran. Umumnya pada benda berbentuk silinder.
Priming pump   : Pompa utama. Yaitu pompa pada pompa injeksi distributor yang 
  digunakan untuk menghisap bahan bakar dan menghilangkan
  udara palsu pada system bahan bakar.
Separator     : Sekat (pada tangki bahan bakar) yang menjaga permukaan
   bahan bakar tetap stabil.
Water      : Pemisah bahan bakar dengan air.
Thermostat     : Suatu komponen yang mengatur aliran air pendingin. Bekerja 
   apabila mendapatkan panas akan membuka saluran pada
   thermostat itu sendiri.
Under size     : Pengecilan ukuran. Pengecilan yang dimaksud pada poros
   engkol.
Wet type    : Tipe basah. Salah satu tipe silinder liner. 
1


BAB I PENDAHULUAN

A.  Deskripsi
Bahan ajar Konversi Energi dengan kode “TM-KM/KEN 2” berisi materi dan informasi
tentang  pengetahuan dasar tentang termodinamika, perpindahan  panas dan mekanika
fluida sangat membantu para calon operator dan staf pemeliharaan mesin-mesin
industri. Konsep-konsep  pengetahuan  dasar akan  berguna  dalam memahami prinsip-
prinsip dasar kerja mesin-mesin. Pembahasan ditekankan pada hal-hal khusus yang
berkenaan dengan konsep dasar. Untuk pembahasan yang menyeluruh pembaca dapat
merujuk pada buku teks yang ada pada daftar pustaka.
Semua materi konversi energi disusun dalan pokok bahasan tentang pengetahuan dasar
motor bakar, pengetahuan dasar turbin dan pengetahuan dasar generator  listrik. Bahan
ajar ini membahas tentang beberapa hal penting yang perlu diketahui agar dapat
melakukan melaksanakan pekerjaan dasar secara efektif, efisien dan aman.  Materi
diuraikan dengan pendekatan  saintifik dan  praktis disertai ilustrasi yang cukup agar
siswa mudah memahami bahasan yang disampaikan.
Cakupan materi pengetahuan dasar mesin konversi energi yang akan dipelajari meliputi
: (a) proses mesin konversi energy, (b) ciri-ciri mesin konversi energy, (c) besaran
sistem termodinamika, (d) besaran pokok termodinamika, (e) bentu-bentuk energi, (f)
sifat-sifat energi, dan (g) hokum termodinamika.
  
Cakupan materi pengetahuan dasar motor bakar yang akan dipelajari meliputi : (a)
Pemahaman prinsip dan cara kerja motor bensin 2  tak maupun 4 tak, (b) Pemahaman
prinsip kerja dari motor diesel 4 tak, (c) Pemahaman prinsip kerja system pendinginan, ,
(d) Pemahaman prinsip kerja system bahan bakar, (e) Pemahaman proses perhitungan
daya motor, (g) Pemahaman konstruksi dan fungsi bagian utama Engine. 

Selanjutnya cakupan materi pengetahuan dasar turbin yang akan dipelajari meliputi : (a)
Turbin Gas, (b) Azas Impuls dan reaksi, (c) Segitiga kecepatan, (d) Konstruksi Turbin
Gas (e), Klasifikasi Turbin Gas  (f) Mesin tenaga Uap, (g) Turbin Air. 

 
2


Cakupan materi pengetahuan dasar generator listrik akan membahas tentang : jenis
generator listrik, fungsi dan cara kerja, konstruksi dan bagian-bagian generator listrik.

Setiap kegiatan belajar berisi tujuan, materi, dan diakhir materi disampaikan rangkuman
yang memuat intisari materi, dilanjutkan test formatif. Setiap siswa harus mengerjakan
test tersebut sebagai indicator penguasaan materi, jawaban test kemudian diklarifikasi
dengan kunci jawaban. Guna melatih keterampilan dan sikap kerja yang  benar setiap
siswa dapat berlatih dengan pedoman lembar kerja yang ada.

Diakhir bahan ajar terdapat evaluasi sebagai uji kompetensi siswa. Uji kompetensi
dilakukan secara teroritis dan praktik. Uji teoritis dengan siswa menjawab pertanyaan
yang pada soal  evaluasi, sedangkan uji praktik dengan meminta siswa
mendemontrasikan/ mempresentasikan  kompetensi yang harus dimiliki dan guru/
instruktur menilai berdasarkan lembar observasi yang ada.

B.  Prasyarat
Bahan ajar ini merupakan kompetensi dasar dalam bidang kelistrikan   mesin dan
konversi energi, sehingga tidak menuntut prasyarat untuk mempelajarinya.

C.  Petunjuk Penggunaan
1.  Petunjuk Bagi Siswa
a.  Lakukan cek kemampuan untuk mengetahui kemampuan awal yang anda kuasai,
sebelum membaca bahan ajar lebih lengkap.
b.  Bacalah bahan ajar secara seksama pada setiap kegiatan belajar, bila ada uraian
yang kurang jelas silakan bertanya pada guru/ instruktur.
c.  Kerjakan setiap test formatif pada setiap kegiatan belajar, untuk mengetahui
seberapa besar pemahaman saudara terhadap materi  yang disampaikan,
klarifikasi hasil jawaban saudara pada kumpulan lembar jawaban yang ada.
d.  Lakukan latihan setiap sub kompetensi sesuai dengan lembar kerja yang ada.
e.  Perhatikan petujuk keselamatan kerja dan pertolongan pertama bila terjadi
kecelakaan kerja yang termuat pada lembar kerja.
 
3


f.  Lakukan latihan dengan cermat, teliti dan hati-hati. Jangan melakukan pekerjaan
yang belum anda pahami dengan benar.
g.  Bila saudara merasa siap mintalah guru/intruktur untuk menguji kompetensi
saudara.

2.  Petunjuk Bagi Guru/Istruktur
a.  Guru/ intruktur bertindak sebagai fasilitator, motivator, organisator dan
evaluator. Jadi guru/intruktur berperan:
b.  Fasititator yaitu menyediakan fasilitas berupa informasi, bahan, alat, training
obyek dan media yang cukup bagi siswa sehingga  kompetensi siswa cepat
tercapai.
c.  Motivator yaitu memotivasi siswa untuk belajar dengan giat, dan mencapai
kompetensi dengan sempurna.
d.  Organisator yaitu bersama siswa menyusun kegiatan belajar dalam mempelajari
bahan ajar, berlatih keterampilan, memanfaatkan fasilitas dan sumber lain untuk
mendukung terpenuhinya kompetensi siswa.
e.  Evaluator yaitu mengevaluasi kegiatan dan perkembangan kompetensi yang
dicapai siswa, sehingga dapat menentukan kegiatan selanjutnya.

3.  Pendekatan Saintifik
Proses pembelajaran untuk mencapai tujuan, yang dilakukan secara interaktif, inspiratif,
menyenangkan, menantang, memotivasi peserta didik untuk secara aktif menjadi
pencari informasi, serta memberikan ruang yang cukup bagi prakarsa, kreativitas, dan
kemandirian sesuai dengan bakat, minat dan perkembangan fisik serta psikologis
peserta didik. 
Penggunaan metode yang disesuaikan dengan karakteristik peserta didik dan mata
pelajaran, yang meliputi proses observasi, menanya, mengumpulkan informasi, asosiasi,
dan komunikasi. Untuk pembelajaran yang berkenaan dengan KD yang bersifat
prosedur untuk melakukan sesuatu, guru memfasilitasi agar peserta didik dapat
melakukan pengamatan terhadap pemodelan/demonstrasi oleh guru atau ahli, peserta
didik menirukan, selanjutnya guru melakukan pengecekan dan pemberian umpan balik,
dan latihan lanjutan kepada peserta didik. Dalam setiap kegiatan guru harus  
4


memperhatikan kompetensi yang terkait dengan sikap seperti jujur, teliti, kerja sama,
toleransi, disiplin, taat aturan, menghargai pendapat orang lain. Cara pengumpulan data
sedapat mungkin relevan dengan jenis data yang dieksplorasi, misalnya di laboratorium/
bengkel, studio, lapangan, perpustakaan, museum, dan sebagainya. 
1.  Mengamati 
Dalam kegiatan mengamati, guru membuka secara luas dan  bervariasi kesempatan
peserta didik untuk melakukan pengamatan melalui kegiatan: melihat  , menyimak,
mendengar, dan membaca. Guru memfasilitasi peserta didik untuk melakukan
pengamatan, melatih mereka untuk memperhatikan (melihat, membaca, mendengar) hal
yang penting dari suatu fenomena  benda atau objek atau tayangan video. 

2.  Menanya 
Selama  kegiatan mengamati, guru membuka kesempatan secara luas kepada peserta
didik untuk bertanya mengenai apa yang sudah dilihat, disimak, dibaca atau dilihat.
Guru perlu membimbing peserta didik untuk dapat mengajukan pertanyaan: pertanyaan
tentang hasil pengamatan objek yang konkrit sampai kepada yang abstrak  berkenaan
dengan fakta, konsep, prosedur, atau pun hal lain yang lebih abstrak. Pertanyaan yang
bersifat faktual sampai kepada pertanyaan yang bersifat hipotetik. 
Dari situasi di mana peserta didik dilatih menggunakan pertanyaan dari guru, masih
memerlukan bantuan guru untuk mengajukan pertanyaan sampai ke tingkat di mana
peserta didik mampu mengajukan pertanyaan secara mandiri. 
Dari kegiatan kedua dihasilkan sejumlah pertanyaan. Melalui kegiatan bertanya
dikembangkan rasa ingin tahu peserta didik. Semakin terlatih dalam bertanya maka rasa
ingin tahu semakin dapat dikembangkan. 
Pertanyaan terebut menjadi dasar untuk  mencari informasi yang lebih lanjut dan
beragam dari sumber yang ditentukan guru sampai yang ditentukan peserta didik, dari
sumber yang tunggal sampai sumber yang beragam. 

3.  Mengumpulkan dan mengasosiasikan 
Tindak lanjut dari bertanya adalah menggali dan  mengumpulkan informasi dari
berbagai sumber melalui berbagai cara. Untuk itu peserta didik dapat membaca buku 
 
5


yang lebih banyak, memperhatikan fenomena atau objek yang lebih teliti, atau bahkan
melakukan eksperimen. Dari kegiatan tersebut terkumpul sejumlah informasi. 
Informasi tersebut menjadi dasar bagi kegiatan berikutnya yaitu memeroses informasi
untuk menemukan keterkaitan satu informasi dengan informasi lainnya, menemukan
pola dari keterkaitan informasi dan bahkan mengambil berbagai kesimpulan dari pola
yang ditemukan. 

4.  Mengkomunikasikan hasil 
Kegiatan berikutnya adalah menuliskan atau menceritakan apa yang ditemukan dalam
kegiatan mencari informasi, mengasosiasikan dan menemukan pola. Hasil tersebut
disampikan di kelas dan dinilai oleh guru sebagai hasil belajar peserta didik atau
kelompok peserta didik tersebut. 

D.  Tujuan Akhir
Tujuan akhir dari bahan ajar ini adalah siswa mempunyai kompetensi: 
1.  Menjelaskan prinsip kerja motor 2 tak dan 4 tak
2.  Menjelaskan  fungsi bagian-bagian utama motor bakar
3.  Menjelaskan prestasi mesin motor bakar
4.  Menjelaskan cara kerja turbin air 
5.  Menguraikan konstruksi turbin air 
6.  Menjelaskan cara kerja generator listrik










 
6


E.  Kompetensi Inti dan Kompetensi Dasar
Kompetensi inti dan kompetensi dasar yang harus dikuasai oleh siswa minimal semua
kompetensi yang dipersyaratkan dalam kurikulum nasional sebagaimana table peta
dibawah ini.
Kompetensi Inti Dan Kompetensi Dasar
Mata Pelajaran Dasar Kelistrikan Mesin & Konversi Energi
KOMPETENSI INTI (KELAS X)  KOMPETENSI DASAR
KI-1
Menghayati dan mengamalkan ajaran
agama yang dianutnya
Mensyukuri kebesaran ciptaan Tuhan YME
dengan  mengaplikasikan pengetahuan,
keterampilan dan sikap mengenai kelistrikan
mesin dan konversi energi dalam kehidupan
sehari-hari
Mengamalkan nilai-nilai ajaran agama
sebagai bentuk rasa syukur dalam
mengaplikasikan    pengetahuan, keterampilan
dan sikap mengenai kelistrikan mesin dan
konversi energi dalam kehidupan sehari-hari
KI-2
Menghayati dan mengamalkan perilaku
jujur, disiplin, tanggung jawab,  peduli
(gotong royong, kerjasama, toleran,
damai), santun, responsif dan proaktif,
dan menunjukkan sikap sebagai bagian
dari solusi atas berbagai permasalahan
dalam berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial dan alam
serta dalam menempatkan diri  sebagai
cerminan bangsa dalam pergaulan
dunia
  Mengamalkan perilaku jujur, disiplin, teliti,
kritis, rasa ingin tahu, inovatif dan tanggung
jawab dalam  dalam mengaplikasikan  
pengetahuan, keterampilan dan sikap
mengenai kelistrikan mesin dan konversi
energi dalam kehidupan sehari-hari .
  Menghargai kerjasama, toleransi, damai,
santun, demokratis, dalam    menyelesaikan
masalah perbedaan konsep  berpikir  dalam
mengaplikasikan    pengetahuan, keterampilan
dan sikap mengenai kelistrikan mesin dan
konversi energi dalam kehidupan sehari-hari .
  Menunjukkan sikap responsif, proaktif,
konsisten, dan berinteraksi secara efektif
dengan lingkungan sosial sebagai bagian dari
solusi atas berbagai permasalahan dalam
melakukan tugas mengaplikasikan  
pengetahuan, keterampilan dan sikap
mengenai kelistrikan mesin dan konversi
energi dalam kehidupan sehari-hari .
KI-3

Memahami, menerapkan dan
menganalisis pengetahuan faktual,
konseptual, dan prosedural berdasarkan
rasa ingin tahunya tentang ilmu
  Memahami dasar motor bakar
  Memahami prestasi mesin 
7

KOMPETENSI INTI (KELAS X)  KOMPETENSI DASAR
pengetahuan, teknologi, seni, budaya,
dan humaniora dalam wawasan
kemanusiaan,  kebangsaan,
kenegaraan, dan peradaban terkait
penyebab fenomena dan kejadian
dalam bidang kerja yang spesifik untuk
memecahkan masalah
  Menjelaskan cara kerja turbin air
  Menguraikan konstruksi turbin air
Menjelaskan cara kerja generator
KI-4

Mengolah, menalar, dan menyaji dalam
ranah konkret dan ranah abstrak terkait
dengan pengembangan dari yang
dipelajarinya di sekolah secara
mandiri, dan mampu melaksanakan
tugas spesifik di bawah pengawasan
langsung.
Mendeskripsikan dasar motor bakar.
Mendeskripsikan prestasi mesin
Mendeskripsikan cara kerja turbin air
Mendeskripsikan konstruksi turbin air
Mendeskripsikan cara kerja generator













 
8


F.  Cek Kemampuan

Kompetensi Dasar  Pernyataan
Jawaban  Bila jawaban
ya,  kerjakan  Ya  Tidak
1.  Memahami dasar
motor bakar

      
2.  Memahami prestasi
mesin



    
3.  Menjelaskan cara
kerja turbin air

      
4.  Menguraikan
konstruksi turbin air

      
5.  Menjelaskan cara
kerja generator

      
6.  Mendeskripsikan
dasar motor bakar.

      
7.  Mendeskripsikan
prestasi mesin

      
8.  Mendeskripsikan cara
kerja turbin air

      
9.  Mendeskripsikan
konstruksi turbin gas 

      
10. Mendeskripsikan cara
kerja generator

      








 
9


BAB II PEMBELAJARAN

A.  Deskripsi
Buku  teks bahan ajar  ini berjudul “Konversi Energi ” berisi empat bagian utama yaitu:
pendahuluan, pembelajaran, evaluasi, dan penutup yang materinya membahas sejumlah
kompetensi yang diperlukan untuk SMK Program Keahlian Teknik Mesin pada Paket
Keahlian Teknik Pemeliharaan Mekanik Industri pada kelas XI semester 3. Materi
dalam buku teks bahan ajar ini meliputi:  Pemahaman mesin konversi energi,
Pengetahuan  dasar  motor bakar,  pengetahuan dasar turbin dan pengetahuan dasar
generator listrik.

B.  Kegiatan Belajar
1.  Kegiatan Belajar 1 : Mengenal Prinsip Mesin Konversi Energi
a.  Tujuan Kegiatan Belajar.
Setelah mempelajari bahan ajar ini siswa harus dapat :
1)  Menjelaskan ciri-ciri  proses mesin konversi energi dengan  benar.
2)  Menjelaskan besaran-besaran pokok termodinamika dengan benar.
3)  Menjelaskan bentuk-bentuk energi yang ada di alam dengan benar
4)  Menjelaskna sifat-sifat energi 
5)  Menjelaskan  prinsip hukum termodinamika dan penerapannya dalam
bidang teknologi.
b.  Uraian Materi
1.  Proses Mesin Konversi Energi
Ilmu termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan
kerja. Dua besaran tersebut sangat penting untuk dipahami  karakteristiknya
untuk pemahaman dasar keteknikan. Jadi jelas pengetahuan dasar
termodinamika sangat penting, karena dipakai untuk menganalisis kondisi
operasi berbagai alat atau mesin yang berhubungan dengan panas dan kerja.

2.  Ciri-Ciri Mesin Konversi Energi 
10

Untuk menganalisis mesin-mesin panas atau mesin-mesin fluida, mesin-mesin
tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai pada 

benda kerja disebut dengan  fluida kerja. Sebagai contoh untuk pompa sebagai
benda kerja, fluida kerjanya adalah zat  cair (air, oli ), sedangkan kompresor,
fluida kerjanya adalah udara.
Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya, benda kerja
sering disebut dengan  sistem, yaitu setiap bagian tertentu, yang volume dan
batasnya tidak perlu tetap, dimana perpindahan dan konversi energi atau massa
akan dianalisis. Adapun istilah-istilah yang sering disebut adalah sebagai
berikut.
  Batas sistem  adalah garis imajiner yang membatasi sistem dengan
lingkungannya
  Sistem tertutup  yaitu apabila sistem dan lingkungannya  tidak terja
dipertukaran energi atau massa, dengan kata lain energi atau massa tidak
melewati batas-batas sistem.
  Sistem terbuka  yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau
melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi

3.  Besaran Sistem Termodinamika dan Keadaan Sistem
Dalam pembahasan setiap masalah yang berhubungan dengan kejadian-kejadian
alam atau suatu proses fisika alam, untuk memudahkan pemahaman masalah
tersebut, pemodelan matematis banyak digunakan. Pemodelan matematik adalah
suatu metode untuk mecari hubungan antara faktor-faktor fisik yang satu dengan
yang lainnya menggunakan simbol-simbol dan koordinat matematik. Dengan
pemodelan tersebut, akan diperoleh suatu rumusan matematik yang dapat
mewakili permasalahan fisik sacara kuantitatif. 
11

` 
Gambar 2.1 Grafik proses keadaan termodinamik

Dalam ilmu termodinamika koordinat-koordinat atau besaran fisik akan selalu
melingkupi semua rumusan termodinamika adalah  Voume  V,  Temperatur  T,
Tekanan p, Kerapatan r dan besaran-besaran lainnya. Besaran- besaran ini akan
mempengaruhi berbagai keadaan system termodinamika. Misalkan, sistem
motor bakar akan berubah keadaannya apabila tekanan p kompresinya turun,
yaitu tenaga yang dihasilkan berkurang. Perubahan keadaan temodinamika
digambarkan pada grafik hubungan tekanan dengan volume atau tekanan dengan
temperatur.
Contoh perubahan keadaan termodinamika yaitu perubahan keadaan pada
temperatur tetap (isotermis), penggambarannya pada grafik p-v dan p-t adalah
sebagai berikut  Dari gambar di atas terlihat bahwa terjadi perubahan besaran
pada keadaan satu ke keadaan dua. Perubahan tersebut akan tetap berlangsung
sebelum ada proses keadaan yang lainnya. Proses keadaan selalu mempunyai
satu atau lebih karakteristik yang spesifik. Sebagai contoh untuk proses keadaan
isotermis, karakteristik yang pasti khusus adalah tidak ada perubahan temperatur
selama proses.
Dalam termodinamika, besaran sistem dibagi menjadi dua yaitu besaran
ekstensif dan besaran intensif. Adapun definisi masing-masing besaran adalah
sebagai berikut.
[1]  Besaran  ekstensif, adalah besaran yang dipengarui oleh massa atau mol
sistem. Contoh volume, kapasitas panas, kerja, entropi. Dari besaran-
besaran  ekstensif  diperoleh harga-harga jenis (spesifik value). Harga jenis
adalah perbandingan antara besaran ekstensif dengan massa sistem atau zat.  
12


[2] Besaran  intensif, adalah besaran yang tidak dipengarui oleh massa sistem.
Contoh: tekanan, temperatur, dan lainnya

4.  Besaran-besaran pokok termodinamika
Besaran temperatur dan tekanan adalah besaran yang menjadi pokok dari sistem
termodinamika, karena hubungan antar keduanya sangat penting untuk
mecirikan proses keadaan sistem. Disamping itu besaran temperatur dan tekanan
adalah besaran dari hasil pengukuran
secara langsung  dari suatu proses keadaan sistem. Hal ini berbeda dengan
besaran lainnya yang tidak berdasarkan pengukuran, tetapi diturunkan dari
besaran temperatur dan tekanan. Sebagai contoh, kerja adalah besaran turunan
dari tekanan atau temperatur.
1. Kerja pada volume konstan W=m.R.DT
2. Kerja pada tekanan kostan W= pDV

5.  Bentuk-bentuk energi
Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau  Joule. Energi dan
kerja  mempunyai satuan yang sama. Sedangkan kerja dapat didefinisikan
sebagai usaha untuk memindahkan benda sejauh S (m) dengan gaya F (Newton).
Sedang bentuk-bentuk energi lain
dijelaskan di bawah ini :
Energi Kinetik  ;  energi suatu benda karena bergerak dengan kecepatan V, 
sebagai contoh , mobil yang bergerak, benda jatuh dan lain-lain , maka energinya
dapat ditulis 
13


Gambar 2.2 Pergerakan mobil dan Energi kinetik
Energi potensial  adalah energi yang tersimpan pada benda karena
kedudukannya. Sebagai contoh, energi potensial air adalah energi yang dimiliki
air karena ketinggiannya dari permukaan.
Ep = m.g.h

Energi potesial pegas  adalah energi yang dimiliki oleh benda yang
dihubungkan dengan pegas untuk berada pada kedudukan tertentu  karena
penarikan pegas.
Ep = 0,5.k.x2
Energi mekanik  adalah  energi total yaitu penjumlahan antara energi  kinetik
dengan energi potesial.
Em = Ek + Ep
Adapun energi atau kerja mekanik pada mesin-mesin panas, adalah kerja yang
dihasilkan dari proses ekspansi atau kerja yang dibutuhkan proses  kompresi.
Kerja mekanik  (dW) tersebut sebanding dengan perubahan  volume (dV) pada
tekanan (p) tertentu.
DW = pDV 
14


Sebagai contoh energi ini secara sederhana adalah pergerakan piston,  putaran
poros engkol, dan lain lain.

Gambar 2.3 Energi atau kerja pada piston

Energi mekanik pada benda-benda yang berputar misalnya poros mesin-mesin
fluida (turbin, pompa, atau kompresor) dinamakan  Torsi,  yaitu energi yang
dbutuhkan atau dihasilkan benda untuk berputar  dengan gaya sentrifugal F
dimana energi tersebut pada r tertentu dari pusat putaran.
T= Fx r

Gambar 2.4 Energi mekanik poros turbin gas
Energi Aliran atau kerja aliran adalah kerja yang dilakukan oleh fluida yang
mengalir untuk mendorong sejumlah massa m ke dalam atau ke luar sistem.
W energi aliran = pV 
15


Panas (Q)  yaitu energi yang ditransfer ke atau dari subtansi karena perbedaan
temperatur. Dengan c panas jenis pada tekanan konstan atau  volume konstan,
energi ini dirumuskan:
Q = mcDT
Energi dalam (U);  energi dari gas karena pergerakan pada tingkat  molekul,
pada gas ideal hanya dipengaruhi oleh temperatur saja.
Entalpi (H);  sejumlah panas yang ditambahkan pada 1 mol gas pada  tekanan
konstan, dengan cp panas jenis pada tekanan konstan, dapat   dirumuskan:
H mc T pD = D
Energi yang tersedia  ;  bagian dari panas yang ditambahkan ke sistem  yang
dapat diubah menjadi kerja. Perbandingan antara jumlah energi  tersedia yang
dapat diubah menjadi kerja dengan energi yang  dimasukkan sistem adalah
konsep efisiensi.
6.  Sifat energi
Energi di alam adalah kekal artinya energi tidak dapat diciptakan  dan
dimusnahkan tetapi hanya dapat diubah dari energi satu ke energi  lainnya
(Hukum kekekalan energi). Ilmu yang mempelajari perubahan energi dari energi
satu ke lainnya disebut dengan ilmu konversi energi.
Tingkat keberhasilan perubahan energi disebut dengan efisiensi. Adapun  sifat-
sifat energi secara umum adalah :
a.  Transformasi energi,  artinya energi dapat diubah menjadi bentuk lain,
misalkan energi panas pembakaran menjadi energi mekanik mesin

Gambar 2.4 Konversi energi panas menjadi energi mekanik 
16


Contoh yang lain adalah proses perubahan energi atau konversi  energi pada
turbin dan pompa. Perubahan energi pada turbin adalah sebagai berikut, energi
fluida (energi kinetik fluida) masuk turbin dan  berekspansi, terjadi perubahan
energi yaitu dari energi  fluida menjadi  energi mekanik putaran poros turbin.
Kemudian, putaran poros turbin  memutar poros generator listrik, dan terjadi
perubahan energi kedua yaitu dari energi mekanik menjadi energi listrik.

Gambar 2.5 Konversi energi pada pompa atau kompresor

Pada Gambar 2.5  terlihat proses konversi energi dari energi listrik  menjadi
energi fluida. Prosesnya yaitu energi listrik akan diubah menjadi energi mekanik
pada motor listrik, energi mekanik tersebut berupa  putaran poros motor listrik
yang akan  diteruskan ke poros pompa. Pada  pompa terjadi perubahan energi
mekanik menjadi energi fluida, fluida  yang ke luar dari pompa mempunyai
energi yang lebih tinggi dibanding sebelum masuk pompa. 
17


Gambar 2.6 Pompa sebagai mesin Konversi energi
2. Transfer energi, yaitu energi panas (heat) dapat ditransfer dari tempat  satu
ke tempat lainnya atau dari material satu ke material lainnya.

Gambar 2.7 Tranfer energi panas dari tungku ke air di panic

3. Energi dapat pindah ke benda lain melalui suatu gaya yang menyebabkan
pergeseran, sering disebut dengan energi mekanik, seperti yang telah dibahas di
bab sebelumnya. W = FxS
 
18



Gambar 2.8 Energi mekanik pergeseran rotasi ( angular)



 
19


Ganbar 2.9 Mesin-mesin konversi energi dengan kerja poros

Energi mekanik  putaran poros  adalah yang paling sering  digunakan untuk
perhitungan mesin-mesin konversi energi, karena hampir sebagian besar mesin-
mesin konversi adalah mesin-mesin rotari.  Alasan pemilihan gerak putaran
poros mesin (mesin rotari) sebagai  transfer energi atau kerja dibanding dengan
putaran bolak-balik  (reciprocating) adalah karena gerak rotari mempunyai
efisiensi mekanik  yang tinggi, getaran rendah, dan tidak banyak memerlukan
komponen mesin yang rumit. Energi atau kerja langsung dapat ditransfer atau
diterima peralatan tanpa peralatan tambahan.
Energi adalah kekal, tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan.


 
20


7.  Hukum Termodinamika
7.1 Hukum termodinamika I
Hukum pertama termodinamika adalah hukum konversi energi,  hukum ini
menyatakan bahwa  ENERGI TIDAK DAPAT  DICIPTAKAN   ATAU
DILENYAPKAN, energi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke  bentuk
lainnya.


Gambar 2.10 Dinamika perubahan energi pada suatu benda kerja

Hukum pertama Termodinamika dapat ditulis sebagai berikut ;
EP1 + EK1 + ED1 + EA1 + = EP2 + EK2 + ED2 + EA2 +
Untuk sistem terbuka dimana ada pertukaran energi dan massa dari sitem ke
lingkungan atau sebaliknya, maka persamaan energi di atas dapat dijabarkan
sebagai berikut

 
21


Jadi Hukum termo pertama dapat diutuliskan secara sederhana  dengan
persamaan berikut (untuk sistem terbuka)  masuk keluar E = E atau DEP +
DEK + DH + DQ = DW

Gambar 2.11 Proses perubahan energi pada sistem terbuka
Jika Hukum termodinamika pertama dituliskan secara sederhana  untuk
sistem tertutup, dimana massa tidak dapat melintas batas sistem, maka suku
EP, EK dan EA dapat dihilangkan dari persamaan. Persamaan dapat ditulis
kembali menjadi:
DEP + DEK + DpV + DQ = DW + DU DQ = DW + DU
Jadi untuk sistem tertutup persamaannya menjadi DQ = DW + DU

Gambar 2.12 Proses perubahan energi pada sistem tertutup

Contoh-contoh aplikasi hukum termodinamika I
Hukum-hukum termodinamika yang sudah diuraikan di atas adalah  sangat
berguna dalam menganalisis persoalan mesin-mesin konversi energi sederhana,
sebagai contoh di bawah ini diuraikan pemodelan termodinamikanya.

7.1.1  Konversi energi pada turbin
Turbin adalah salah satu mesin konversi energi yang cukup  penting.Turbin di
industri biasanya turbin uap atau gas. Keduanya merupakan alat ekspansi yang 
 
22


menghasilkan kerja mekanik poros. Di bawah ini ditunjukkan perhitungan kerja
turbin sederhana.

Gambar 2.13 Konversi energi pada turbin

Pada turbin terjadi proses ekspansi adiabatis sehingga DQ = 0 DEP dan DEK =0

7.1.2  Konversi pada pompa
Pompa juga merupakan alat mesin konversi  energi, tetapi mesin ini  banyak
diaplikasikan sebagai alat bantu proses konversi. Sebagai contoh pompa banyak
dipakai sebagai alat sirkulasi air pada instalasi  pembangkit daya tenaga uap.
Pompa bekerja dengan penggerak dari  luar. Jadi mesin ini adalah pengguna
energi. Di bawah ini diberikan persoalan tentang pompa sentrifugal sederhana.

Gambar 2.14 Konversi pada pompa 
23



DEP + DEK + DH + DQ = DW
dengan 
DEP + DEK + DQ = 0 DU = 0 DH = DpV
maka kerja yang dibutuhkan pompa adalah

7.2 Hukum termodinamika II
Tidak mungkin membuat siklus mesin yang mengubah energi  panas yang
ditambahkan, semuanya menjadi kerja. Konsep efisiensi  seperti yang telah
disebutkan yaitu:


Gambar 2.15 Skema sederhana dari hukum termodinamika II

Aplikasi prinsip-prinsip dasar termodinamika pada mesin menggunakan fluida
kerja yang dianggap ideal. Perumusannya adalah sebagai berikut:
pv = mRT
dengan
R = Ru/M ( Konstanta gas) 
24


= 0,2870 kJ/Kg.K ( untuk udara)
Ru = 8,31447 kJ/kmol.K (konstanta gas ideal)

8.  Persamaan keadaan gas ideal
Gas  ideal adalah gas yang dalam setiap keadaan mematuhi persamaan keadaan
gas ideal yaitu:
pV =mRT
pv =RT
dengan R = adalah konstanta gas spesifik, untuk udara R = 286,8 J/KgK
Pada suatu siklus termodinamika persamaan keadaan prosesnya  selalu berubah
mengikuti  beberapa proses yang saling terkait. Ada tiga  besaran yang selalu
terkait dan dapat diukur langsung yaitu tekanan (p),  temperatur (T) dan volume
(V). Adapun proses keadaan termodinamika adalah sebagai berikut.

8.1 Proses volume konstan

Gambar 2.16 Diagram p-v proses tekanan konstan
8.2 Proses temperatur konstan
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = 1 dan T= C 
25


Gambar 2.17 Diagram p-v proses temperatur konstan

8.3 Proses Adiabatis (dq = 0)
Pada proses ini konstanta n pada politropik berharga n = 1 dan T= C

Gambar 2.18 Diagram p-v proses adiabatik

8.4 Proses politropik ;
 secara umum pesamaan keadaan gas ideal dapat dirumuskan sebagai berikut


Gambar 2.19 Diagram p-v proses politropik 
26


c.  Rangkuman 
1.  Mesin Konversi energi memiliki ciri antara lain : adanya proses
mengubah energi (padat, cair, gas) yang digunakan menjadi energi
bentuk lain (mekanik, panas, dll)
2.  Pemodelan matematik adalah suatu metode untuk mecari hubungan
antara faktor-faktor fisik yang satu dengan yang lainnya menggunakan
simbol-simbol dan koordinat matematik. Dalam ilmu termodinamika
koordinat-koordinat atau besaran fisik akan selalu melingkupi semua
rumusan termodinamika adalah Voume V, Temperatur T, Tekanan p,
Kerapatan r dan besaran-besaran lainnya.
3.  Kerja adalah besaran turunan  dari tekanan atau temperatur  pada
termodinamika.
1. Kerja pada volume konstan W=m.R.DT
2. Kerja pada tekanan kostan W= pDV
4.  Bentuk energi  yang ada di alam antara lain:
  Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau 
Joule. Energi dan kerja  mempunyai satuan yang sama
  Energi Kinetik ; energi suatu benda karena bergerak dengan
kecepatan V
  Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda
karena kedudukannya.
  Energi potesial pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda
yang dihubungkan dengan pegas untuk berada pada kedudukan
tertentu karena penarikan pegas.
  Energi mekanik pada benda-benda yang berputar misalnya
poros mesin-mesin fluida (turbin, pompa, atau kompresor)
dinamakan Torsi, yaitu energi yang dibutuhkan atau dihasilkan
benda untuk berputar dengan gaya sentrifugal F dimana energi
tersebut pada r tertentu dari pusat putaran.
  Energi Aliran  atau kerja aliran  adalah kerja yang dilakukan
oleh fluida yang mengalir untuk mendorong sejumlah massa m ke
dalam atau ke luar sistem.
  Energi Panas (Q) yaitu energi yang ditransfer ke atau dari
subtansi tertentu karena perbedaan temperatur.
  Energi dalam (U);  energi dari gas karena pergerakan pada
tingkat  molekul, pada gas ideal hanya dipengaruhi oleh
temperatur saja.
 
27


  Entalpi (H); sejumlah panas yang ditambahkan pada 1 mol gas
pada tekanan konstan, dengan cp panas jenis pada tekanan
konstan
  Energi yang tersedia ; bagian dari panas yang ditambahkan ke
sistem yang dapat diubah menjadi kerja.

5.  Sifat energi adalah dapat ditransformasi dan ditransfer dan dapat
dipidahkan kebenda lain.

6.  Hukum  termodinamika I  adalah hukum konversi energi  yang
menyatakan bahwa  ENERGI TIDAK DAPAT DICIPTAKAN   ATAU
DILENYAPKAN, energi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk
lainnya.

d.  Tugas 
1.  Jelaskan ciri-ciri  proses mesin konversi energi dan berilah contoh dalam
kehidupan di sekitar kita  . . .?
2.  Jelaskan dengan singkat tentang  besaran pokok termodinamika. . .?
3.  Uraikan denga  jelas dan singkat  bentuk-bentuk energi  yang ada di
sekitar kita . . . ?
4.  Uraikan 3 sifat-sifat energi dengan singkat . . . ?
5.  Jelaskan prinsip hukum termodinamika pertama dan penerapannya dalam
bidang teknologi. . . . . . ?
 









 
28


2.  Kegiatan Belajar 2 : Pengetahuan Dasar Motor Bakar
a.  Tujuan Pembelajaran :
Setelah mempelajari secara keseluruhan materi kegiatan belajar dalam modul ini
peserta diklat diharapkan mampu :
1)  Menjelaskan prinsip dan cara kerja motor bensin 2 tak maupun 4 tak,
2)  Menjelaskan prinsip kerja dari motor diesel 4 tak,
3)  Menjelaskan prinsip kerja sistem bahan bakar,
4)  Menjelaskan proses perhitungan daya motor,
5)  Menjelaskan konstruksi dan fungsi bagian utama Engine,

b.  Uraian Materi : 
Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin konversi energi yang banyak
dipakai sebagai penggerak kendaran (otomotif) atau sebagai penggerak peralatan
industri [gambar  2.1]. Dengan memanfaatkan energi kalor dari proses
pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis
mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri
sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin
yang bekerja dengan cara ini disebut mesin pembakaran dalam  (internal
combustion engine)  [gambar  2.1]. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh
energinya dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar
(external combustion engine). Sebagai contoh mesin uap [gambar 2.2], dimana
energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida
kerja melalui dinding pemisah. 
29


Gambar 2.20 Mesin pembakaran dalam

Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin
pembakaran luar adalah konstruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan fluida
kerja yang banyak dan efisiensi totalnya lebih tinggi. Sedangkan mesin
pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan lebih
beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar gas, sehingga mesin
pembakaran luar banyak dipakai untuk ke luaran daya yang besar dengan banan
bakar murah. Pembangkit tenaga listrik banyak menggunakan mesin uap. Mesin
uap tidak banyak dipakai untuk kendaran transport karena konstruksinya yang
besar dan memerlukan fluida kerja yang banyak.
 
30




Gambar 2.21 Mesin pembakaran dalam 
31



Gambar 2.22 Mesin pembakaran luar
  
32


1.  Sejarah Motor Bakar
Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang menggembirakan sejak tahun
1865. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa
proses kompresi [Gambar 2.4]. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan
dinyalakan sehingga tekanan  naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang
mendorong piston. Langkah berikutnya gas pembakaran dibuang, piston kembali
bergerak menghisap campuran bahan bakar udara dengan menggunakan energi yang
tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500
buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm.

Gambar 2.23 Mesin Lenoir

Mesin berikutnya yang lebih efesien dari mesin Lenoir adalah  Otto langen
engine  [Gambar  2.5,  2.6,  2.7]. Mesin ini terdiri dari piston yang tidak
dihubungkan dengan poros engkol, tetapi piston bergerak bebas secara vertikal
pada proses ledakan dan tenaga. Setelah itu, secara gravitasi piston bergerak
turun dan terhubung dengan gigi pinion diteruskan ke roda gila. Selanjutnya
energi yang tersimpan dalam roda  gila digunakan oleh piston untuk energi
langkah hisap. Pada langkah hisap campuran bahan bakar udara masuk silinder
untuk pembakaran. 
33




Gambar 2.24 Otto langen engin generasi pertama 
34


Gambar 2.25 Otto langen engin generasi kedua

Konsep-konsep untuk menaikkan efisiensi mesin pembakaran dalam terus
dialakukan oleh para peneliti . Pada tahun 1862 di Prancis, Beau de Rochas
menulis prinsip dasar untuk efisiensi sistem mesin pembakaran dalam. Adapun
prinsip dasar dari mesin Rochas adalah sebagai berikut [Gambar 2.7] 
Langkah pertama  adalah langkah hisap pada waktu piston bergerak menjauh
ruang bakar. Campuran bahan bakar udara masuk ruang bakar.
Langkah kedua  adalah mengkompresi campuran bahan bakar udara selama
piston bergerak menuju ruang bakar.
Langkah ke tiga adalah penyalaan dan pembakaran, terjadi ekspansi dan piston
bergerak menjauh dari ruang bakar.
Langkah ke empat adalah pembuangan pada waktu piston menuju ruang bakar.

Tahun 1876 oleh orang jerman Nicolas August Otto membuat mesin dengan
konsep Beau de Rochas, dan mengajukan paten atas namanya [Gambar  2.8  ,
2.9]. Mulai saat itu, semua mesin yang dibuat sama dengan mesin Otto, sehingga
sampai sekarang siklus yang terkenal adalah siklus Otto. Untuk mesin Otto
modern adalah pad Gambar 2.10 
35




Gambar 2.26 Prinsip kerja mesin dengan konsep Beau de Rochas 
36


Gambar 2.28 Mesin Otto pertama

Gambar 2.29 Mesin Otto horizontal

Pada mesin 4 langkah untuk setiap siklusnya ada satu langkah tenaga dan dua
putaran poros engkol. Pada tahun 1881 Dugald Clerk mematenkan mesin 2
langkah yang menghasilkan 1 langkah tenaga dalam satu putarannya. Prinsip  
37


kerjanya mengikuti siklus otto, proses ekpansi, pembuangan dan pengisian
terjadi pada waktu piston menuju titik mati bawah, sebaliknya proses kompresi
dan penyalaan terjadi pada waktu piston menuju titik mati atas.
Pada tahun 1892 Rudolf Diesel (Jerman), membuat konsep sekaligus membuat
mesinnya dengan prinsip penyalaan kompresi. Udara dimasukkan ke dalam
silinder kemudian dikompresi sampai temperaturnya naik. Sebelum piston
mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan sehingga terjadi proses
pencampuran dengan udara bertemperatur tinggi. Karena temperatur nyala
bahan bakar tercapai, terjadilah proses penyalaan sendiri, selanjutnya
berlangsung proses pembakaran. Langkah tenaga terjadi pada waktu piston
mulai bergerak dari titik mati atas menuju titik mati bawah. Efisiensi mesin
Diesel sekitar 26,2 % menggunakan bahan bakar solar. Pada Gambar  2.11
adalah mesin diesel modern. Dalam perkembanganya mesin 2 langkah juga
dapat diaplikasikan pada mesin diesel [Gambar 2.12]

Gambar 2.30 Dasar kerja dari mesin Diesel 
38


Gambar 2.31 Mesin Diesel modern


Gambar 2.32 Mesin Diesel 2 langkah


 
39


2.  Siklus 4 Langkah dan 2 Langkah
2.1 Siklus 4 langkah


MESIN OTTO

MESIN DIESEL
Gambar 2.33 Proses kerja mesin 4 langkah Otto dan Diesel

Motor bakar  bekerja melalui mekanisme langkah yang terjadi berulang-ulang
atau periodik sehingga menghasilkan putaran pada poros engkol. Sebelum
terjadi proses pembakaran di dalam silinder, campuran udara dan bahan-bakar
harus dihisap dulu dengan langkah hisap [1]. Pada langkah ini, piston bergerak
dari TMA menuju TMB, katup hisap terbuka sedangkan katup buang masih
tertutup.
Setelah campuran bahan-bakar udara masuk silinder kemudian dikompresi
dengan langkah kompresi [2], yaitu piston bergerak dari TMB menuju TMA,
kedua katup hisap dan buang tertutup. Karena dikompresi volume campuran
menjadi kecil dengan tekanan dan temperatur naik, dalam kondisi tersebut
campuran bahan-bakar udara sangat mudah terbakar. Sebelum piston sampai 
40

TMA campuran dinyalakan dan terjadilah proses pembakaran menjadikan
tekanan dan temperatur naik, dan piston masih naik terus sampai TMA sehingga
tekanan dan temperatur semakin tinggi. Setelah sampai TMA kemudian torak
didorong menuju TMB dengan tekanan yang tinggi, katup hisap dan buang
masih tertutup.
Selama piston bergerak menuju dari TMA ke TMB yang merupakan langkah
kerja [3] atau langkah ekspansi, volume gas pembakaran bertambah besar dan
tekanan menjadi turun. Sebelum piston mencapai TMB katup buang dibuka,
katup masuk masih tertutup. Kemudian piston bergerak lagi menuju ke TMA
mendesak gas pembakaran ke luar melalui katup buang.
Proses pengeluaran gas pembakaran disebut dengan langkah buang [4]. Setelah
langkah buang selesai siklus dimulai lagi dari langkah hisap dan seterusnya.
Piston bergerak dari TMA-TMB-TMA-TMB-TMA membentuk satu siklus. Ada
satu langkah tenaga dengan dua putaran poros engkol. Motor bakar yang bekerja
dengan siklus lengkap tersebut termasuk golongan motor 4 langkah.
2.2 Siklus 2 langkah


Gambar 2.34 Proses kerja mesin 2 langkah 
41


Langkah pertama, setelah terjadi pembakaran piston bergerak dari TMA menuju
TMB melakukan ekspansi, lubang buang mulai terbuka. Karena tekanan di
dalam silinder lebih besar dari lingkungan, gas pembakaran ke luar melalui
lubang buang. Piston terus begerak menuju TMB, lubang buang semakin
terbuka dan saluran bilas mulai terbuka. Bersamaan dengan kondisi tersebut
tekanan di dalam karter mesin lebih besar daripada di dalam silinder sehingga
campuran bahan bakar-udara menuju silinder melalui saluran  bilas sambil
melakukan pembilasan gas pembakaran. Proses ini disebut pembilasan. Proses
ini berhenti pada waktu piston mulai begerak dari TMB menuju TMA dengan
lubang buang dan saluran bilas tertutup.
Langkah kedua, setelah proses pembilasan selesai, campuran bahan bakar masuk
ke dalam silinder kemudian dikompresi, posisi piston menuju TMA. Sesaat
sebelum piston sampai di TMA campran bahanbakar dan udara dinyalakan
sehingga terjadi proses pembakaran. Siklus kembali lagi ke proses awal seperti
diuraikan di atas.
Dari uraian di atas terlihat piston melakukan dua kali langkah yaitu dari:
[1] TMA menuju TMB;  proses yang terjadi: ekspansi dan pembilasan
(pembuangan dan pengisian)
[2] TMB menuju TMA;  proses yang terjadi: kompresi dan penyalaan
Pembakaran











 
42


3.  Konstruksi dan Bagian   Motor Bakar
Gambar 2.15 menunjukkan mesin pembakaran dengan penyalaan busi. Silinder
terpasang pada  blok silinder, dibagian atas ditutup dengan  kepala sinder.  Di
dalam silinder terdapat piston yang bergerak bolak-balik.

Gambar 2.35 Mesin pembakaran dalam

Ruang diantara bagian atas silinder dan titik mati atas piston disebut dengan
ruang bakar. Bahan bakar dan udara dicampur terlebih dahulu di  karburator
kemudian masuk silinder melewati  inlet manifold. Pada karburator terdapat
throttle untuk mengatur jumlah campuran bahan bakar udara masuk ruang bakar.
Pada kepala silinder terdapat katup masuk, katup buang dan busi. Katup masuk
berguna untuk memasukkan campuran bahan bakar dan udara dari karburator,
katup ke luar untuk  pembuangan gas pembakaran, sedangkan busi untuk
penyalaan proses pembakaran. 
43



Gambar 2.36 Komponen-komponen mesin 4 tak dan 2 tak 
44


Gambar 2.37 Komponen mesin multi silinder 
45



Gambar 2.38 Komponen mesin tampak depan dan samping 
46



Gambar 2.39 Komponen mesin mekanik katup dan torak

 
47


4.  Siklus Termodinamika Motor Bakar
Analisis siklus termodinamika merupakan dasar penting dalam mempelajari motor
bakar. Proses kimia dan termodinamika yang terjadi pada motor bakar sangatlah
rumit untuk dianalisis, sehingga  diperlukan suatu siklus yang diidealkan guna
memudahkan analisis motor bakar. Siklus yang diidealkan tentunya harus
mempunyai kesamaan dengan siklus sebenarnya, yaitu dalam hal urutan proses dan
perbandingan kompresinya. Di dalam siklus aktual, fluida kerja adalah campuran
bahan bakar udara dan produk pembakaran, akan tetapi di dalam siklus yang
diidealkan fluidanya adalah udara. Jadi siklus ideal dapat disebut dengan siklus
udara.

4.1 Siklus udara ideal
Penggunaan siklus ideal berdasarkan pada beberapa asumsi sebagai berikut:
  Fluida kerja adalah udara yang dianggap sebagai gas ideal dengan kalor
sepesifik konstan (tidak ada bahan bakar)
  Langkah hisap dan buang pada tekanan konstan
  Langkah kompresi dan tenaga pada keadaan adiabatis
  Kalor diperoleh dari sumber kalor dan tidak ada proses pembakaran atau tidak
ada reaksi kimia
  Siklus udara pada motor bakar yang akan dibahas adalah
  Siklus udara pada volume konstan ( Siklus Otto)
  Siklus udara pada tekanan kostan ( Siklus Diesel)
  Siklus udara tekanan terbatas ( Siklus gabungan )

4.2 Udara Volume Konstan
Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto. Siklus volume
konstan sering disebut dengan siklus ledakan  (explostion cycle)  karena secara
teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan  menyebabkan peningkatan
tekanan yang tiba-tiba. Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan
loncatan bunga api. Nicolas August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat
mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.
 
48


Gambar 2.1 adalah diagram p-V untuk siklus ideal otto. Adapun urutan prosesnya
adalah sebagai berikut:
[1] Langkah hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan.
[2] Langkah kompresi (1-2) merupakan proses adiabatis Proses pembakaran volume
konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan kalor pada volume kostan.
[3] Langkah kerja (3-4) merupakan proses adiabatis Proses pembuangan kalor (4-1)
dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume konsatan
[4] Langkah buang (1-0)  merupakan proses tekanan konstan, gas pembakaran
dibuang melalui katup buang


Gambar 2.40 Siklus udara volume konstan

 
49


4.3 Siklus Udara Tekanan Konstan


Gambar 2.41 Siklus Udara Tekanan Konstan
Siklus ideal tekanan kostan ini adalah siklus untuk mesin diesel. Gambar 2.2
adalah diagram p-V untuk  siklus ideal Disel. Adapun urutan prosesnya adalah
sebagai berikut:
[1] Langkah hisap (0-1) merupakan proses tekanan konstan.
[2] Langkah kompresi (1-2)  merupakan proses adiabatis Proses pembakaran
tekanan konstan (2-3) dianggap sebagai proses pemasukan  kalor pada
tekanan konstan.
[3] Langkah kerja (3-4) merupakan proses adiabatis Proses pembuangan kalor
(4-1) dianggap sebagai proses pengeluaran kalor pada volume konsatan
[4] Langkah buang (1-0) merupakan proses tekanan konstan
Dapat dilihat dari urutan proses di atas bahwa pada siklus tekanan kostan
pemasukan kalornya pada tekanan kostan. Berbeda dengan siklus volume
konstan diman proses pemasukan kalornya pada kondisi volume konstan. Siklus 
50

tekanan konstan sering disebut dengan siklus diesel. Rudolf Diesel yang pertama
kali merumuskan siklus ini dan sekaligus pembuat pertama mesin diesel. Proses
penyalaan pembakaran tejadi tidak menggunakan busi, tetapi terjadi penyalaan
sendiri karena temperatur di dalam ruang bakar tinggi karena kompresi.

MESIN OTTO

MESIN DISEL
Gambar 2.42 Mesin otto dan mesin disel
 
51


4.4 Siklus Udara Gabungan
Perbedaan dari dua siklus yang telah diuraikan sebelumnya, yaitu pada proses
pembakaran dimana kalor dianggap masuk sistem. Sedangkan pada siklus yang
ketiga yaitu siklus gabungan,  proses pemasukan kalornya menggunakan dua cara
yaitu pemasukan kalor volume konstan dan tekanan konstan. Dari cara pemasukan
kalornya terlihat bahwa siklus ini adalah gabungan antara siklus volume konstan dan
tekanan konstan, karena itu siklus ini sering disebut siklus gabungan Diagramnya p-
V dapat dilihat pada gambar di bawah.


Gambar 2.43 Siklus gabungan

 
52


4.5 Siklus aktual
Gambar 2.5 di atas adalah siklus aktual dari mesin otto. Fluida kerjanya adalah
campuran bahan bakar dan udara, jadi ada proses  pembakaran untuk sumber
panas.


Gambar 2.44 Siklus aktual otto

Pada langkah hisap, tekanannya lebih rendah dibandingkan dengan langkah
buang. Proses pembakaran dimulai dari penyalaan busi (ignition) sampai akhir
pembakaran. Proses kompresi dan ekspasi  tidak adiabatis, karena terdapat
kerugian panas yang ke luar ruang bakar. 
53



Gambar 2.45 Siklus aktual disel

Gambar 2.6 di atas adalah siklus aktual dari mesin diesel. Pada mesin ini,
langkah hisap hanya udara saja, bahan bakar disemprotkan melalui nosel  di
kepala silinder. Proses pembakaran untuk menghasilkan panas terjadi karena
kompresi.

4.6 Menghitung Efiseinsi Siklus Udara Ideal
Dari hukum termodinamika II dapat diketahui bahwa tidak mungkin membuat
suatu mesin yang dapat mengubah semua energi yang masuk menjadi kerja
semuanya. Dengan kata lain, harus ada sebagain energi yang kebuang ke
lingkungan. Jadi, kerja yang berguna adalah pengurangan dari jumlah energi
yang masuk dengan energi yang terbuang. Perbandingan antara kerja berguna
dengan jumlah energi yang masuk ke mesin adalah definisi dari efisiensi. 
54


Gambar 2.46 Bagan efisiensi kerja dari motor bakar

4.6.1  Efisiensi dari siklus Otto
Berdasarkan diagram p-V untuk siklus otto dapat digunakan untuk menganalisis
atau menghitung efisiensi siklus sebagai berikut. Energi kalor yang masuk pada
volume kostan adalah sebesar:


Definisi dari efisiensi yaitu kerja berguna dibagi dengan energi kalor masuk 
55


Apabila rasio kompresi didefinisikan sebagi perbandingan antara volume
silinder dibagi dengan volume ruang bakarnya yaitu:

maka rumusan efisiensi di atas dapat dituliskan sebagai 


Gambar 2.47 Grafik efisiensi terhadap rasio kompresi mesin otto
Dapat dilihat dari Gambar 2.8, bahwa efisiensi siklus otto akan naik apabila kita
menaikkan rasio kompresinya. Kenaikan rasio kompresi mesin otto dibatasi oleh
peritiwa knocking, yaitu suara berisik karena terjadi ledakan dari pembakaran
spontan dari mesin otto. Knocking dapat menurunkan daya sehingga efisiensinya
pun menurun.


 
56


4.6.2  Efisiensi siklus tekanan konstan
Dengan definisi yang sama untuk rasio kompresi, efisiensi dari siklus tekanan
konstan adalah sebagai berikut: 



Dengan menaikkan rasio kompresi efisiensi siklus tekanan konstan atau diesel
semakin naik. Kenaikan rasio kompresi berarti tekanan kompresi  juga tinggi
sehingga material yang dibutuhkan harus lebih kuat. Pada rasio kompresi yang
sama efisiensi mesin otto lebih tinggi dibandingkan dengan mesin diesel, akan
tetapi mesin otto tidak bekerja pada rasio kompresi disel karena terlalu tinggi.


5.  Mesin Motor Bakar
Mesin merupakan suatu jenis pesawat kerja yang mengubah energi kima bahan
bakar menjadi energi mekanik. Untuk melakukan proses perubahan, mesin
mempunyai komponen-komponen yang bekerja kompak menjadi satu kesatuan.
Komponen mesin dibagi menjadi  dua yaitu mesin dan kelengkapan mesin.
Komponen pertama mesin merupakan pembangkit tenaga, sedangkan yang kedua
merupakan komponen yang menjamin mesin bekerja dengan baik untuk
pembangkitan tenaga. Rincian komponen mesin adalah:
1. Blok silinder
2. Kepala silinder
3. Piston atau torak
4. Batang torak
5. Poros engkol
6. Bearing atau bantalan
7. Roda penerus
8. Mekanik Katup

Seperti telah disebutkan di atas bagian, komponen mesin yang pertama berfungsi
sebagai pembangkit tenaga. Proses ini berlangsung di dalam silinder. Sumber  
57


energi berasal dari energi kimia bahan bakar yang masuk melalui melalui
mekanisme katup  di  kepala silinder. Bahan bakar setelah masuk ke silinder
kemudian dibakar terjadilah proses pembakaran. Proses pembakaran menghasilkan
tekanan dan temperatur tinggi, kemudian terjadi ekpansi dan kompresi volume
sehingga  torak  terdorong menghasikan gerakan bolak-balik yang diteruskan ke
batang torak. Oleh batang torak gerakbolak-balik diubah menjadi gerakan rotasi
pada  poros engkol. Poros engkol ditumpu dengan  bantalan  pada bak engkol
(crankcase) dan pada ujungnya dipasang roda penerus.

Gambar 2.48 Mesin dan komponen-komponennya

5.1 Blok Silinder
Blok silinder adalah bentuk dasar dari mesin, terbuat dari material besi cor,
tetapi dapat juga dengan paduan aluminium dengan tujuan mengurangi berat
mesin [Gambar  2.49]. Susunan silinder dipasang padablok silinder, kepala
silinder menutup bagian atas, bagian bawah terdapat bak engkol tempat
tumpuan poros engkol sumbu nok dan mekanik katup. Untuk mobil
berpendingin air, pada blok silineder terdapat lubang-lubang yang merupakan
mantel air tempat sirkulasi air pendingin yang mengelilingi susunan silinder.
Pada sisi blok dipasang kelengkapanklengkapan mesin seperti starter,
alternator, pompa bensin dan distributor
. 
58


Gambar 2.49 Blok silinder model in line


Gambar 2.50 Blok silinder model V-8
 
59

Gambar 2.51 Model susunan blok silinder

5.2 Silinder
Silinder adalah bagian yang berfungsi sebagai tempat perpindahan tenaga
panas menjadi tenaga mekanik dengan gerakan torak bolak-balik karena
ekspansi dan kompresi. Karena proses pembakaran menghasilkan tekanan yang
tinggi dimungkinkan terjadi kebocoran gas ke luar ruang silinder menuju
bagian bawah mesin. Kebocoran dapat melalui celah antara dinding silinder
dengan ring pada torak. Kebocoran akan menurunkan tekanan sehingga mesin
kehilangan sebagian energinya. Kebocoran  terjadi karena terjadi keausan
karena gesekan gerakan piston dengan dinding silinder. Untuk mengatasi
kondisi ini dinding silinder harus diperkeras atau dengan dilapisi chrome.
Apabila dinding silinder sudah mengalami keausan sehingga diameter silinder
bertambah, kebocoran akan membesar, tenaga mesin drop dan oli dapat masuk
ke dalam silinder. Untuk memperbaiki kondisi ini dinding silinder dibor
kembali. Karena dinding dibor sehingga diameternya bertambah diperlukan
torak yang sesuai dan lebih besar (oversize).
Metode untuk menghindari keausan yang sering digunakan adalah dengan
pemasangan pelapis silinder atau silinder liner [Gambar 2.50]. Keuntungan dari
silinder liner ini dalah lebih tahan dari keausan dan apabila terjadi kerusakan
dapat diganti, sehingga tidak ada metode pengeboran dengan torak  oversize.
Model dari pelapis ini ada dua yaitu pelapis silinder basah dan pelapis silinder
kering. Pelapis silinder basah dikelilingi langsung dengan mantel air untuk
pendinginan, sedangkan pelapis silinder kering tidak berhubungan langsung
dengan mantel air.

Jumlah silinder
Untuk menaikkan daya mesin dibutuhkan volume silinder yang besar, tetapi
tidak praktis hanya dengan menggunakan satu silinder.Untuk tiu, mesin berdaya
besar pada umumnya digunakan multisilinder [Gambar  2.49,  2.50]. Jumlah
silinder biasanya genap antara 2 sampai 13. Untuk mesin di bawah 1000 cc
biasanya bersilinder 2 atau 4, sedangkan dari 1000 cc sampai 2000 cc besilinder
4 atau 6 dan di atas 2000 cc bersilinder 6 atau 8 silinder. 
60

Pada mesin 4 tak, setiap dua kali putaran poros engkol hanya menghasilkan satu
kali tenaga pada 3600, tetapi dengan multi silinder, misalkan mesin 4  tak 4
silinder setiap kali berputar 7200 maka pada setiap sudut engkol 1800 terjadi
langkah tenaga, sehingga sangat menguntungkan.

Gambar 2.52 Bentuk susunan silinder

Model susunan silinder bermacam-macam dan selalu mengalami perkembangan.
Bentuk susunan dimaksudkan untuk beberapa hal seperti mengurangi getaran,
memperkecil ukuran mesin sehingga beratnya turun, dan tujuan lainnya. Model
susunannya menggunakan model satu garis memanjang [Gambar 2.49], model V
[Gambar 2.50, 2.86], model beralawanan horizontal [gambar 2.52], dan ada juga
yang model melingkar [Gambar  2.52] untuk penggerak baling-baling pesawat
terbang konvesional.
Blok silinder dengan susunan model V, silinder-silinder tersusun lurus pada
kedua bagian blok silinder, silinder-silinder yang ada pada dua bagian blok  
61


menghadap poros engkol. Untuk mesin 8 silinder bentuk V, mempunyai 4
silinder pada masing masing sisinya. Keuntumgan dari model ini adalah geteran
mesin yang rendah karena mesin sangat balance dan ukuran mesin mejadi lebih
kecil dengan alasan jumlah silinder terbagi mejadi dua sisi.
Perbandingan antara diameter silinder dengan panjang langkah sangat penting
untuk perancangan. Ada tiga macam model:
[1]  Mesin dengan D/L kecil  atau L>D, dinamakan  mesin langkah panjang.
Model mesin ini sangat menguntungkan bagi proses pembakaran, karena
langkahnya yang panjang, waktu bagi langkap hisap lebih lama sehingga
pencampuran bahan-bakar dan udara lebih baik. Kerugiannya adalah untuk
memperoleh putaran mesin yang sama, kecepatan piston mesin langkah
panjang lebih tinggi. Dapat dilihat dari rumus menghitung kecepatan rata-
rata yaitu U = 2xLxn. Untuk n yang sama terlihat mesin langkah panjang
kecepatan pistonnya lebih tinggi. Pada kecepatan piston yang tinggi gesekan
semakin besar sehingga mempercepat keausan.
[2] Mesin dengan D/L = 1 dinamakan square engine dan mesin dengan D/L > 1
dinamakan  over square engine, mempunyai kelebihan karena kecepatan
piston rata-rata rendah sehingga keausan silinder dapat dihindari. Dengan
memperbesar diameter silinder, katup-katup menjadi lebih besar, efeknya
pada kecepatan piston yang tinggi efisiensi pengisian dipertahankan baik.
Kerugian dari model mesin ini adalah dengan semakin besar diameter
silinder, ruang bakarnya pun menjadi lebih luas, sehingga untuk kecepatan
rendah, efisiensi pembakaranya rendah, mesin mejadi dingin dan ada
kemungkinan mesin mati.

5.3 Bak engkol
Bak engkol terdapat pada bagian bawah blok silinder mesin [Gambar  2.53].
Pada bak engkol terdapat bantalan untuk tumpuan poros engkol. Sumbu nok
juga ada yang dipasang paralel dengan poros engkol. Pada bagian bawah bak
engkol terdapat pan oil atau karter. Karter berguna untuk menampung minyak
pelumas mesin dan terbuat dari baja press. 
62


Gambar 2.53 Bak engkol

5.4  Kepala silinder
Kepala silinder terletak di bagian atas kepala silinder [Gambar 2.54]. Terdapat
ruang bakar berbentuk cekungan, di kepala silinder juga terdapat lubang-
lubang untuk pemasangan busi dan mekanisme  katup. Antara kepala silinder
dengan silinder diselipkan gasket. Fungsi gasket adalah untuk mencegah
kebocoran-kebocoran gas dari dalam silinder. Meterial gasket harus tahan
temperatur tinggi, biasanya terbuat dari plat tembaga yang dilapisi asbes.

Gambar 2.54 Kepala silinder

Ruang bakar yang terdapat pada kepala silinder adalah tempat proses
pembakaran, sehingga kepala silinder harus terbuat dari material yang tahan
pada temperatur dan tekanan tinggi. Material yang digunakan adalah besi cor
atau paduan  aluminium yang dapat membatasi pemuian. Sama halnya dengan
blok silinder, kepala silinder juga ada yang dilengkapi dengan mantel air yang
terhubung dengan mantel air yang ada pada blok silinder. Mesin yang 
 
63


berpendingin udara pada kepala silindernya dipasang sirip-sirip untuk
pendiginan.
Bentuk ruang bakar
Ruang bakar seperti yang sudah disebutkan adalah ruangan dimana dimulai
proses pembakaran. Terdapat mekanisme katup dengan model bentuk katup
akan mempengaruhi ruang bakar. Pada umumnya ada tiga macam bentuk yaitu:
[1] Bentuk setengah lingkaran [gambar 2.55a]
Katup pada model ini mempunyai posisi katup di atas memusat pada sumbu
tengah silinder. Penempatannya tidak memakai banyak tempat, karena
mempunyai permukaan yang terkecil per unit volume, pengaruh  panas yang
hilang juga minimal. Katup dapat dibuat lebih besar, sehingga pengisiannya
lebih efisien. Kerugian katup model ini adalah penyusunan mekanik katupnya
rumit dan pembuatannya tidak mudah. Ruang bakarnya membentuk kerucut dan
biasanya busi dipasangkan di bagian tengah.
[2]Model baji [gambar 2.55a]
Aliran udara model ini lebih ringan tanpa banyak halangan karena kelengkungan
saluran intake dan outlet tidak banyak. Dengan kata lain tidak banyak kerugian
aliran sehingga dapat menaikkan efisiensi  volumetrik dan pengisian. Gas sisa
lebih mudah dibuang ke luar silinder sehingga campuran udara bahan bakar
lebih banyak masuk silinder. Konstruksi katupnya lebih sederhana. Ruang
bakarnya membentuk limas.
[3] Model bath tub [gambar 2.55a]
Dengan katup model ini bentuk ruang bakar menjadi terpusat, pada kondisi
piston melakukan dorongan pada langkah kompresi, campuran bahan bakar
udara akan menuju ruangan ini sehingga proses pembakaran lebih cepat. Ruang
bakar membentukan balok. 
64


Gambar 2.55 Model ruang bakar

5.5 Piston atau Torak
Torak adalah komponen mesin yang paling pertama menerima energi dari
pembakaran. Energi tersebut kemudian diteruskan denagn batang torak.
Sambungan antara torak dengan batang torak digunakan pen torak. Posisi
sambungan antara torak dengan batang torak dengan pen torak diusahakan tidak
pada satu garis dengan posisi poros engkol  (offset engine), kalau kondisi ini
tidak dicermati mengakibatkan gaya dorong dari pergerakan torak akan besar di
dinding dan dapat meyebabkan dinding aus sebagian.
Untuk mencegah kebocoran ruang silinder yang bertekanan tinggi, pada torak
dipasang ring torak. Ring torak berfungsi sebagai perapat dan tempat saluran
pelumas, untuk melumasi dinding silinder.
Piston bekerja pada beban tinggi yaitu temperatur dan tekanan tinggi, dengan
alasan tersebut piston akan mengalami pemuaian sehingga dapat bersinggungan
dengan dinding silinder. Kondisi tersebut sangat merugikan karena dinding
silinder akan cepat aus. Untuk mengatasi kondisi tersebu,t antara dinding dengan
piston diberi jarak atau celah sehingga pada waktu piston mengalami pemuaian
masih ada tempat, kontak langsung dengan dinding silinder dapt dihindari.

Konstruksi torak
Bagian paling atas adalah kepala torak, biasanya permukaannya datar, tetapi ada
pula yang berbentuk cekungan atau cembungan. Bentuk-bentuk permukaan dari 
 
65


kepala torak difungsikan untuk membantu turbulensi pada waktu kompresi,
sehingga campuran udara bahan bakar lebih homogen.
Pada bagian atas torak juga terdapat celah-celah untuk pemasangan ring torak
dan bentuk bos di bagian tengah torak yang fungsinya untuk dudukan pen torak.
Dengan alasan torak bekerja pada daerah bertemperatur, bertekanan, dan
kecepatan tinggi, material torak harus mempunyai kekuatan yang tinggi. Besi
cor banyak digunakan tetapi berat, untuk menggantinya digunakan paduan
aluminium yang lebih ringan dan konduktivitas panasnya lebih baik.
Kelemahan dari paduan aluminium adalah mudah memuai, sehingga pada suhu
tinggi ukuran piston mejadi lebih besar, hal ini sangat tidak menguntungkan.
Untuk mengatasinya bentuk piston dibuat tidak sama, pada bagian bawah dibuat
lebih kecil, sehingga pada waktu memuai bentuknya sama.

Gambar 2.56 Konstruksi torak

Model torak
Berbagai model torak dikembangkan untuk menaikkan unjuk kerja dari torak.
Material torak yang digunakan harus ringan, mampu beroperasi pada beban
tinggi dan konduktivitasnya harus baik. Adapun contoh model-model torak yang
banyak digunakan sebagai berikut.
[1] Model split piston [gambar 2.480a]
Torak model ini dilengkapi dengan parit-parit bentuk T dan U untuk
menampung ekspansi panas dan membentuk celah sisi. 
66


[2] Torak model selop[gambar 2.480b]
Torak model ini dipotong bagian bawahnya untuk mengurangi berat dan
mengurangi gesekan.
[3]Torak model autotermis[gambar 2.480c]
Pada bagian atas dibagian dalam piston terdapat plat baja yang mempunyai
pemuaian yang rendah, hal ini untuk mengatasi perubahan bentuk yang
disebakan panas.
[4]Torak lonjong (oval piston) [gambar 2.480d]
Diameter torak pada bagian bos pena torak dibuat lebih kecil sehingga piston
kelihatan berbentuk oval. Dengan bentuk oval, apabila torak kena panas
diameternya akan sama pada setiap sisinya.

Gambar 2.57 Model torak atau piston


Ring torak
 
67


Pada penjelasan terdahulu telah disinggung bahwa antara piston dan dinding
piston terdapat celah  (clearence)  yang berfungsi sebagai ruang muai piston.
Celah ini dapat menimbulkan masalah yaitu kebocoran gas pada waktu langkah
kompresi dan tenaga. Untuk mengatasi hal tersebut pada piston diberi seal atau
perapat sehingga kebocoran dapat dihindari. Perapat tersebut  berbentuk ring.
Adapun fungsi ring piston secara umum adalah sebagai berikut. 
[1]  Menjaga agar gas tidak ke luar silinder selama langkah kompresi atau
langkah tenaga. Pada langkah ini perbedaan antara tekanan dalam silinder
dengan luar silinder sangat besar sehingga ada kemungkinan gas dapat ke luar
melalui celah-celah antara piston dengan silinder.
[2]  Sebagai komponen pelumasan yaitu ring piston akan mengikis minyak
pelumas di dinding silinder dan sekaligus mencegah minyak pelumas masuk ke
ruang bakar.
[3]  Karena ring piston bersingungan langsung dengan dinding silinder, maka
ring piston dapat sebagai media untuk menyalurkan panas dari piston kedinding
silinder.
Material ring piston terbuat dari besi cor khusus, berbentuk lingkaran
berdiameter lebih besar dari diameter piston. Untuk memudahkan pemasangan
pada piston, ring piston dipotong. Ada beberapa model potongan yaitu ; [1] butt
joint,  [2] angle joint, dan [3] gap joint  [gambar 2.481]. Celah sambungan (gap
joint) harus disesaikan dengan sepesifikasi mesin. Bila celah sambungan terlalu
besar akan mengakibatkan kebocoran gas, bila terlalu kecil ujung-ujungnya akan
bersentuhan, dan apabila memuai akan merusak ring piston.

Gambar 2.58 Ring piston
 
68


Model ring pegas ada dua yaitu:
[1]  Ring kompresi, fungsi ring ini adalah mencegah gas kelua pada waktu
langkah kompreasi dan ekspansi. Ring kompresi dipasang berurutan pada posisi
atas piston. Potongan ring diposisikan antara satu dengan yang lainnya pada
posisi 1200, atau 1800, dengan maksud untuk untuk mencegah kebocoran.
[2] Ring oli, fungsi ring ini adalah untuk mengikis kelebihan oli pada dinding
silinder dan untuk mecegah agar minyak pelumas tidak memasuki ruang bakar.

5.6 Batang torak
Batang torak atau batang penerus (conecting rod) adalah komponen yang
meneruskan tenaga dari torak ke poros engkol. Dengan batang torak ini gerakan
torak yaitu translasi bolak-balik diubah menjadi gerakan rotasi pada poros
engkol. Bentuk dari batang torak dapat dilihat pada Gambar 2.482. Bagian ujung
yang disambung dengan pen pada torak berbentuk lebih kecil dan ujung satunya
yang terhubung langsung dengan poros engkol berbentuk lebih besar. Pada
bagian ujung yang besar dibuat dalam bentuk split dan dipasang pada pin engkol
dengan baut-baut yang dibuat dari logam khusus.
Sama dengan torak, batang torak juga bekerja pada beban tinggi secara
berulang-ulang. Temperatur pada batang torak juga masih tinggi karena
bersinggungan langsung dengan torak. Dengan alasan tersebut batang torak
dibuat dengan baja khusus.
Pada ujung kecil sampai ujung besar dari batang torak diberi lubang pelumas
untuk melumasi bagian batang torak mulai dari pen torak sampai pada pin
engkol. Pada ujung kecil sistem pelumasanya dengan percikan. Pada bagian
ujung besar dipasang bantalan untuk mencegah keausan. 
69


Gambar 2.59 Konstruksi dari batang penghubung


5.7 Poros engkol
Fungsinya sama dengan batang torak yaitu meneruskan tenaga dari torak.
Bedanya batang torak melakukan gerakan gabungan translasi dan rotasi, poros
engkol hanya bergerak rotasi saja. Adapun konstruksi dari poros engkol dapat
dilihat pada gambar. Salah satu bagian dari poros engkol adalah  crank journal
yang ditumpu pada  crankcase  dengan bantalan dan merupakan pusat tumpuan
dan putaran. Crank pin adalah komponen dari poros engkol dimana batang torak
dipasang. Antara crank journal denga crank pin dihubungkan dengan crank arm.


Gambar 2.60 Poros engkol
 
70


Pada bagian ujung dari poros engkol dibuat alur untuk pemasangan roda gigi
timing untuk menggerakan sumbu nok (chamsaft) dan puli untuk menggerakkan
pompa dan generator. Bagian ujung satunya dipasang roda gaya atau roda
penerus. Pada mesin segaris jumlah crank pin sama dengan jumlah silinder dan
untuk bentuk V jumlahnya adalah setengahnya. Jumlah crank journal bertambah
banyak pada mesin putaran tinggi atau beban tinggi.
Putaran poros engkol bervariasi dari putaran rendah sampai putaran tinggi.
Beban yang ditanggung oleh poros engkol tidak hanya dari putaran, tetapi juga
dari dorong aksial batang penerus, akibatnya poros engkol  akan bergetar dan
cenderung tidak stabil, bantalan akan cepat aus. Pada mesin multi silinder
kondisi ini diatasi dengan mengatur posisi  crank pin  tidak pada satu garis
dengan crank juornal, tetapi membentuk sudut tertentu. Disamping itu, pada
poros engkol  juga dipasang massa penyeimbang  (balance weight)  untuk
meyerap energi yang berlebih.
Untuk megurangi getaran dan pembebanan yang tidak merata, urutan
pembakaran juga harus diatur sehingga mempunyai waktu yang sama setiap dua
putaran poros engkol. Dengan  pengaturan tersebut, langkah tenaga menjadi
teratur dan dorongan batang torak ke poros engkol bergantian dengan teratur.

5.8 Roda gaya
Pada mesin 4 tak, dalam satu siklus kerja dengan dua putaran poros engkol
hanya ada satu langkah tenaga. Ini berarti poros engkol mendapatkan tenaga
putar dari langkah tenaga saja, untuk langkah lainnya memerlukan tenaga. Agar
dapat bekerja untuk langkah lainnya, poros engkol harus dapat menyimpan
energi dari langkah tenaga. Bagian komponen mesin yang berfungsi menyimpan
energi atau tenaga putar ini disebut roda gaya atau roda penerus (fly wheel).
Roda penerus dipasang pada ujung poros engkol dan dilengkapi  dengan  ring
gear yang akan dihubungkan dengan gigi pinion starter. Roda penerus berbentuk
piringan dan terbuat dari material besi cor.

5.9 Bantalan
 
71


Untuk mecegah keausan karena gesekan-gesekan pada setiap tumpuan-tumpuan
dipasang bantalan (bearing). Pada poros engkol bantalan dipasang pada  crank
journal  dan  crank pin. Untuk membantu mengurangi gesekan dan sekaligus
mendinginkan bantalan-bantalan, minyak pelumas dialirkan melalui celah-celah
minyak pelumas.
Bantalan-bantalan yang digunakan pada jurnal poros  engkol disebut dengan
bearing utama dan yang digunakan pada bagian ujung besar batang torak disebut
bantalan batang torak. Bentuk dari bantalan adalah split yang dipakai pada jurnal
poros engkol dan bentuk split tunggal pada bantalan pena torak yaitu bushing.

Gambar 2.61 Bantalan
5.10  Mekanik Katup
Katup merupakan komponen mesin yang berfungsi sebagai laluan udara dan
bahan bakar masuk silinder (katup masuk) atau sebagai laluan gas sisa
pembakaran ke luar silinder (katup ke luar]. Untuk mengatur membuka dan
menutupnya katup diperlukan mekanisme katup. Ada beberapa mekanisme
katup yaitu:
[1] Susunan katup sisi (Side valve)
Susunan katup sisi konstruksinya sangat sederhana, mekanik katupnya tidak
rumit dan dipasang di sisi silinder. Komponennya terdiri dari katup sendiri,
pegas katup, pengangkat katup  (valve lifter),  nok dan poros nok. Pergerakan
katup membuka dan menutup dilakukan oleh nok pada poros nok yang diterukan
oleh pengangkat katup. Poros nok ditempatkan paralel disamping poros engkol.
Karena letaknya di bagian sisi silinder dan tidak dikepala silinder, menjadikan
konstruksi silinder menjadi sangat sederhana.
[2] Susunan katup kepala (Overhed valve)
Mekanik katup terdiri dari katup, push rod, valve lifter,rocker arm. Posisi katup
di kepala silinder baik katup hisap atau katup buang. Cara kerja mekanik katup  
72


adalah sebagai berikut. Apabila pengangkat katup didorong nok,  push rod
terdorong keatas,  push rod  akan mendorong salah satu ujung dari  rocker arm
dan ujung  rocker arm  yang lainnya akan menekan katup ke bawah dan katup
mulai terbuka. Nok kemudian berputar, dorongan  push rod  menjadi hilang,
rocker arm menjadi bebas, demikian juga katup menutup kembali karena gaya
pegas. Seperti yang telah disebutkan bahwa katup terletak pada kepala silinder,
posisi ini membentuk ruang bakar yang lebih longgar dengan katup yang dapat
diperluas untuk memaksimalkan pengisian.


[3] Susunan katup kepala dengan poros nok di atas kepala silinder
Mekanik katup terdiri dari komponen yang sama dengan jenis yang kedua,
perbedaannya terletak pada poros noknya terletak pada kepala silinder  (over
head camshaft). Pengembangan mekanik katup jenis ini adalah untuk menaikkan
performasi katup dalam merespon kondisi mesin putaran tinggi. Pada mekanik
katup jenis kedua dimana poros nok terletak pada sisi silinder bagian bawah,
dalam merespon untuk pembukaan jalannya terlalu panjang, melewati beberapa
komponen yaitu  lifter, push rod  kemudian  rocker arm  baru menekan katup.
Apabila cara kerja disederhanakan yaitu menghilangkan  push rod  dan  lifter,
dengan memasang poros nok di atas kepala silinder, kemudian dilengkapi
dengan penumbuk katup  (valve rocker arm),  katup akan lebih cepat merespon
pergerakan nok untuk pembukaan dan penutupan.









 
73


c.  Rangkuman
1.  Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses
pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas
pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya
2.  Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin
pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan
fluida kerja yang banyak dan efesiensi totalnya lebih tinggi
3.  Siklus udara pada motor bakar yang akan dibahas adalah
a.  Siklus udara pada volume konstan ( Siklus Otto)
b.  Siklus udara pada tekanan kostan ( Siklus Disel)
c.  Siklus udara tekanan terbatas.( Siklus gabungan )
4.  Siklus tekanan kostan pemasukan kalornya pada tekanan kostan  berbeda
dengan siklus volume konstan yang proses pemasukan kalornya pada kondisi
volume konstan. Siklus tekanan konstan sering disebut dengan siklus diesel
5.  Siklus gabungan, proses pemasukan kalornya menggunakan dua cara yaitu
pemasukan kalor volume konstan dan tekanan konstan.
6.  Kerja yang berguna adalah pengurangan dari jumlah energi yang masuk
dengan energi yang terbuang. Perbandingan antara kerja
7.  berguna dengan jumlah energi yang masuk ke mesin adalah definisi dari
efisiensi


8.  Efisiensi siklus otto akan naik apabila kita menaikan rasio kompresinya.
Kenaikan rasio kompresi mesin otto dibatasi oleh peritiwa knoking, yaitu suara
berisik karena terjadi ledakan dari pembakaran spontan dari mesin otto. Karena
knoking daya menjadi turun sehingga efisiensi pun menurun. atau diesel
semakin naik.
9.  Kenaikan rasio kompresi berarti tekanan kompresi juga tinggi sehingga material
yang dibutuhkan harus lebih kuat. Pada rasio kompresi yang sama efisiensi 
74

mesin otto lebih tinggi dibandingkan dengan mesin diesel, akan tetapi mesin
otto tidak bekerja pada rasio kompresi disel karena terlalu tinggi
d.  Tugas 
Soal 
1.  Jelaskan perbedaan proses kerja dari motor bakar 2 Tak dengan 4 Tak . . .? 
2.  Jelaskan siklus termodinamika motor bakar . . .  ?
3.  Jelaskan komponen-komponen utama mesin  motor bakar . . . ?
4.  Jelaskan tentang efisiensi motor bakar dan bagaimana perumusannya !
5.  Sebutkan faktor faktor yang bisa menambah dan mengurangi efisiensi motor
bakar ?
6.  Apa yang dimaksud dengan knoking pada mesin otto
7.  Menurut anda lebih efisien mana antara mesin otto dan mesin disel




















 
75


3.  Kegiatan Pembelajaran 3 : Prestasi Mesin
a.  Tujuan Pembelajaran 
Setelah mempelajari materi pada bahan ajar ini , siswa memiliki kompetensi :
1)  Menjelaskan properties/ komponen yang berhubungan dengan pretasi
mesin/ engine dengan benar 
2)  Menjelaskan volume langkah dan volume ruang bakar dengan benar
3)  Menjelaskan Torsi dan Daya Mesin  dengan benar
4)  Menghitung Daya Mesin dengan benar
5)  Menjelaskan macam-macam efisiensi mesin dengan benar

b.  Uraian Materi 
Motor bakar adalah suatu mesin yang mengkonversi energi dari energi kimia yang
terkandung pada bahan bakar menjadi energi mekanik pada poros motor bakar.
Jadi daya yang berguna yang langsung dimanfaatkan sebagai penggerak adalah
daya pada poros. Proses perubahan energi dari mulai proses pembakaran sampai
menghasilkan daya pada poros motor bakar melewati beberapa tahapan dan tidak
mungkin perubahan energinya 100%. Selalu ada kerugian yang dihasilkan selama
proses perubahan, hal ini sesuai dengan hukum termodinamika kedua yaitu "tidak
mungkin membuat sebuah mesin yang mengubah semua panas atau energi yang
masuk memjadi kerja". Jadi selalu ada "keterbatasan" dan "keefektifitasan" dalam
proses perubahan, ukuran inilah yang dinamakan efisiensi.
Kemampuan mesin motor bakar untuk mengubah energi yang masuk yaitu bahan
bakar sehingga menghasilkan daya berguna disebut kemampuan mesin atau
prestasi mesin. Gambar  2.62  menggambarkan proses perubahan energi bahan
bakar. 
76


Gambar 2.62 Keseimbangan energi pada motor bakar

Berdasarkan gambar 2.63  terlihat jelas bahwa tidak mungkin mengubah semua
energi bahan bakar menjadi daya berguna. Daya berguna hanya sebesar 25%,
yang artinya mesin hanya mampu menghasilkan 25% daya berguna yang dapat
dipakai sebagai penggerak dari 100% bahan bakar. Energi yang lainnya dipakai
untuk menggerakkan asesoris atau peralatan bantu, kerugian gesekan dan
sebagian terbuang ke lingkungan sebagai panas gas buang dan melalui air
pendingin. Jika digambar dengan hukum termodinamika dua  adalah sebagai
berikut : 
77


Gambar 2.63 Diagram proses konversi energi pada motor bakar

1.  Propertis Geometri Silinder
Bahan bakar dibakar di dalam silinder untuk menghasilkan energi. Jadi
silinder adalah komponen utama sebagai tempat proses pembakaran. 
78


Gambar 2.64 Propertis geometri silinder motor bakar

Gambar 2.65 Geometri silinder 
79


Gambar 2.64 dan 2.65 di atas adalah propertis dari geometri silinder motor bakar.
Adapun definisi dari masing-masing propertis atau komponen adalah:
[1] Silinder, adalah bagian yang memindahkan panas ke tenaga mekanik
dengan menggunakan piston atau torak yang bergerak bolak balik di dalam
silinder. Gerakan piston akan bersinggungan dengan dinding silinder.
[2] Kepala silinder, terdiri dari ruang bakar (Vc), lubang-lubang untuk busi
atau nosel injeksi dan makanik katup (hisap dan buang)
[3] Diameter silinder (d ), adalah ukuran melebar dari silinder.
[4] Panjang langkah (L), adalah jarak terjauh piston bergerak di dalam
silinder, atau jarak gerakan piston dari Titik Mati Bawah (TMB) ke Titik
Mati Atas ( TMA)
[5] Poros engkol dan batang torak, adalah komponen pengubah gerak bolak
balik piston menjadi gerak putar atau rotasi
[6] Sudut engkol  q  adalah sudut perputaran poros engkol pada langkah
tertentu, satu putaran penuh adalah 3600.


Gambar 2.66 Langkah mesin 
80


Gambar 2.67 Volume langkah dan volume ruang bakar

2.  Volume langkah dan volume ruang bakar
Volume langkah adalah volume ketika torak bergerak dari TMA ke TMB,
disebut juga volume  displacement  dari mesin. Volume  mesin satu silinder
dihitung dengan rumus:

Volume langkah dengan jumlah silinder N adalah:

Volume ruang bakar atau clearance volume adalah Vc

3.  Perbandingan kompresi (compression ratio)
Perbandingan kompresi (r) adalah menunjukkan seberapa banyak campuran
bahan bakar dan udara yang masuk silinder pada langkah hisap, dan yang
dimampatkan pada langkah kompresi. Perbandingannya adalah antara volume
langkah dan ruang bakar  (Vd +Vc)  yaitu pada posisi piston di TMB, dengan
volume ruang bakar  (Vc)  yaitu pada posisi piston di TMA, dapat dirumuskan
dengan persamaan: 
81


Dari rumus efisiensi termal dapat dilihat bahwa dengan menaikkan rasio
kompresi akan menaikkan efisiensi, dengan kata lain tekanan pembakaran
bertambah dan mesin akan menghasilkan daya berguna yang lebih besar. Akan
tetapi, kenaikan tekanan pembakaran di dalam silinder dibarengi dengan
kenaikan temperatur pembakaran dan ini menyebabkan pembakaran awal,
peristiwa tersebut dengan knocking dan meyebabkan daya mesin turun.
Pada mesin diesel rasio kompresi lebih tinggi dibanding dengan mesin bensin.
Rasio kompresi semakin tinggi pada mesin diesel dibarengi dengan kenaikan
efisiensi. Kenaikan rasio kompresi akan menaikkan tekanan pembakaran,
kondisi ini akan memerlukan material yang kuat sehingga dapat menahan
tekanan dengan temperatur tinggi. Material yang mempuyai kualitas tinggi harus
dibuat dengan teknologi tinggi dan harganya mahal, sehingga secara keseluruhan
menjadi tidak efektif.

4.  Kecepatan piston rata-rata
Piston atau torak bergerak bolak balik (reciprocating) di dalam silinder dari
TMA ke TMB dan dari TMB ke TMA. Kecepatan pergerakan piston dapat
dihitung dengan mengambil harga rata ratanya yaitu:


5.  Torsi dan Daya Mesin
Torsi adalah ukuran kemampuan mesin untuk melakukan kerja, jadi torsi adalah
suatu energi. Besaran torsi adalah besaran turunan yang biasa digunakan untuk
menghitung energi yang dihasilkan dari benda yang berputar pada porosnya.
Adapun perumusan dari torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda 
82

berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada
porosnya dengan jarijari sebesar b, maka torsinya adalah:

Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap
porosnya, dan benda akan berhenti apabila  ada usaha melawan torsi dengan
besar sama dengan arah yang berlawanan.

Gambar 2.68 Skema pengukuran torsi

Pada motor bakar untuk mengetahui daya poros harus diketahui dulu torsinya.
Pengukuran torsi pada poros motor bakar menggunakan alat yang dinamakan
Dinamometer. Prinsip kerja dari alat ini adalah dengan memberi beban yang
berlawanan terhadap arah putaran sampai putaran mendekati o rpm. Beban ini
nilainya sama dengan torsi poros. Gambar 2.68 menunjukkan prinsip dasar dari
dinamometer.

Gambar 2.69 Skema dinamometer
 
83

Dari gambar di atas dapat dilihat pengukuran torsi pada poros (rotor) dengan
prisip pengereman dengan stator yang dikenai beban sebesar w. Mesin
dinyalakan kemudian pada poros disambungkan dengan dinamometer. Untuk
megukur torsi mesin pada poros mesin diberi rem yang disambungkan dengan w
pengereman atau pembebanan. Pembebanan diteruskan sampai poros mesin
hampir berhenti berputar. Beban maksimum yang terbaca adalah gaya
pengereman yang besarnya sama dengan gaya putar poros mesin F. Dari definisi
disebutkan bahwa perkalian antara gaya dengan jaraknnya adalah sebuah torsi,
dengan difinisi tersebut Torsi pada poros dapat diketahui dengan rumus:

Pada mesin sebenarnya, pembebanan terjadi pada komponenkomponen mesin
sendiri yaitu asesoris mesin  (pompa air, pompa pelumas, kipas radiator),
generator listrik (pengisian aki, listrik penerangan, penyalan busi), gesekan
mesin dan komponen lainnya.
Dari perhitungan torsi di atas dapat diketahui jumlah energi yang dihasikan
mesin pada poros. Jumlah energi yang dihasikan mesin setiap waktunya disebut
dengan daya mesin. Kalau energi yang diukur pada poros mesin dayanya disebut
daya poros.

6.  Perhitungan Daya Mesin
Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran di dalam silinder dan
biasanya disebut  dengan daya indikator. Daya tersebut dikenakan pada torak
yang bekerja bolak-balik di dalam silinder mesin. Jadi di dalam silinder mesin,
terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar dengan proses
pembakaran menjadi energi mekanik pada torak.
Daya indikator merupakan sumber tenaga per satuan waktu operasi mesin untuk
mengatasi semua beban mesin. Mesin selama bekerja mempunyai komponen-
komponen yang saling berkaitan satu dengan lainnya membentuk kesatuan yang
kompak. Komponen-komponen mesin juga merupakan beban yang harus diatasi
daya indikator. Sebagai contoh pompa air untuk sistem pendingin, pompa 
84

pelumas untuk sistem pelumasan, kipas radiator, dan lain lain, komponen ini
biasa disebut asesoris mesin. Asesoris ini dianggap parasit bagi mesin karena
mengambil daya dari daya indikator.
Disamping komponen-komponen mesin yang menjadi beban, kerugian karena
gesekan antar komponen pada mesin juga merupakan parasit bagi mesin, dengan
alasan yang sama dengan asesoris mesin yaitu mengambil daya indikator.
Seperti pada Gambar 2.62  terlihat bahwa daya untuk meggerakkan asesoris dan
untuk mengatasi gesekan sekitar 5% bagian.
Untuk lebih mudah memahami, di bawah ini ditunjukkan perumusan dari masing
masing daya. Satuan daya menggunakan HP(horse power).


7.  Daya indikator
Seperti telah diuraikan di atas, daya indikator adalah daya yang dihasilkan di
dalam silinder pada proses pembakaran. Untuk menghitung daya indikator, perlu
ditentukan terlebih dahulu tekanan indikator rata-rata yang dihasilkan dari proses
pembakaran satu siklus kerja.

a.   Diagram indikator
Cara memperoleh siklus kerja dari suatu mesin adalah dengan menggunakan
sebuah motor atau mesin uji yang dipasang seperangkat alat untuk mencatat
setiap kondisi kerja mesin pada semua langkah. Dengan mesin uji tersebut dapat
dihasilkan diagram indikator satu siklus kerja. Pada gambar berikut adalah mesin
uji yang digunakan untuk menggambarkan diagram indikator satu siklus kerja
mesin, jenis mekanis dan jenis elektrik. Gambar diagram indikator adalah
sebuah grafik  hubungan p dan V, jadi setiap tekanan pada kedudukan tertentu
dari piston dapat diketahui.
Cara kerja mesin uji adalah sebagai berikut.
[A] Mesin uji elektrik. Mesin uji bekerja dengan sinyal digital. Alat pendeteksi
tekanan  (pressure transduser)  dipasang  pada ruang silinder, alat pendeteksi 
85

volume  (inductive pick up) dipasang pada piringan yang terpasang pada bagian
bawah silinder terhubung dengan poros engkol. Masing masing alat pendeteksi
memberikan respon dari setiap kondisi yang diukur, kemudian respon  tersebut
diubah dalam bentuk sinyal listrik yang akan diperkuat di unit  amplifier  dan
trigger.  Sinyal-sinyal digital di tampilkan pada layar osiloskop dalam bentuk
grafik hubungan sudut poros engkol dan tekanan silinder [Gambar 2.70]

Gambar 2.70 Mesin uji elektrik

[B] Mesin uji mekanis. Mesin uji mekanis terdiri dari dua perangkat [Gambar
2.620]. Perangkat pertama adalah mesin otto dan yang kedua adalah perangkat
mekanisme pencatat. Proses pembakaran pada tekanan dan volume tertentu di
dalam silinder mesin otto. Pada silinder dibuat lubang sebagai tempat saluran
pipa yang akan mendeteksi perubahan tekanan di dalam silinder selama siklus
kerja mesin. Pipa tersebut terhubung dengan silinder pada perangkat kedua yang
terdiri dari piston, batang piston dan tuas pencatat atau indikator  scriber. Pada
tuas pencatat ujungnya akan bersinggungan dengan drum kertas. Respon volume
setiap kondisi piston dideteksi dengan menggunakan mekanisme tuas yang
dipasang pada piston, kemudian disambungkan dengan kabel yang dihubungkan
drum kertas. Setiap pergerakan piston akan memutar drum. Jadi pada saat mesin
mulai bekerja tekanan di dalam silinder mulai berubah sehingga tuas pencatat 
86

mulai bergerak, karena kedudukan piston juga berubah menyebabkan tuas pada
piston juga berubah posisinya, seterusnya drum berputar karena ditarik dengan
kabel dari tuas piston.

Gambar 2.71Mesin uji mekanis

Diagram indikator yang dihasilkan mesin uji mekanis menggambarkan kondisi
tekanan pada setiap kedudukan piston di dalam silinder [Gambar  2.621].
Sehingga secara sederhana diagram indikator dapat digambarkan sebagai
berikut. 
87


Gambar 2.72Diagram indikator mesin uji mekanik

Dari diagram indikator di atas terlihat satu siklus kerja dari mesin otto. Siklus ini
menggambarkan kondisi aktual dari mesin di dalam silinder. Tekanan hisap dan
buang terlihat berbeda, proses pembakaran juga tidak  pada volume konstan,
pembuangan gas sisa juga tidak pada volume konstan.
Diagram indikator yang dihasilkan mesin uji elektrik menggambarkan kondisi
tekanan pada setiap kedudukan piston di dalam silinder. Sehingga secara
sederhana diagram indikator dapat digambarkan sebagai berikut. 
88


Gambar 2.73Diagram indikator mesin uji elektrik

Diagram di atas merupakan hubungan antara tekanan di dalam silinder dengan
sudut engkol pada mesin. Dengan menggunakan grafik ini dapat dianalisis setiap
langkah kerja mesin, yaitu mulai hisap  (intake), kompresi (compression),
pembakaran (combustion), tenaga (expansion), dan buang (exhaust). Tekanan
pembakaran pada piston yaitu pada sumbu tegak menggambarkan kondisi aktual
perubahan tekanan selama mesin bekerja

b.   Kerja indikator
Kerja indikator adalah kerja pada piston karena perubahan tekanan dan volume
selama siklus kerja mesin. Adapun kerja indikator persiklusnya dirumuskan
dengan persamaan sebagai berikut:

Gambar 2.74adalah digram p-V dari mesin otto. Daerah A adalah kerja indikator
positif pada langkah kompresi dan tenaga, sedangkan pada daerah B adalah
kerja negatif pemompaan langkah hisap dan buang. Adapun jumlah total dari
kedua daerah kerja terebut adalah kerja indikator total, dirumuskan dengan
persamaan: 
89



Gambar 2.74Diagram indikator mesin otto

Gambar 2.75Kerja indikator total
Kerja indikator total [Gambar 2.624] adalah kerja yang akan diteruskan torak ke
poros engkol. Kerja indikator akan selalu berubah menyesuaikan dengan jumlah
campuran bahan bakar udara yang dihisap oleh mesin. Pada kondisi putaran  
90


rendah kerja indikator kecil, kerja indikator paling besar apabila mesin mencapai
efisiensi maksimum.
Harga dari Wpemompaan  yaitu kerja yang dibutuhkan pada langkah hisap dan
buang akan selalu berharga negatif pada mesin standar, dimana udara masuk ke
silinder pada langkah hisap, karena di ruang silinder tekanannya lebih rendah.
Jadi diusahakan Wpemompaan  serendah mungkin untuk menghasilkan Wnet  indikator
yang besar.
Pada mesin mesin yang dipasang supercharger  [Gambar  2.625] atau
turbocharger  [Gambar 2.626] Wpemompaan berharga positif karena udara dipaksa
masuk pompa sehingga garis langkah hisap di atas langkah buang. Jadi kerja
indikator total adalah Wnet indikator = Windikator + Wpemompaan. Jadi dapat dikatakan
mesin yang dipasang supercharger atau turbocharhger mempunyai Wnet indikator
yang lebih besar dibandingkan dengan mesin yang standar  (Wnet  indikator superchager
> Wnet  indikator) . Diagram indikator untuk mesin yang dipasang superchager atau
turbocharger dapat dilihat pada Gambar 2.628
 
91

Gambar 2.76Supercharger pada motor bakar

Gambar 2.77Prinsip turbocharger pada motor bakar 
92


Gambar 2.78Instalasi turbocharger pada motor-bakar 
93



Gambar 2.79Perubahan diagram indikator dengan supercharging

 
94


8.  Tekanan indikator rata-rata
Tekanan rata-rata atau  Mean Effective Pressure  (MEP)  adalah suatu konsep
untuk mencari harga tekanan tertentu konstan yang apabila mendorong piston
sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja persiklus  Wnet 2  yang sama
dengan siklus yang dianalisis Wnet 1. Pada gambar adalah grafik kerja indikator
netto denga MEP nya.
Tekanan rata-rata dirumuskan sebagai berikut:

Luasan Wnet adalah segi empat dengan lebar tekanan rata-rata (MEP) dan 
panjang Vd (VTMA - VTMB), maka untuk mencari luasannya:
Wnet = panjang x lebar = Vd X MEP = (VTMA - VTMB) X MEP

Gambar 2.80Diagram tekanan rata-rata
 
95


Jadi Prata-rata adalah suatu garis tekanan konstan, dimana pada posisi tersebut luas
diagram p  -v yang dibatasi oleh A-B-C-D sama dengan luasan bidang 1-2-3-4.
Wnet 1 adalah identik dengan Wnet 2

Gambar 2.81Diagram indikator rata-rata

Gambar  2.81di atas adalah diagram indikator hubungan tekanan dan volume.
Dari diagram tersebut dapat diketahui kerja indikator netto  Wnet,i  dari siklus.
Untuk mengetahui kerja indikator netto, dihitung terlebih dahulu tekanan efektif
indiaktor rata-rata atau  Indicated Mean Effective Pressure  (IMEP)  dari siklus,
adapun caranya adalah sebagi berikut. Dari diagram indikator yang dihasilkan
dari mesin uji, baca skala tekanan dan skala langkah toraknya. 
96

  Skala langkah torak adalah 1 mm = X m
  Skala volume langkah adalah 1 mm = AX m3

  Skala tekanan adalah 1 mm = Y N/m2

  Skala kerja adalah 1 mm2
 = Y.AX N.m
Apabila diketahu luasan kerja indikator adalah C mm2
, maka  kerja indikator
persiklus = C.Y.AX N.m,  sehingga tekanan indikatornya dapat dihitung dengan
rumus:

dengan L = panjang langkah torak cm
Tekanan indikator rata-rata yang diperoleh dari perhitungan di atas dapat
digunakan untuk menghitung daya indikator. Dari rumus  a  dapat diperoleh
perhitungan sebagai berikut:

Daya adalah kerja perwaktunya N = W/t (1/t adalah rotasi per waktu atau n ),
maka daya indikator dapat dihitung dengan persamaan:

dengan n = putaran mesin (rpm)
Untuk mesin multisilinder untuk 4 langkah atau 2 langkah, rumus umum untuk
menghitung daya indikator adalah:
 
97


9.  Daya Poros atau Daya Efektif
Daya poros adalah daya efektif pada poros yang akan digunakan untuk
mengatasi beban kendaraan. Daya poros diperoleh dari pengukuran torsi pada
poros yang dikalikan dengan kecepatan sudut putarnya atau dapat dituliskan
dengan persamaan sebagai berikut:

Dari perumusan di atas, untuk menghitung daya poros  (brake power) Ne harus
diketahui terlebih dahulu torsi T dan putaran n mesinnya. Torsi diukur langsung
dengan alat dinamometer dan putaran mesin diukur dengan tachometer.

10. Kerugian daya gesek
Daya gesek adalah energi persatuan waktu dari mesin yang harus diberikan
untuk mengatasi tahanan dari komponen-komponen mesin yang bersinggungan.
Besarnya daya gesek dapat dihitung dengan mengurangi daya indikator dengan
daya poros, perhitungan ini dengan asumsi daya asesoris diabaikan.
Perumusannya adalah:

apabila diasumsikan Na = 0 maka,

Perhitungan daya gesek dengan cara ini cukup bagus untuk skala laboratorium.

11.  Efisiensi Mesin
Efisiensi mesin menggambarkan tingkat efektifitas mesin  bekerja. Secara
alamiah setiap proses memerlukan energi, menghasilkan kerja untuk melakukan
proses, kemudian ada  energi yang harus dibuang. Seperti manusia yang harus
makan untuk melakukan aktivitas kerja, selanjutnya secara alamiah harus ada  
98


yang dibuang. Apabila proses ini tidak berjalan semestinya, manusia dinyatakan
dalam keadaan sakit dan tidak dapat melakukan kerja. Dalam kondisi ini
seandainya manusia adalah mesin maka manusia dalam keadaan rusak.
Konsep efisiensi menjelaskan bahwa perbandingan antar energi berguna dengan
energi yang masuk secara alamiah tidak pernah mencapai 100%. Pada motor
bakar ada beberapa definisi dari efisiensi yang menggambarkan kondisi
efektivitas mesin bekerja, yaitu:
1. Efisiensi termal
2. Efisiensi termal indikator
3. Efisiensi termal efektif
4. Efisiensi mekanik
5. Efisiensi volumetrik

11.1  Efisiensi termal
Efisiensi termal adalah konsep dasar dari efisiensi siklus ideal yang didefinisikan
perbandingan antara energi yang berguna dengan energi yang masuk. Energi
berguna adalah pengurangan antara energi masuk dengan energi terbuang. Jadi
efisiensi termal dirumuskan dengan persamaan :

11.2  Efisiensi termal indikator
Efisiensi termal indikator adalah efisiesi termal dari siklus aktual diagram
indikator. Energi berguna dari diagram indikator adalah kerja indikator dan energi
masuknya adalah energi dari proses pembakaran perkilogramnya. Perumusannya
adalah sebgai berikut:

Karena efisiensi termal indikator adalah pada siklus aktual maka fluidanya adalah
bahan bakar dengan udara, sehingga perhitungan energi adalah sebagai berikut: 
99




11.3  Efisiensi termal efektif
Efisiensi termal efektif adalah perbandingan daya poros atau daya efektif dengan
laju kalor masuknya. Perumusannya adalah sebagai berikut:

11.4  Efisiensi mekanik
Semua beban mesin diatasi dengan sumber energi dari proses pembakaran yang
menghasilkan energi mekanik. Energi mekanik yang terukur pada diagram
indikator adalah kerja indikator. Kerja indikator persatuan waktu inilah yang
akan ditransfer mejadi kerja poros persatuan waktu. Adapun besarnya nilai
efektivitas dari transfer daya indikator menjadi daya poros adalah efisiensi
mekanis. Jadi efisiensi mekanis adalah perbandingan antara daya poros dengan
daya indikator dan dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut: 
100




Apabila 

apabila dua persamaan tersebut disubstitusikan pada 

menjadi  ,  jadi jelas bahwa daya poros yang dihasilkan dari daya
indikator harus dikalikan dengan efisiensi mekaniknya. 

11.5  Efisiensi volumetrik
Udara yang dihisap masuk silinder selalu banyak mengalami hambatan aliran
sehingga aliran udara banyak kehilangan energi, disamping itu udara hisap juga
menyerap panas dari saluran hisap terutama pada ujung saluran hisap yang ada
katup masuknya. Karena menyerap panas temperatur udara menjadi naik dan
menyebabkan massa jenis turun tetapi menaikkan nilai viskositasnya. Dengan
kondisi tersebut udara lebih sulit mengalir dengan massa per satuan volumenya
juga berkurang. Untuk mendefinisikan jumlah udara yang masuk ke ruang
silinder dirumuskan ukuran keefektifan aliran udaran masuk yaitu efisiensi
volumetri. Perumusannya adalah sebagai berikut:

Hubungan efisiensi volumetrik dengan tekanan rata-rata efektif adalah:

 
101


dari perumusan di atas terlihat bahwa tekanan efektif rata-rata bergantung dari
nilai dari nv.

c.  Rangkuman
1.  Proses perubahan energi dari mulai proses pembakaran sampai menghasilkan
daya pada  poros motor bakar melewati beberapa tahapan dan tidak mungkin
perubahan energinya 100%. Selalu ada kerugian yang dihasikan dari selama
proses perubahan, hal  ini sesuai dengan hukum termodinamika kedua yaitu
"tidak mungkin membuat sebuah mesin yang mengubah semua panas atau
energi yang masuk memjadi kerja".
2.  Apabila suatu benda berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F,
benda berpuar pada porosnya  dengan jari jari sebar b, dengan data tersebut
torsinya adalah
3.  Daya indikator adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin
untuk mengatasi semua beban mesin. Untuk lebih mudah pemahaman di bawah
ini dalah perumusan dari masing masing daya. Satuan daya menggunakan HP(
hourse power )

4.  Daya poros diperoleh dari pengukuran torsi pada poros yang dikalikan dengan
kecepatan sudut putarnya atau dapat dituliskan dengan persamaan sebagai
berikut ;

5.  Daya gesek adalah merupakan energi persatuan waktu  dari mesin yang harus
diberikan untuk mengatasi tahanan dari komponen-komponen mesin yang
bersinggungan

6.  Efisiensi termal dirumuskan dengan persamaan :

7.  Efisiensi termal indikator adalah efisiesi termal dari siklus aktual Diagram 
102


8.  Efisiensi termal efektif adalah perbandingan daya poros atau daya efektif dengan
laju kalor masuknya

9.  Jadi efisiensi mekanis adalah perbandingan antara daya poros dengan daya
indikator dan dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut.

10. Untuk mendefinisikan jumlah udara yang masuk ke ruang silinder dirumuskan
ukuran keefektifan aliaran udaran masuk yaitu efisiensi volumteri.

11. Laju pemakaian bahan bakar spesifik atau spesific fuel consumtion (SFC) adalah
jumlah bahan bakar (kg) per waktunya.














 
103



d.  Tugas
Soal
1.  Jelaskan properties/ komponen yang berhubungan dengan pretasi mesin/
engine  . . . ? 
2.  Jelaskan apa yang dimaksud dengan volume langkah dan volume ruang
bakar . . . .?
3.  Jelaskan apa yang dimaksud dengan Torsi dan Daya Mesin  pada motor
bakar . . . ?
4.  Jelaskan macam-macam efisiensi mesin pada motor bakar . . .?

5.  Hitunglah ! 

1.  Untuk menaikkan kemampuan mesin kendaraan bermotor, seorang ahli
mekanik kendaran bermotor melakukan modifikasi mesin sehingga
diharapkan unjuk kerja mesin naik terutama dayanya. Ahli mekanik
tersebut membawa sepeda motornya ke laboratorium uji. Dari pengujian
diperoleh data-data sebagai berikut. Tekanan indikator rata-rata 8
kg/cm2
, pada putaran 2400 rpm besar torsinya 40 kg.m. Konsumsi bahan
bakarnya  25 kg/jam dengan nilai kalor 1500 kcal/kg. Adapun data
kendaran bermotornya adalah mesin 4 tak, satu silinder, dengan volume
langkah 100 cm2
. Hitunglah efisiseni efektifnya ! dan berapa SFC ?

2.  Seorang pemilik kendaraan bermotor berniat untuk memasang AC (80
Hp) pada mobil sedannya, sebelum melakukan pemasangan, si pemilik
sedan membawa mobilnya ke sebuah bengkel untuk diuji dayanya. Dari
hasil uji diperoleh data sebagai berikut. Torsi maksimum 150 kg.m
tercapai pada putaran 3000 rpm. Data-data sedannya adalah : Mesin 4
tak 8 silinder, volume langkah 1500 cm3
, tekanan indikator rata-rata 15
kg/cm2
. Batas minimum efisiensi efektif adalah 10% mobil sedan masih
bekerja normal. Periksa apakah dengan pemasangan AC mobil sedan
masih dapat bekerja normal. !! 
104



4.  Kegiatan belajar 4 : Pengetahuan Dasar Turbin
a.  Tujuan Pembelajaran :
Setelah mempelajari secara keseluruhan materi kegiatan belajar dalam modul ini
peserta diklat diharapkan mampu :
1)  Menjelaskan difinisi Turbin Uap dengan benar 
2)  Menjelaskan perbedaan dan  persamaan Turbin Impuls dan Reaksi dengan
benar
3)  Menjelaskan apa yang dimaksud dengan Segitiga Kecepatan pada turbin
dengan benar
4)  Menjelaskan perbedaan macam-macam turbin Impuls dengan benar 

b.  Uraian materi :
1.  Sejarah Turbin
Penggunaan turbin uap untuk keperluan industri merupakan pilihan yang cukup
menguntungkan karena mempunyai efisiensi yang relatif tinggi dan bahan bakar
yang digunakan untuk pembangkitan uap dapat bervariasi. Penggunaan turbin
uap yang paling banyak adalah untuk mesin pembangkitan tenaga listrik.
Sumber uap panas sebagai fluida yang mempunyai energi potensial tinggi
berasal dari sistem pembangkit uap (boiler) atau dari sumber uap panas
geotermal.
Adapun definisi turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik kemudian energi kinetik tersebut diubah
menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin dihubungkan
dengan yang digerakkan, yaitu generator atau peralatan mesin lainnya,
menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Berdasarkan definisi tersebut
maka turbin uap termasuk mesin rotari. Jadi berbeda dengan motor bakar yang
merupakan mesin bolak-balik (reciprocating). 
105


Gambar 2.82Mesin uap Hero

Dalam sejarah, mesin uap pertama kali dibuat oleh Hero dari Alexandria, yaitu
sebuah prototipe turbin uap primitif yang bekerja menggunakan prisip reaksi.
Gambar 2.82menunjukkan turbin uap Hero dimana tubin ini terdiri dari sumber
kalor, bejana yang diisi dengan air dan pipa tegak yang menyangga bola dimana
pada bola terdapat dua nosel uap. Proses kerjanya adalah sebagai berikut,
sumber kalor akan memanasi air di dalam bejana sampai air menguap, lalu uap
tersebut mengalir melewati pipa tegak masuk ke bola. Uap tersebut terkumpul di
dalam bola, kemudian melalui nosel menyembur ke luar,  karena semburan
tersebut, bola mejadi berputar.
Selanjutnya setelah penemuan Hero, beberapa abad kemudian dikembangkan
turbin uap oleh beberapa orang yang berusaha memanfaatkan uap sebagai
sumber energi untuk peralatan mereka. Thomas Savery (1650-1715)  adalah
orang Inggris yang membuat mesin uap bolak-balik pertama, mesin ini tidak
populer karena mesin sering meledak dan sangat boros uap. Untuk memperbaiki
kinerja dari mesin Savery, Denis Papin (1647-1712) membuat katup-katup
pengaman dan mengemukakan gagasan untuk memisahkan uap air dan air
dengan menggunakan torak.
Gagasan Papin direspons oleh Thomas Newcomen ( 1663-1729) yang
merancang dan membangun mesin menggunakan torak. Prinsip kerja yaitu uap
tekanan rendah dimasukan ke silinder dan menekan torak sehingga bergerak ke
atas. Selanjutnya, silinder disemprot air sehingga terjadi kondensasi uap, tekanan 
 
106


menjadi turun dan vakum. Karena tekanan atmosfer dari luar torak turun maka
terjadi langkah kerja.
Perkembangan mesin uap selanjutnya adalah mesin uap yang dikembangkan
oleh James Watt. Selama kurang lebih 20 tahun ia mengembangkan dan
memperbaiki kinerja dari mesin Newcomen. Gagasan James Watt yang paling
penting adalah mengkonversi gerak bolak-balik menjadi geraka putar (1781).
Mesin tersebut kemudian dikembangkan lebih lanjut oleh Corliss (1817-1888),
yaitu dengan mengembangkan katup masuk yang menutup cepat, untuk
mencegah pencekikan katup pada waktu menutup. Mesin Corliss menghemat
penggunaan bahan bakar batu bara separo dari batu bara yang digunakan mesin
uap James watt.
Kemudian Stumpf (1863) mengembangkan mesin uniflow yang dirancang untuk
mengurangi susut kondensasi. Mesin uap yang dibuat paling besar pada abad 18
adalah menghasikan daya 5 MW, pada waktu itu dianggap raksasa, karena tidak
ada lagi mesin yang lebih besar. Seiring dengan kebutuhan tenaga listrik yang
besar, kemudian banyak pengembangan untuk membuat mesin yang lebih
efisien yang berdaya besar.
Mesin uap bolak-balik memiliki banyak keterbatasan, antara lain mekanismenya
terlalu rumit karena banyak penggunaan katup-katup dan juga mekanisme
pengubah gerak bolak-balik menjadi putaran. Maka untuk memenuhi tuntutan
kepraktisan mesin uap dengan efisiensi berdaya lebih besar, dikembangkan
mesin uap rotari. Mesin uap rotari komponen utamanya  berupa poros yang
bergerak memutar. Model konversi energi potensial uap tidak menggunakan
torak lagi, tetapi menggunakan sudu-sudu turbin.
Gustav de Laval (1845-1913) dari Swedia dan Charles Parson (1854-1930) dari
Inggris adalah dua penemu awal dari dasar turbin uap modern. De laval pada
mulanya mengembangkan turbin rekasi kecil berkecepatan tinggi, namun
menganggapnya tidak praktis dan kemudian mengembangkan turbin impuls satu
tahap yang andal, dan namanya digunakan untuk nama turbin jenis impuls.
Berbeda dengan De laval, Parson mengembang turbin rekasi tingkat banyak,
turbinnya dipakai pertama kali pada kapal laut.
 
107


Disamping para penemu di atas, penemu-penemu lainnya saling melengkapi dan
memperbaiki kinerja dari turbin uap. Rateau dari Prancis mengembangkan turbin
impuls tingkat banyak, dan C.G. Curtis dari Amerika Serikat mengembangkan
tubin impuls gabungan kecepatan. Selanjutnya, penggunaan turbin uap meluas
dan praktis menggantikan mesin uap bolak-balik, dengan banyak keuntungan.
Penggunaan uap panas lanjut yang meningkatkan efisiensi sehingga turbin uap
berdaya besar (1000 MW, 3600 rpm, 60 Hz) banyak dibangun.

2.  Asas Impuls dan Reaksi
Turbin adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik
uap menjadi putaran poros turbin. Proses perubahan itu terjadi pada sudu-sudu
turbin. Sebagai perbandingan dengan mesin torak yang bekerja karena ekpansi
energi panas gas atau uap di dalam silinder yang mendorong torak untuk
bergerak bolak-balik. Pada dasarnya, prinsip kerja mesin torak dengan turbin
uap adalah sama. Fluida gas dengan energi potensial yang besar berekspansi
sehingga mempunyai energi kinetik tinggi yang akan medorong torak atau sudu,
karena dorongan atau tumbukan tersebut, torak atau sudu kemudian bergerak.
Proses tumbukan inilah yang dinamakan dengan Impuls.

Gambar 2.83 Azas impuls pada plat datar dan sudu

Azas impuls dapat dijelaskan dengan metode sebagai berikut. Pada gambar 2.83
A adalah sebuah pelat yang ditumbuk dengan fluida gas berkecepatan Vs, dan
laju massa ·m, karena pelat itu beroda sehingga bergerak dengan kecepatan Vb.
Besarnya daya dapat dihitung dengan persamaan:∂ 
108


sedangkan pada ganbar B adalah sebuah sudu yang ditumbuk fluida gas dengan
laju masa ·m, maka daya yang dihasilkan adalah:

Dari dua model di atas, dapat dilihat bahwa model sudu mempunyai daya yang
lebih besar pada kecepatan dan laju massa fluida gas yang sama. Maka dengan
alasan tersebut, bentuk sudu dianggap yang paling efisien untuk diterapkan pada
turbin uap atau jenis turbin lainnya seperi turbin gas dan air.
Penerapan model sudu tersebut di atas pada turbin uap, penataannya kurang
lebih seperti pada gambar  2.84, yaitu menata sudusudu tersebut sebaris
mengelilingi roda jalan atau poros turbin uap, sehingga terjadi keseimbangan
gaya.

Gambar 2.84 Sudu sudu impuls pada rotor turbin uap


Gambar 2.85 Mesin uap Branca dengan turbin impuls
 
109

Model turbin impuls dalam sejarahnya sudah pernah dibuat oleh Branca
(Gambar  2.85). Prinsip kerjanya adalah dengan menyemburkan uap
berkecapatan tinggi melalui nosel ke sudu-sudu impuls pada roda jalan. Akibat
adanya tumbukan antara semburan gas dengan sudu-sudu jalan turbin impuls,
poros turbin menjadi berputar.
Berbeda dengan azas impuls azas reaksi, untuk sebagaian orang lebih sulit
dipahami. Untuk menggambarkan azas reaksi bekerja pada gambar adalah
model jet uap dari Newton.

Gambar 2.86 Mesin uap Newton gaya aksi rekasi

Semburan uap dari tabung mempunyai energi kinetik yang besar sehingga
sepeda akan bergerak ke kiri. Dari hal tersebut dapat dipahami bahwa mesin
tersebut bekerja dengan azas reaksi, yaitu semburan uap melakukan aksi
sehingga timbul reaksi pada sepeda untuk begerak melawan aksi. Pada gambar
adalah contoh lain dari aksi-reaksi.
 
110

Gambar 2.87   Gaya aksi-reaksi pada balon

3.  Segitiga Kecepatan
Segitiga kecepatan adalah dasar kinematika dari aliran fluida gas yang
menumbuk sudut turbin.


Gambar 2.88 Segitiga kecepatan pada sudu turbin impuls

Dengan pemahaman segitiga kecepatan akan sangat membantu dalam
pemahaman proses konversi pada  sudusudu turbin uap atau pada jenis turbin
yang lain. Adapun notasi dari segitiga kecepatan adalah sebagai berikut

Dari segitiga kecepatan di atas, panjang pendeknya garis adalah mewakili dari
besar kecepatan masing-masing. Sebagai contoh, fluida masuk  sudu dari nosel
dengan kecepatan VS1 kemudian ke luar dari nosel sudah berkurang menjadi VS2 
111

dengan garis yang lebih pendek. Artinya sebagian energi kinetik fluida masuk
sudu diubah menjadi energi kinetik sudu dengan kecepatan VB , kemudian fluida
yang sudah memberikan energinya meninggalkan sudu dengan kecepatan VS2.
Proses perubahan atau konversi energi pada turbin adalah sama dengan
perubahan energi pada motor bakar, tetapi dengan metode yang berbeda. Untuk
motor bakar, pada langkah ekspansi fluida gas yaitu gas pembakaran energinya
mengalami penurunan bersamaan dengan penurunan tekanan di dalam silinder.
Hal itu terjadi karena sebagian energinya diubah menjadi energi kinetik gas
pembakaran dan dikenakan langsung pada torak. Karena ada dorongan dari
energi kinetik gas pembakaran torak bergerak searah dengan gaya dorong
tersebut, kondisi ini disebut langkah tenaga.

Gambar 2.89 Proses ekspansi pada nosel

Pada turbin, proses perubahan energi mulai terjadi di nosel, yaitu ekspansi fluida
gas pada nosel.  Pada proses ekspansi di nosel, energi fluida mengalami
penurunan, demikian juga tekanannya. Berbarengan dengan penurunan energi
dan tekanan, kecepatan fluida gas naik, dengan kata lain energi kinetik fluida
gas naik karena proses ekspansi. Kemudian, fluida  gas dengan energi kinetik
tinggi menumbuk sudu turbin dan memberikan sebagian energinya ke sudu,
sehingga sudu pun begerak. Perubahan energi dengan tumbukan fluida di sudu
adalah azas impuls.
Untuk perubahan energi dengan azas reaksi, sudu turbin reaksi berfungsi seperti
nosel. Hal ini berarti, pada sudu turbin reaksi terjadi proses ekspansi, yaitu
penurunan tekanan fluida gas dengan dibarengi kenaikan kecepatan. Karena
prinsip reaksi adalah gerakan melawan aksi, jadi dapat dipahami dengan
kenaikan kecepatan fluida gas pada sudu turbin reaksi, sudu turbin pun akan
bergerak sebesar nilai kecepatan tersebut dengan arah yang berlawanan. 
112


Gambar 2.90 Fungsi nosel

Gambar 2.91 Segitiga kecepatan sudu bergerak turbin reaksi

4.  Turbin Impuls
Turbin impuls adalah turbin yang mempunyai roda jalan atau rotor dimana
terdapat sudu-sudu impuls. Sudu-sudu impuls mudah dikenali bentuknya, yaitu  
113


simetris dengan sudut masuk ø dan sudut ke luar γ yang sama (20
0
), pada turbin
biasanya ditempatkan pada bagian masuk dimana uap bertekanan tinggi dengan
volume spesifik rendah. Bentuk turbin impuls pendek dengan penampang yang
konstan.
Ciri yang lain adalah secara termodinamika penurunan energi terbanyak pada
nosel, dimana pada nosel terjadi proses ekspansi  atau penuruan tekanan. Sudu-
sudu turbin uap terdiri dari sudu tetap dan sudu gerak. Sudu tetap berfungsi
sebagai nosel dengan energi kinetik yang naik, sedangkan pada sudu begerak
tekanannya konstan atau tetap. Berdasarkan karakteristik tersebut, turbin impuls
sering disebut turbin tekanan sama.
Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk simetris dan
bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap simetris, profil kecepatan dan
tekanan adalah sama, tidak ada perubahan kecepatan dan tekanan. Sedangkan
pada sudu tetap yang berfungsi sebagi nosel mempunyai bentuk seperti nosel,
yaitu antar penampang sudu membetuk penampang yang menyempit pada
ujungnya. Karena bentuknya nosel, kecepatan akan naik dan tekanan turun.
Bentuk pertama simetri dipakai pada turbin uap Curtis dan bentuk yang kedua
dipakai turbin uap Rateau.

Gambar 2.92 Bentuk sudu tetap turbin impuls 
114


Gambar 2.93 Turbin uap impuls satu tahap

4.1 Turbin impuls satu tahap ( Turbin De Laval)
Pada gambar 2.93 di atas adalah skema turbin De  laval atau turbin impuls satu
tahap. Turbin terdiri dari satu atau lebih nosel konvergen divergen dan sudu-
sudu impuls terpasang pada roda jalan (rotor). Tidak semua nosel terkena
semburan uap panas dari nosel, hanya sebagian saja. Pengontrolan putaran
dengan jalan menutup satu atau lebih nosel konvergen divergen.
Adapun cara kerjanya adalah sebagai berikut. Aliran uap panas masuk nosel
konvergen divergen, di dalam nosel uap berekspansi sehingga tekanannya turun.
Berbarengan dengan penurunan tekanan,  kecepatan uap panas naik, hal ini
berarti terjadi kenaikan energi kinetik uap panas. Setelah berekspansi, uap panas
menyembur ke luar nosel dan menumbuk sudu-sudu impuls dengan kecepatan
abolut Vs1. Pada sudu-sudu impuls uap panas memberikan sebagian energinya
ke sudusudu, dan mengakibatkan sudu-sudu bergerak dengan kecepatan Vb.  
115


Tekanan pada sudu-sudu turbin adalah konstan atau tetap, sedangkan kecepatan
uap ke luar sudu berkurang menjadi Vs2.

4.2  Turbin impuls gabungan
Turbin impuls satu tahap atau turbin De laval mempunyai kendalakendala teknis
yang tidak menguntungkan. Sebagai contoh, kecepatan uap masuk sudu terlalu
tinggi kalau hanya untuk satu baris sudu, efeknya kecepatan putar sudu menjadi
tinggi, dan melampaui batas keselamatan yang diizinkan, karena tegangan
sentrifugal yang harus ditahan material rotor. Disamping itu dengan kecepatan
rotor yang tinggi diperlukan roda gigi reduksi yang besar dan berat untuk
menghubungkan rotor dengan generator listrik. Dengan alasan-alasan tersebut,
dikembangkan dua pilihan turbin impuls gabungan yaitu turbin gabungan
kecepatan atau turbin Curtiss dan turbin impuls gabungan tekanan atau turbin
Rateau.

4.3 Turbin impuls Curtiss
Turbin uap Curtiss adalah turbin yang bekerja dengan prinsip impuls secara
bertahap. Berbeda dengan turbin satu tahap, turbin Curtiss mempunyai beberapa
baris sudu bergerak dan baris sudu tetap. Pada gambar  2.94  adalah susunan
turbin uap Curtiss, proses ekspansi uap panas pada nosel, dimana kecepatan uap
panas naik ( Vs1) dan tekanan turun.
Uap panas yang mempunyai kecepatan tinggi masuk baris pertama sudu
bergerak, pada tahap ini uap memberikan sebagian energinya sehingga
kecepatannya turun (Vs2). Selanjutnya, sebelum masuk baris sudu bergerak
tahap II, terlebih dahulu melewati sudu tetap. Pada sudusudu tetap yang
berbentuk simetris, uap tidak kehilangan energinya, kecepatan (Vs3) dan
tekanannya konstan. Uap dengan kecepatan Vs3  setelah melewati sudu tetap
masuk baris sudu bergerak tahap II, uap memberikan energinya yang tersisa ke
sudu-sudu bergerak, karena itu kecepatannya turun kembali menjadi Vs4. 
116


Gambar 2.94 Susunan turbin uap Curtiss

Pada turbin Curtiss penurunan uap terjadi dengan sempurna pada nosel sehingga
tidak ada penurunan tekanan lagi pada sudu-sudu, dan energi kinetik dari nosel
dipakai oleh dua baris sudu bergerak tidak hanya satu baris saja. Ciri khas dari
turbin ini adalah kecepatan akan turun setelah melewati sudu bergerak, dan
kecepatannya konstan pada sudu tetap. Untuk memahami lebih lanjut tentang
perubahan nilai kecepatan, dapat menggunakan analisis segitiga kecepatan dari
turbin Curtiss. Sebagai contoh dapat dilihat pada gambar 2.95.
 
117


Gambar 2.95 Segitiga kecepatan turbin uap Curtiss

4.4 Turbin impuls Rateau
Pada turbin Curtiss yaitu turbin gabungan kecepatan yang sudah  dibahas pada
sub-bab di atas, masih mempunyai kelemahan yaitu kecepatan uapnya masih
tinggi, sehingga timbul gesekan yang merupakan kerugian aliran. Kondisi ini
sama dengan turbin impuls satu tahap. Untuk mengatasi hal tersebut, Rateau
membuat turbin impuls gabungan tekanan. Pada turbin ini, turbin dibagi menjadi
beberapa bagian dengan susunan seri, dimana setiap bagian terdiri dari nosel dan
sudu bergerak, yaitu sama dengan susunan turbin satu tahap.
Gambar 2.96 adalah skema sederhana dari turbin Rateau. Dari gambar tersebut
didapat susunan dasar turbin, yaitu terdiri dari dua bagian kombinasi nosel dan
sudu bergerak. Dari diagram tekanan dan kecepatan absolut dapat dibahas
sebagai berikut. Uap panas pertama masuk pada bagian pertama, kecepatan akan
naik pada nosel dan kemudian turun pada sudu bergerak. Selanjutnya, uap panas
masuk ke nosel bagian dua, kecepatan naik lagi pada nosel dan turun kembali  
118


pada sudu bergerak. Pada setiap bagian, uap akan mengalami penurunan tekanan
setelah dari nosel.
Jadi pada turbin Rateau, uap panas akan berekspansi setiap masuk nosel, dengan
demikian energi uap akan terbagi merata. Jika dibandingkan dengan turbin satu
tahap, pada turbin ini jumlah energi uap panas yang berekspansi per noselnya
jauh lebih kecil, sehingga kenaikan kecepatan absolutnya tidak terlalu tinggi.
Turbin ini mempunyai keunggulan yaitu kecepatan sudunya rendah, kecepatan
uap rendah (gesekan kecil), dan distribusi kerja per bagian merata.
Kelemahannya adalah penurunan tekanan yang terus menerus pada setiap
bagian, sehingga resiko kebocoran uap lebih besar. Untuk memperoleh efisiensi
tinggi, turbin Rateau juga harus mempunyai tahapan yang banyak. Dengan
alasan-alasan tersebut, turbin Rateau banyak dipakai untuk unit yang besar,
dimana efisiensi lebih penting daripada biaya investasi.

Gambar 2.96 Segitiga kecepatan turbin uap Rateau
Pada gambar adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin Rateau. Berdasarkan
segitiga tersebut terlihat bahwa bentuk dari segitiga adalah sama untuk setiap
tahap, dimana bentuknya adalah segitiga kecepatan turbin satu tahap yang
disusun seri. Kecepatan Vs1 dari sudu tetap yang berfungsi nosel, akan masuk
ke sudu bergerak dan nilainya turun menjadi Vs2, demikian juga untuk  
119


kecepatan relatifnya juga turun. Kemudian, kecepatan Vs2  naik lagi setelah
melewati sudu bergerak menjadi Vs3, dimana nilai kecepatan ini secara ideal
adalah sama dengan Vs1, dan prosesnya berlanjut sampai tahap terakhir turbin.

Gambar 2.97 Susunan turbin uap Rateau
5.  Turbin Reaksi
Turbin reaksi pertama kali dikenalkan oleh Parson. Gambar  2.98  adalah contoh
turbin reaksi tiga tahap, terdiri dari 3 baris sudu tetap dan 3 baris sudu bergerak.
Sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga fungsinya sama dengan nosel.
Sedangkan sudu bergerak dapat dibedakan dengan jelas dengan sudu impuls karena
tidak simetris. Sudu bergerak pun difungsikan sebagai nosel, karena fungsinya yang
sama dengan sudu tetap, maka bentuknya sama dengan sudu tetap, tetapi arah
lengkungannya berlawanan. 
120


Gambar 2.98 Susunan turbin uap Rateau
Penurunan tekanan adalah sinambung dari tahap satu ke tahap berikutnya, dari
sudu tetap dan sudu bergerak. Kecepatan absolutnya setiap melewati sudu tetap
akan naik dan setelah melewati sudu bergerak akan turun, selanjutnya akan
berulang sampai akhir tahap.
Pada gambar 2.99 adalah contoh segitiga kecepatan dari turbin rekasi dua tahap.
Dari gambar segitiga kecepatan tersebut menunjukkan bentuk segitiga kecepatan
untuk sudu tetap akan sama, demikian juga untuk sudu gerak. Kecepatan Vs1
dari sudu tetap akan turun  nilainya setelah melwati sudu bergerak menjadi 
121

Vs2,akan tetapi kecepatan relatinya menjadi besar yaitu Vr2. Selanjutnya, Vs2
dinaikan lagi nilainya setelah masuk ke sudu tetap, menjadi Vs3  yang sama
dengan Vs1, dan seterusnya sampai tahap akhir turbin.

Gambar 2.99 Susunan turbin uap Rateau

Daya yang dihasilkan turbin rekasi dapat dihitung dengan persamaan sebagai
berikut:

dan daya optimum tercapai pada kecepatan sudu optimum yaitu:

c.  Rangkuman
1.  Definisi turbin uap adalah suatu penggerak mula yang mengubah energi
potensial uap menjadi energi kinetik kemudian energi kinetik tersebut
diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Poros turbin
dihubungkan dengan yang digerakan, yaitu generator atau peralatan
mesin lainnya, menggunakan mekanisme transmisi roda gigi. Turbin
adalah mesin rotari yang bekerja karena terjadi perubahan energi kinetik
uap menjadi putaran poros turbin. Proses perubahan itu terjadi pada sudu-
sudu turbin.
2.  Pada turbin, proses perubahan energi mulai terjadi di nosel, yaitu
ekspansi fluida gas pada nosel. Pada proses ekspansi di nosel, energi
fluida mengalami penurunan, demikian juga tekanannya. Berbarengan  
122


3.  dengan penurunan energi dan tekanan, kecepatan fluida gas naik, dengan
kata lain energi kinetik fluida gas naik karena proses ekspansi.
Kemudian, fluida gas dengan energi kinetik tinggi menumbuk sudu
turbin dan memberikan sebagian energinya ke sudu, sehingga sudu pun
begerak. Perubahan energi dengan tumbukan fluida di sudu adalah azas
impuls.
4.  Perubahan energi dengan azas reaksi, sudu turbin reaksi berfungsi seperti
nosel. Pada sudu turbin reaksi terjadi proses ekspansi, yaitu penurunan
tekanan fluida gas dengan dibarengi kenaikan kecepatan. Karena prinsip
reaksi adalah gerakan melawan aksi, jadi dapat dipahami dengan
kenaikan kecepatan fluida gas pada sudu turbin reaksi, sudu turbin pun
akan bergerak sebesar nilai kecepatan tersebut dengan arah yang
berlawanan.
5.  Bentuk dari sudu tetap turbin impuls ada dua macam yaitu bentuk
simetris dan bentuk tidak simetris. Pada bentuk sudu tetap simetris, profil
kecepatan dan tekanan adalah sama, tidak ada perubahan kecepatan dan
tekanan. Sedangkan pada sudu tetap yang berfungsi sebagi nosel
mempunyai bentuk seperti nosel yaitu antar penampang sudu membetuk
penampang yang menyempit pada ujungnya. Bentuk pertama simetrisi
dipakai pada turbin uap Curtis dan bentuk yang kedua dipakai turbin uap
Rateau.
6.  Turbin De laval atau turbin impuls satu tahap. Turbin terdiri satu atau
lebih nosel konvergen divergen dan sudu-sudu impuls terpasang pada
roda jalan (rotor). Tidak semua nosel terkena semburan uap panas dari
nosel, hanya sebagian saja. Pengontrolan putaran dengan jalan menutup
satu atau lebih nosel konvergen divergen.
7.  Pada Turbin reaksi sudu tetap dibuat sedemikian rupa sehingga fungsinya
sama dengan nosel. Sedangkan sudu bergerak dapat dibedakan dengan
jelas dengan sudu impuls karena tidak simetris. Sudu bergerak pun
difungsikan sebagai nosel, karena fungsinya yang sama dengan sudu
tetap, maka bentuknya sama dengan sudu tetap, tetapi arah
lengkungannya berlawanan. 
123


d.  Tugas 
Soal
1.  Jelaskan prinsip dari kerja turbin dan bagaimana urutan konversi
energinya. . ? 
2.  Sebutkan macam-macan turbin yang anda ketahui selain turbin uap !
3.  Jelaskan kerja turbin impuls dan reaksi !
4.  Apa perbedaan antara turbin De laval, Curtis dan Rateau. ?
5.  Jelaskan perbedaan dan persamaan Turbin Impuls dan Reaksi  . . ?
6.  Jelaskan apa yang dimaksud dengan Segitiga Kecepatan pada turbin  . . .?
7.  Jelaskan perbedaan macam-macam turbin Impuls   . . ?





















 
124

5.  Kegiatan belajar 5 : Turbin Gas
a.  Tujuan Pembelajaran :
Setelah mempelajari secara keseluruhan materi kegiatan belajar dalam modul ini
peserta diklat diharapkan mampu :
1)  Menjelaskan prinsip kerja turbin gas dengan benar
2)  Menjelaskan persamaan dan perbedaan turbin gas  dengan motor bakar
dengan benar
3)  Menjelaskan keunggulan turbin dari mesin konversi energi lainnya dengan
benar
4)  Menjelaskan macam-macam turbin gas dengan benar
5)  Menjelaskan komponen-komponen utama turbin gas dengan benar 

b.  Uraian materi :
1.  Turbin Gas
Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya seperti
motor bakar [gambar 16.1] yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan
dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk proses
pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar. Energi panas
tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros.
Sisa gas pembakaran yang ke luar turbin menjadi energi dorong (turbin gas pesawat
terbang). Jadi jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang dapat mengubah energi
panas menjadi energi mekanik atau dorong.
Persamaan turbin gas dengan motor bakar adalah pada proses pembakarannya yang
terjadi di dalam mesin itu sendiri. Disamping itu proses kerjanya adalah sama yaitu:
hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan buang. Perbedaannya adalah terletak
pada konstruksinya. Motor bakar kebanyakan bekerja gerak bolak-balik
(reciprocating) sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar
bertahap (intermiten), untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang pada motor
bakar tidak pernah dipakai  untuk gaya dorong. 
125


Gambar 2.100 Mesin pembakaran dalam (turbin gas dan motor bakar)

Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap,
kompresi, pembakaran dan buang  adalah berlangsung bersamaan. Pada motor
bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, yaitu langkah
hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang. Antara langkah satu
dan lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi
turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas mejadi energi mekanik
putaran poros turbin, sedangkan pada motor bakar pada langkah ekspansi terjadi
perubahan dari energi panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak.
Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih halus dan tidak banyak
getaran. 
126


Gambar 2.101Perbandingan turbin gas dan mesin disel
Turbin gas banyak digunakan untuk mesin propulsi atau jet [gambar 16.1],
mesin otomotif, tenaga pembangkit listrik [gambar 16.2], atau penggerak
peralatan-peralatan industri seperti penggerak kompresor atau pompa. Daya
yang dihasilkan turbin gas mulai dari 250.000 HP untuk pembangkit listrik
sampai 5 HP pada turbocharger pada mesin motor.
Keunggulan dari turbin gas adalah mesinnya yang ringan dan ukuran yang kecil
namun dapat menghasilkan daya yang besar. Sebagai contoh pada gambar
2.101adalah turbin gas yang biasa dipakai untuk penggerak generator lisitrik
kecil. Generator ini banyak dipakai untuk mengantisipasi beban puncak jaringan,
sehingga fungsinya dapat menggantikan kalau terjadi pemadaman listrik.
Gedung-gedung perkantoran, rumah sakit, universitas, perusahaan dan lainnya,
banyak yang menggunakan generator jenis ini. Dibandingkan dengan  
127


penggunaan generator penggerak disel, dengan penggerak turbin gas ukurannya
menjadi lebih kecil, sehingga dapat menghemat tempat dan mudah dipindahkan.
Pesawat terbang memerlukan mesin dengan persyaratan yang spesifik yaitu
mesin dengan daya besar untuk daya dorong, tetapi ringan dan dari segi ukuran
harus kecil. Dengan alasan tersebut, penggunaan turbin gas pada pesawat
terbang menjadi pilihan yang tepat, dan tidak dapat digantikan jenis mesin lain.
Pada industri dan pembangkitan listrik turbin gas sangat menguntungkan karena
mesin mudah diinstal,  operasinya tidak ruwet, dan tidak memerlukan ruangan
yang besar.

2.  Sejarah Perkembangan
Pengembangan turbin gas sebagai salah satu mesin penggerak sudah
menghabiskan waktu yang lama sekali. Dimulai abad ke-19 Charles Curtis
mengajukan paten untuk turbin gas yaitu pada tanggal 24 Juni 1985. Kemudian
pada tahun 1903 Aegedius Elling berhasil membuat mesin turbin gas dengan
daya 11 HP. Pada tahun 1939 perusahaan Swiss, Brown Boverei Company
berhasil membuat turbin gas untuk pembangkit tenaga dengan daya 4.000 kW.
Untuk industri pesawat terbang mulai dikembangkan pada tahun 1930-an. Hans
von Ohains (Jerman) berhasil menjalankan turbin gasnya pada bulan maret
1937.Frank Whittles pada april 1937 juga berhasil menjalankan mesin turbin
gasnya.
Pesawat terbang pertama yang terbang dengan mesin turbin gas adalah mesin jet
Jerman pada 27 agustus 1939, sedangkan Inggris tahun 1941. Penggunaan turbin
gas untuk lokomotif pertama kali tahun 1941 di Swiss, dan untuk mesin mobil
tahun 1950 di Inggris. Pengembangan terus dilanjutkan sampai ke era modern,
mesin-mesin jet tempur canggih sudah berhasil diciptakan. Efisiensi juga terus
diperbaiki sehingga turbin gas masa kini menjadi salah satu pilihan utama
sebagai mesin penggerak. 
128


Gambar 2.102 Pesawat terbang pendahulu dengan turbin gas

Gambar 2.103 Perkembangan turbin gas menjadi mesin modern




 
129


3.  Dasar Kerja Turbin Gas
Pada gambar 16.5 adalah salah satu mesin turbin gas pesawat terbang, adapun
cara kerjanya adalah sebagai berikut. Motor starter dinyalakan, kompresor
berputar dan mulai bekerja menghisap udara sekitar, udara kemudian
dimampatkan. Udara pada tahap pertama dimampatkan dahulu pada kompresor
tekanan rendah, diteruskan kompresor tekanan tinggi. Udara mampat
selanjutnya masuk ruang bakar, bercampur dengan bahan bakar yang sudah
disemprotkan. Campuran bahan bakar-udara mampat kemudian dinyalakan dan
terjadi proses pembakaran. Gas hasil proses pembakaran berekspansi pada
turbin, terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi putaran poros turbin,
sebagian gas pembakaran menjadi gaya dorong. Setelah memberikan sisa gaya
dorongnya, gas hasil pembakaran ke luar melalui saluaran buang. Dari proses
kerja turbin gas pesawat terbang tersebut, dihasilkan daya turbin yang digunakan
untuk menggerakan kompresor, menghasikan daya dorong, dan menggerakan
peralatan bantu lainnya.


Gambar 2.104  Turbin gas pesawat terbang 
130


Terlihat pada gambar disamping turbin gas dipasang pada sayap pesawat terbang
untuk menghasilkan daya dorong. Turbin gas harus ringan, daya besar dan
tingkat keberhasilan selama beroperasi harus 100%.
Turbin gas yang dipakai industri dapat dilihat pada gambar  2.87  dan cara
kerjanya sama dengan turbin gas pesawat terbang. Motor starter dinyalakan
untuk memutar kompresor, udara segar terhisap masuk dan dimampatkan.
Kemudian udara mampat dengan temperatur dan tekanan yang cukup tinggi
(2000C, 6 bar) mengalir masuk ruang bakar bercampur dengan bahan bakar.
Campuran udara mampat bahan-bakar kemudian dinyalakan dan terjadi proses
pembakaran, temperatur gas pembakaran naik drastis. Gas pembakaran dengan
temperatur tinggi (6 bar, 7500C) berekspansi pada turbin, sehingga terjadi
perubahan energi, dari energi panas menjadi energi putaran poros turbin. Gas
pembakaran setelah berekspansi di turbin, lalu ke luar sebagai gas bekas.
Selanjutnya, turbin gas bekerja dengan putaran poros turbin, yaitu sebagai
sumber tenaga penggerak kompresor dan generator listrik.


 
131

Gambar 2.105 Turbin gas untuk industri (pembangkit listrik)

Dari uraian cara kerja turbin gas di atas, dapat disebutkan komponen-komponen
mesin turbin gas yang penting, yaitu kompresor, ruang bakar, dan turbin. Jadi,
daya yang dihasilkan turbin tidak hanya menggerakan beban, yaitu generator
listrik, tetapi juga harus menggerakan kompresor.

4.  Bahan Bakar Turbin Gas
Bahan bakar untuk turbin gas harus memenuhi persyaratan tertentu sebelum
digunakan pada proses pembakaran. Persyaratan tersebut yaitu bahan bakar
mempunyai kadar abu yang tidak tinggi. Dengan alasan, bahan bakar yang
mempunyai kadar abu yang tinggi,  pada proses pembakaran dihasilkan gas
pembakaran yang mengandung banyak partikel abu yang keras dan korosif. Gas
pembakaran dengan karakteristik tersebut, akan mengenai dan merusak sudu-
sudu turbin pada waktu proses ekspansi pada temperatur tinggi.
Dengan  persyaratan tersebut di atas, bahan bakar yang memenuhi persyaratan
adalah bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar cair dan gas cenderung
mempunyai kadar abu yang rendah jika dibandingkan dengan bahan bakar padat,
sehingga lebih aman digunakan sebagai bahan bakar turbin gas.
Bahan bakar yang digunakan turbin gas pesawat terbang, persyaratan yang haus
dipenui adalah lebih ketat, hal ini karena menyangkut faktor keamanan dan
keberhasilan selama turbin gas beroperasi. Adapun persyaratannya adalah :
Nilai kalor per satuan berat dari bahan bakar harus tinggi. Dengan jumlah bahan
bakar yang sedikit dan ringan dengan tetapi nilai kalornya tinggi sangat
menguntungkan karena mengurangi berat pesawat terbang secara keseluruhan.
Kemampuan menguap  (volatility)  dari bahan  bakar tidak terlalu tinggi, oleh
karena pada harga  volatility  yang tinggi bahan bakar akan mudah sekali
menguap, terutama pada ketinggian tertentu. Hal ini akan membahayakan karena
bahan bakar menjadi mudah terbakar. Disamping itu, saluran bahan bakar
mudah tersumbat karena uap bahan bakar.
Kemurnian dan kestabilan bahan bakar harus terjamin, yaitu bahan bakar tidak
mudah mengendap, tidak banyak mengandung zat-zat seperti air, debu, dan
belerang. Kandungan zat zat tersebut apabila terlalu banyak akan sangat  
132


membahayakan pada proses pembakaran. Khusus untuk belerang, zat ini akan
korosif sekali pada material sudu turbin.
Flash point dan titik nyala tidak terlalu rendah, sehingga penyimpanan lebih
aman.
Gradenya harus tinggi, bahan bakar harus mempunyai kualitas yang bagus, tidak
banyak mengandung unsur-unsur yang merugikan seperti dyes dan tretaetyl lead
Dengan karakteristik bahan bakar untuk turbin gas pesawat terbang seperti yang
disebutkan di atas, terlihat bahwa bahan bakar tersebut adalah bermutu tinggi,
untuk menjamin faktor keamanan yang tinggi pada operasi turbin gas selama
penerbangan. Kegagalan operasi berakibat sangat fatal yaitu turbin gas mati,
pesawat terbang kehilangan gaya dorong, kondisi ini dapat dipastikan pesawat
terbang akan jatuh.
Bahan bakar pesawat yang biasa digunakan adalah dari jenis gasolin dan kerosen
atau campuran keduanya, tentunya sudah dimurnikan dari unsur-unsur yang
merugikan. Sebagai contoh, standar yang dikeluarkan  American Society for
Tinting Material Spesification  (ASTM) seri D-1655, yaitu Jet A, Jet A1, Jet B.
Notasi A, A, dan B membedakan titik bekunya.

5.  Proses pembakaran
Pada gambar 2.106, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar, apabila
digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut:

Gambar 2.106 Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas

Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan pembakaran mesin
diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan konstan. Prosesnya adalah  
133


sebagai berikut, udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi
menjadi dua, yaitu udara primer yang masuk saluran primer, berada satu tempat
dengan nosel, dan udara mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang
bakar. Udara primer masuk ruang bakar melewati swirler, sehingga alirannya
berputar. Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke zona primer,
setelah keduanya bertemu, terjadi pencampuran. Aliran udara primer yang
berputar akan membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan campuran
lebih homogen, pembakaran lebih sempurna.
Udara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang pada selubung luar ruang
bakar akan membantu proses pembakaran pada zona sekunder. Jadi, zona
sekunder akan menyempurnakan pembakaran dari zona primer. Disamping
untuk membantu proses pembakaran pada zona sekunder, udara sekunder juga
membantu pendinginan ruang bakar. Ruang bakar harus didinginkan, karena dari
proses pembakaran dihasilkan temperatur yang tinggi yang merusak material
ruang bakar. Maka, dengan cara pendinginan udara sekunder, temperatur ruang
bakar menjadi terkontrol dan tidak melebihi dari yang diijinkan.
Pada gambar  2.106  di atas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran
(dillute zone), adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi
dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara pada sekunder pada zona itu
adalah mendinginkan gas pembakaran yang bertemperatur tinggi menjadi
temperatur yang aman apabila mengenai sudu-sudu turbin ketika gas
pembakaran berekspansi. Disamping itu, udara sekunder juga akan menambah
massa dari gas pembakaran sebelum masuk turbin, dengan massa yang lebih
besar energi potensial gas pembakaran juga bertambah. Apabila Wkinetik  adalah
energi kinetik gas pemabakaran dengan kecepatan V, massa sebelum ditambah
udara sekunder adalah m1 maka energi kinetiknya adalah sebagai berikut:

dengan penambahan massa dari udara sekunder  m2, maka energi kinetik
menjadi:
 
134


jadi dapat dilihat Wkinetik,2  ( dengan udara sekunder) lebih besar dari Wkinetik,1  (
tanpa udara sekunder).
Dari uraian di atas, terlihat proses pembakaran  pada turbin gas memerlukan
udara yang berlebih, biasanya sampai 30% dari kondisi normal untuk proses
pembakaran dengan jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan berkebalikan,
apabila udara pembakaran terlalu berlimpah (lebih 30%), udara justru akan
mendinginkan proses pembakaran dan mati, karena panas banyak terbuang ke
luar melalui gas bekas yang bercampur udara dingin sekunder. Dengan
pemikiran yang sama, apabila jumlah udara kurang dari normal, yaitu terjadi
overheating, material ruang bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui
kekuatannya dan ruang bakar dapat pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti
bekerja atau proses pembakaran terhenti.

6.  Klasifikasi Turbin Gas
Ada banyak tipe turbin gas, tetapi dengan prinsip kerja yang sama, yaitu
mengikuti  siklus Bryton. Siklus tersebut adalah siklus dasar yang menjadi
patokan dalam perancangan turbin gas . Secara teoritis kelihatan tidak ada
kesulitan, tetapi pada kenyataannya, pembuatan turbin gas menemui banyak
kesukaran, terutama yang berhubungan dengan efisiensi pemakaian bahan bakar
dan ketersedian material yang bekerja pada temperatur tinggi. Dengan berbagai
alasan dan tujuan, banyak tipe turbin gas yang dikembangkan. Adapun beberapa
alasan tersebut adalah :
Pemakaian bahan bakar harus lebih bervariasi tidak hanya untuk bahan bakar
cair dan gas saja atau untuk mencegah singgungan fluida kerja dengan
lingkungan, khususnya untuk bahan bakar nuklir. Untuk keperluan tersebut,
dibuat turbin gas terbuka dan tertutup atau turbin gas langsung dan tidak
langsung
Pemakaian turbin gas yang semakin meluas, disamping sebagai pembangkit
daya dorong dan pembangkit listrik, turbin gas sekarang banyak digunakan
untuk pengerak mula, contohnya penggerak pompa dan kompresor pada
industri-industri atau pusat pembangkit tenaga (power plant). Untuk keperluan
tersebu, dibuat turbin gas dengan model satu poros dan dua poros 
135


7.1 Turbin Gas Sistem Terbuka ( langsung dan tidak langsung)
Pada sistem turbin gas terbuka langsung [gambar 17.2], fluida kerja akan ke luar
masuk sistem yaitu udara lingkungan masuk kompresor dan gas bekas ke luar
turbin ke lingkungan.

Gambar 2.107 Bagan kerja turbin gas sistem terbuka langsung

Ruang bakar menjadi satu dengan sistem turbin gas dan bahan bakar yang
digunakan terbatas yaitu hanya bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar tersebut
sebelum digunakan sudah dimurnikan, sehingga tidak mengandung unsur unsur
yang merugikan.
Permasalahan turbin gas sistem terbuka terfokus pada proses pendinginan ruang
bakar dan sudu-sudu turbin. Disamping itu, karena gas  pembakaran langsung
besinggungan dengan material turbin, permasalahan korosi dan abarasi pada
sudu turbin, menjadi sangat penting, jika hal ini diabaikan akan berakibat fatal
dan sangat merugikan, yaitu sudu-sudu turbin dapat bengkok atau patah. Kalau
hal  tersebut terjadi, daya turbin menurun, dan secara keseluruah efisien kerja
menjadi rendah.
Turbin gas sistem terbuka banyak dipakai untuk mesin pesawat terbang, karena
bentuknya lebih simpel, ringan dan tidak banyak memakan tempat, hal ini cocok
dengan pesyaratan turbin gas untuk pesawat terbang.
Bahan bakar padat tidak disarankan untuk digunakan pada sistem turbin gas
terbuka langsung, karena hasil pembakaran banyak mengandung partikel yang
bersifat korosi terhadap material turbin, yang dapat merusak sudu  turbin.
Kendala tersebut dapat di atasi dengan memisahkan ruang bakar dengan saluran 
136

fluida kerja, dengan kata lain, fluida kerja masuk turbin dikondisikan tidak
mengandung gas hasil pembakaran. Untuk keperluan tersebut, dibuat turbin gas
sistem terbuka tak langsung. Dengan sistem ini, proses pembakaran berlangsung
sendiri di dalam ruang bakar yang terpisah dengan saluran fluida kerja yang
akan masuk turbin. Energi panas dari porses pembakaran akan ditransfer ke
fluida kerja secara langsung atau menggunakan alat penukar kalor.
Model transfer energi panas dari ruang bakar ke fluida kerja secara lansung
adalah sebagai berikut. Pipa pipa yang berisi fluida kerja udara mampat dari
kompresor dilewatkan ke ruang bakar atau dapur. Panas dari proses pembakaran
ditransfer secara langsung ke fluida kerja di dalam pipa pipa, temperatur fluida
akan naik sampai nilai tertentu sebelum masuk turbin.
Untuk model transfer panas dengan penukar kalor, banyak diaplikasikan pada
turbin gas berbahan bakar nuklir. Ruang bakar berbahan bakar nuklir sering
disebut dengan reaktor. Di dalam reaktor nuklir terjadi reaksi fusi yang
menghasilkan panas yang tinggi, panas yang tinggi tersebut ditransfer ke fluida
yang sekaligus berfungsi sebagai pendingin reaktor, fluida tersebut sering
diistilahkan sebagai fluida primer. Kemudian, fluida primer bersuhu tinggi
dialirkan ke alat penukar kalor. Di dalam alat penukar kalor terdapat pipa-pipa
berisi fluida kerja bersuhu rendah, untuk fluida ini sering disebut sebagai fluida
sekunder. Dengan kondisi tersebut, terjadi tranfer panas dari fluida primer
bersuhu tinggi ke fluida sekunder bersuhu rendah.
Pada gambar 17.3, adalah contoh skema untuk turbin gas sistem terbuka. Dapat
dilihat fluida kerja yang dipakai adalah udara. Udara masuk kompresor, dan ke
luar sebagai udara mampat pada titik 2. Udara bertekanan tinggi tersebut masuk
ruang bakar dan menyerap panas dari proses pembakaran, lalu ke luar ruang
bakar dengan temperatur tinggi pada titik 3. Selanjutnya, fluida kerja masuk
turbin dan berekspansi  untuk memberikan energinya ke sudu-sudu turbin.
Terjadi perubahan energi, dari energi panas fluida kerja menjadi putaran poros
turbin. Sesudah berekspansi pada turbin, fluida kerja lalu ke luar turbin dengan
temperatur relatif rendah ke lingkungan. 
137


Gambar 2.108 Bagan kerja turbin gas sistem terbuka tak langsung

Pada gambar  2.108  adalah contoh sistem turbin gas tak langsung dengan
penukar kalor. Dapat dilihat, fluida kerja (fluida sekunder) yang dipakai adalah
udara. Udara masuk kompresor dan ke luar sebagai udara mampat pada titik 2.
Udara bertekanan tinggi tersebut, masuk penukar kalor dan menyerap panas dari
sumber panas. Sumber panas tersebut adalah fluida primer bertemperatur tinggi
yang mengalir dari reaktor. Fluida primer ini, sebagai pembawa energi panas
dari proses pembakaran bahan bakar nuklir, yang biasa digunakan adalah air
atau gas helium. Proses selanjutnya adalah sama dengan skema gambar 17.4 
138


Gambar 2.109 Bagan kerja turbin gas sistem terbuka tak langsung

7.2 Turbin gas sistem tertutup ( langsung dan tidak langsung) 
Sistem turbin gas tertutup langsung banyak digunakan untuk aplikasi tubin gas
dengan bahan bakar nuklir [gambar  2.110]. Fluida kerja yang paling cocok
adalah helium. Proses kerja dari sistem tersebut adalah sebagai berikut. Helium
tekanan tinggi dari kompresor dimasukan reaktor untuk dipanasi dan sekaligus
untuk pendinginan reaktor. Setelah itu, helium berekspansi diturbin dengan
melepaskan sebagian besar energinya. Energi tersebut diubah pada sudu-sudu
turbin menjadi putaran poros  turbin dan langsung menggerakan kompresor
ataupun beban lainnya. Helium ke luar turbin, tekanannya sudah menurun, tetapi
masih bertemperatur tinggi. Helium bertemperatur tinggi harus didinginkan
sebelum masuk kompresor, untuk keperluan tersebut, dipasang  penukar kalor.
Selanjutnya, helium dingin masuk kompresor lagi untuk dikompresi lagi.
 
139


Gambar 2.110Bagan kerja turbin gas sistem tertutup langsung

Gambar 2.111 Bagan kerja turbin gas sistem tertutup tak langsung

 
140


Pada gambar  2.111  adalah sistem turbin gas tertutup tak langsung, sistem ini
adalah sistem gabungan antara sistem tertutup dan sistem tak langsung. Fluida
kerja primer menyerap panas dari ruang bakar atau reaktor kemudian dialirkan
ke penukar kalor, kemudian diserap oleh fluida sekunder. Langkah selanjutnya,
prosesnya sama dengan gambar 2.110.

7.3 Turbin Gas Dua Poros Terpisah
Pada pusat pembangkit daya (power plant) yang menggunakan turbin gas
sebagai tenaga gerak, putaran poros turbin harus tetap tidak bervariasi [gambar
17.2]. Hal ini berkaitan dengan pembangkitan energi listrik pada generator yang
harus stabil, sehingga energi listrik yang dihasilkan stabil dengan frekuensi (Hz)
yang tetap. Untuk menangani beban pada putaran yang tetap, biasanya turbin gas
yang dipakai hanya menggunakan satu poros saja.

Gambar 2.112 Turbin gas industri dengan dua poros dan dua turbin
Berbeda dengan aplikasi turbin gas pada pembangkit listrik yang menggunakan
satu poros, turbin gas yang dipakai untuk industri khususnya sebagai penggerak
kompresor dan pompa, banyak menggunakan sistem dua poros [gambar 2.112].
Alasan yang mendasari adalah kompresor dan pompa bekerja pada putaran yang
berubah-ubah, dengan tujuan merespon perubahan kapasitas aliran. Untuk itu,
turbin gas harus dapat bekerja pada  putaran yang bervariasi, sehingga dapat
digunakan sebagai penggerak pompa atau kompresor pada putaran yang  
141


bervariasi. Poros pertama terdiri dari kompresor dan turbin tekanan tinggi (gas
generator), dan yang kedua terdiri dari turbin tekanan rendah untuk putaran
poros yang terhubung dengan beban yaitu pompa atau kompresor.

7.4 Turbin gas dua poros terpusat
Pada gambar  2.113  di atas adalah sebuah bagan turbin gas dengan dua poros.
Turbin gas jenis ini banyak dipakai pada turbin gas pesawat terbang dengan fan
(TURBOFAN). Udara dimampatkan tiga kali yaitu di fan, kompresor tekanan
rendah dan kompresor tekanan tinggi. Untuk fan dan kompresor tekanan rendah
digerakan oleh turbin tekanan rendah dengan poros di dalam anulus poros
pertama.

Gambar 2.113 Turbin gas pesawat terbang dengan dua poros terpusat

Sedangkan kompresor tekanan tinggi digerakan turbin tekanan tinggi. Pengatur
poros dengan tugasnya masing-masing bertujuan untuk memperoleh tingkat
putaran yang berbeda antara bagian penggerak kompresor tekana tinggi dengan
penghasil gaya dorong yaitu fan. Turbin gas ini digunakan untuk menghasilkan
gaya dorong yang besar pada pesawat terbang.
Klasifikasi turbin gas yang sudah diuraikan di atas adalah turbin gas standar
tanpa ada modifikasi dengan kinerja yang minimal. Ada beberapa metode untuk
memperbaiki kinerja dari tubin gas, yaitu dengan melihat beberapa
kemungkinan-kemungkinan, dari segi konstruksinya maupun dari segi proses  
142


kerjanya. Sebagai contoh, yaitu penambahan alat untuk memanfaatkan
temperatur gas  buang dari turbin yang masih tinggi. Untuk memahami kinerja
dari turbin gas secara kwantitatif dapat menggunkan konsep dasar, yaitu konsep
efisiensi.

8.  Konstruksi Turbin Gas
Turbin gas terdiri dari komponen-komponen yang saling berhubungan satu dan
lainya.  Komponen-kompenen utama turbin gas adalah kompresor, ruang
bakar,dan turbin. Kompresor dan turbin mempunyai rotor yang sama, rotor
tersebut ditahan dengan dua bantalan radial dan satu bantalan aksial. Rumah
mesin bagian luar umumnya terdiri dari bagian tengah, rumah bagian udara
masuk dan rumah bagian gas bekas ke luar satu sama lainnya dihubungkan
dengan kuat [gambar 18.1, 18.2, dan 18.3].
Untuk turbin gas yang dipakai pada pesawat terbang, konstruksinya lebih
simpel, antara komponen yang satu dengan yang  lainnya tidak terpisah. Ukuran
komponen-komponen turbin gas pesawat lebih kecil apabila dibandingkan
dengan turbin gas untuk industri.

Gambar 2.114 Turbin gas dan komponen-komponennya 
143


Gambar 2.115 Turbin gas dan komponen-komponennya

Rumah mesin tersebut dipisahkan aksial di bagian tengah setinggi tengah tengah
poros. Rumah bagian luar terdiri dari selubung luar dan selubung dalam,
diantara selubung tersebut terdapat gas bekas yang dialirkan lewat cerobong.
Sudu pengarah kompresor dan turbin ditempatkan di dalam beberapa penyangga
sudu pengarah, dan ditumpu dengan sistem elastis terhadap panas di dalam
rumah mesin bagian luar.
Saluran udara, dimana pada bagian ini udara dihisap kompresor, mempunyai
pelat pengarah, yang berfungsi juga untuk memperkuat luasan samping yang
besar. Udara kompresor dapat dilewatkan samping atau atas [gambar 18.3].
Sebelum masuk kompresor, udara tersebut melalui saringan dan peredam suara. 
144




Gambar 2.116 Turbin gas mini dan komponen-komponennya 
145


Gambar 2.117 Pusat pembangkit tenaga gabungan
 
146


8.1 Rotor
Rotor konstruksinya terdiri dari beberapa piringan tersendiri yang dilengkapi
sudu, dan dengan kedua ujungnya serta bagian tengahnya dilengkapi dengan
jangka tarik. Bagian-  bagian tersebut satu sama lain saling memagang dengan
sistem Hirth berkerat-kerat seperti gergaji. Rotor menjadi ringan dan
mempunyai kecepatan kritis yang lebih besar dari kecepata putar turbin.
Bagain-bagian rotor dan sudu-sudu didinginkan dari dalam Udara dimasukan ke
dalam rotor melalu lubang yang terletak dibagian belakang tingkat terakhir dari
kompresor, kemudian udara tersebut dibagi untuk dialirkan ke ruang diatara
piringan-piringan roda, selanjutnya dialirkan melalui kaki sudu dan kemudian
bercampur dengan fluida kerja. Rotor akan mengalami gaya geser aksial, tetapi
gaya geser tersebut saling berlawanan arah, kompresor kekiri dan turbin
kekanan. Gaya geser tersebut diseimbangkan dengan membuat sudu-sudu yang
disesuaikan.
Kaki sudu pengarah dari kompresor dibuat berbentuk ekor layanglayang dan
ditempatkan di dalam cincin pembagi. Gaya geser aksial yang terdapat pada
penyangga sudu pengarah kompresor diterima oleh ketinggian cakar dari lis
pembagi. Di antara tiga bagian penyangga sudu pengarah kompresor, kadang-
kadang terdapat celah berbentuk cincin yang  besar. Maksudnya, supaya udara
tekan dapat dike luarkan melalui celah tersebut., sehingga pada saat kompresor
berjalan terus dan kondisi sampai dibatas pemompaan, jalannya kompresor tetap
tenang.
Penyangga sudu pengarah turbin dibuat sedemikain rupa, sehingga seluruh
bagian tengah dari rumah bagian luar dapat diisi udara tekan dengan tekanan dan
temperatur yang tertentu. Gas panas yang mengalir di dalam turbin dapat
mengakibatkan rumah turbin ikut menjadi panas, sehingga di sekelilingi rumah
turbin diberi pelindung supaya panas jangan memancar ke luar, karena meskipun
panas ke luar dari sudu turbin di sudu pengarah sudah didinginkan dan juga
sudah ditahan oleh sudu pengarah, temperaturnya udara tersebut akan naik dan
rumah turbin bagian luar juga ikut menjadi panas. 
147


Gambar 2.118 Rotor Turbin gas
8.2 Ruang Bakar
Ruang bakar turbin gas ditempatkan disamping rumah turbin, dengan maksud
saluran udara dari kompresor dan gas pembakaran menjadi pendek sehingga
kerugian aliran kecil. Saluran gas panas ditempat di dalam  saluran udara
kompresor sehingga tidak membutuhkan isolasi panas yang khusus.

Gambar 2.119 Ruang bakar turbin gas

Gambar 2.120 Ruang bakar turbin gas 
148


Untuk menghindari gumpalan-gumpalan gas panas karena tidak bercampur
dengan udara segar, saluran gas  dibuat dibelokan 90o dua kali sehingga gas
panas dan udara bercampur dengan baik, sebelum masuk turbin.
Pengaturan kecepatan udara dari kompresor juga penting, kecepatan udara yang
rendah akan mengakibatkan api akan merambat kearah kompresor dan
sebaliknya api akan ke luar dari ruang bakar yang mengakibatkan ruang bakar
menjadi dingin dan api dapat mati.
Ruang bakar turbin gas pesawat terbang konstruksinya dapat dilihat pada 20.8.
Ruang bakar harus menghemat ruang dan dipasang disekeliling sumbu tengah.
Ruang bakar dengan pipa api di dalamnya masing-masing berdiri sendiri
sehingga apabila salah satu ruang bakar mati yang lainnya tidak terpengaruh.
Dibagian luar ruang bakar terdapat lubang udara primer dan sekunder, nosel
bahan-bakar dan penyalanya dan juga terdapat lubang- lubang pendingin. Disini
udara pendingin sangat penting untuk menjaga ruang bakar dari temperatur yang
terlampau tinggi sehingga gas pembakaran yang mengalir ke turbin juga tidak
terlalu tinggi.

Gambar 2.121 Ruang bakar turbin gas pesawat terbang

Ruang bakar untuk industri dibuat terpisah dan besarnya disesuaikan dengan
daya turbin gas yang akan dihasilkan. Gambar 2.122 adalah ruang bakar untuk
industri. Ruang bakar dipasang tegak, dan dibagian atas terdapat 3 buah burner. 
149

Dibagian dalam terdapat tabung api yang dilindungi oleh lapisan keramik tahan
panas.

Gambar 2.122 Ruang bakar turbin gas pindustri
8.3 Kompresor
Udara dari luar ditekan dan dihisap oleh kompresor. Ada beberapa macam
kompresor yang biasa digunakan turbin gas sebagai contoh yang umum dipakai
adalah kompresor radial atau aksial. Kompresor radial biasanya ringan,
konstruksinya lebih sederhana dan secara ekonomis lebih murah [gambar 2.123]
Biasanya hanya satu tingkat untuk tekanan kompresi rendah sampai sedang.
Komponennya impeler, difuser, poros dan manifold udara ke luar. Untuk yang
axial biasanya bertingkat dan beroperasi pada tekanan kompresi tinggi, karena
bertingkat menjadi berat dan mahal [gambar 2.124].
 
150



Gambar 2.123 Kompresor tubin axial


Gambar 2.124 Kompresor radial dengan diffuser 
151


8.4 Turbin
Proses ekspansi gas pembakaran pada turbin gas terjadi pada turbin, karena
proses tersebut, terjadi perubahan energi kinetik gas pembakaran menjadi energi
mekanik poros turbin, energi ini akan menggerakan kompresor dan peralatan
lainnya. Pada gambar  2.114adalah contoh konstruksi dari turbin. Aliran gas
turbin dirancang aliran axial. Pada turbin pesawat terbang gas sisa masih dapat
digunakan untuk daya dorong. Bagian dari turbin yang penting adalah stator dan
rotor.
Pada gambar 2.125 terlihat konstruksi dari satator. Stator adalah sudu tetap pada
rumah turbin dan berfungsi sebagi nosel pengarah gas pembakaran berkecepatan
tinggi ke sudu begerak. Sedangkan rotor terdiri dari sudu begerak yang
terpasang pada poros turbin [gambar 18.5]. Rotor turbin bekerja pada temperatur
gas pembakaran yang tinggi maka perlu pendinginan, sehingga tidak terjadi
kerusakan material turbin.

Gambar 2.125 Bentuk dari sudu jalan turbin


 
152

8.5 Aplikasi Turbin Gas
Instalasi turbin gas dapat dibedakan antara  turbin yang tetap tidak dipindah-
pindahkan dan turbin yang dipakai untuk menggerakan pesawat terbang atau
automobil. Instalasi turbin gas tetap tidak dapat dioindahpindahkan adalah
instalasi yang dipakai untuk memutar generator listrik dan untuk menggerakan
kompresor dan juga yang dikapal-kapal, karena turbin gas ini harus dapat bekeja
dalam jangka waktu yang panjang.

Gambar 2.126 Bentuk dari sudu jalan turbin
Jadi turbin harus dibuat untuk mengatasi beban yang tinggi. Sebagai conto untuk
daya berguna sebesar 100 MW berarti daya turbin adalah sekitar 300 MW dan
beroperasi pada temperatur 850 sampai 950.
Pada gambar  2.126  terlihat turbin gas yang dipakai untuk pembangkit listrik
dengan daya dari 30 MW sampai 60 MW dan beroperai selama 300 jam/tahun.
Data data pokok turbin ini adalah sebagi berikut ; daya P = 60/80 MW; putaran n
= 3000 rpm; kapasitas udara Qudara  = 350 kg/detik; temperatur Tmax  = 870o
;
perbandingan kompresi r = 9,5; temperatur gas bekas T = 415 dan rendemen
total 28%.
Kompresor terdiri dari 15 tingkat dengan kecepatan keliling 320 m/s dan
panjang sudu tingkat pertama L = 320 mm. Pada insatalasi turbin gas yang
besar, untuk memudahkan stert pada kompresor dipasang katup yang gunanya
mencegah pemompaan, sehingga udara dengan tekanan  yang berbeda beda akan
dike luarkan melalui katup tersebut. Udara dari kompresor dialirkan ke ruang 
153

bakar dengan melalui tabung yang berbentuk seperti diffuser yang terdapat
dalam saluran kosentris. disamping turbin terdapat ruang bakar yang dilengkapi
dengan pembakar yang dalam operasinya dapat menggunakan minyak bakar
atau gas bumi, dimana waktu bekerja pergantian bahan bakar dapat dilakukan
dengan tanpa ada perubahan daya atau beban, jadi pada waktu bekerja meskipun
bahan-bakarnya diganti daya turbin tetap konstan.
Turbin gas ini mempunyai udara pendingin yang masuk dari dua arah. Udara
yang kompresor mengalir masuk ke dalam poros bagian tengah melalui lubanh
dan saluran-saluran udara tersebut mengalir ke permukaan rotor dan ke kaki
sudu. Pada waktu start celah katup pada kompresor bekerja untuk membuang
tekanan berlebih sehingga startnya ringan. Dalam waktu lima menit putaran
turbin sudah mencapai kecepatan kerjanya yaitu 3000 rpm. Setelah sembilan
menit generator mulai dihubungkan dengan jala-jala listrik dan mulai menerima
beban.
Pada gambar di atas adalah contoh penggunaan turbin gas pada pembangkit
tenaga listrik. Untuk meningkatkan efisiensi, disamping menggunakan turbin
gas, pembangkit tenaga di atas juga menggunakan turbin uap, sehingga sering
dinamakan pembangkit tenaga gabungan. Kerja dari pembangkit ini adalah
dengan memanfaatkan kembali gas buang dari turbin gas yang masih bersuhu
tinggi untuk pembangkitan uap di boiler uap.

c.  Rangkuman
  Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya
seperti motor yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan
dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk
proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar, energi
panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik
pada poros, sisa gas pembakaran yang keluar turbin menjadi energi dorong
(turbin gas pesawat terbang).
  Persamaan turbin gas dengan motor bakar adalah pada proses
pembakarannya yang terjadi di dalam mesin itu sendiri, disamping itu proses
kerjanya adalah sama yaitu hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan
buang. 
154

  Turbin gas banyak digunakan untuk mesin propulsi atau jet, mesin otomotif,
tenaga pembangkit listrik atau penggerak peralatanperalatan industri seperti
penggerak kompresor atau pompa. Daya yang dihasilkan turbin gas mulai
dari 250000 HP untuk pembangkit listrik sampai 5 HP pada  turbocharger
pada mesin motor
  Persyaratan bahan-bakar untuk turbn gas :
  Nilai kalor persatuan berat dari bahan bakar harus tinggi, dengan alasan,
dengan jumlah bahan bakar yang sedkit dan ringan dengan nilai kalor yang
tinggi adalah akan sangat menguntungkan, karena mengurangi berat pesawat
terbang secara keseluruhan 
  Kemampuan menguap (volatility) dari bahan bakar tidak terlalu tinggi, oleh
karena pada  harga volatility yang tinggi bahan bakar akan mudah sekali
menguap, terutama pada ketinggian tertentu, hal ini akan membahayakan,
karena bahan bakar menjadi mudah terbakar Disamping itu, saluran bahan
bakar mudah tersumbat karena uap bahan bakar.
  Bahan bakar pesawat yang biasa digunakan adalah dari jenis gasolin dan
kerosen atau campuran keduanya, tentunya sudah dimurnikan dari unsur-
unsur yang merugikan. Sebagai contoh, standar yang dikeluarkan American
Society for Tinting Material Spesification (ASTM) seri D-1655, yaitu Jet A,
Jet A1, Jet B. Notasi A, A, dan B membedakan titik bekunya.











 
155

d.  Tugas 
Soal :
1.  Jelaskan prinsip kerja dari turin gas . . . . ?
2.  Jelaskan   komponen-komponen utama dari turbin gas ! Kemudian jelaskan
fungsi dari masing-masing komponen !
3.  Jelaskan persamaan dan perbedaan antara motor bakar dan turbin gas
4.  Jelaskan keuntungan dari pemakaian turbin gas sebagai penggerak pesawat
terbang ?
5.  Mengapa motor bakar untuk saat ini tidak dipakai sebagi penggerak turbin
gas.
6.  Jelaskan macam-macam turbin gas ?
7.  Jelaskan persyaratan yang harus ada pada bahan bakar untuk turbin gas?


















 
156

6.  Kegiatan Belajar 6 : Pengetahuan Dasar Generator Listrik
a.  Tujuan Pembelajaran :
Setelah mempelajari secara keseluruhan materi kegiatan belajar dalam modul ini
peserta diklat diharapkan mampu :
1)  Menjelaskan prinsip kerja generator listrik dengan benar
2)  Menjelaskan hukum lenz terkait dengan medan maknit dengan benar
3)  Menjelaskan prinsip pembangkitan listrrik AC dengan benar

b.  Uraian materi 
1.  Prinsip Kerja Generator
Generator merupakan sebuah perangkat yang mengubah energi mekanis menjadi
energi listrik. Generator digunakan di bidang yang  sangat luas: di bandar udara,
di rumah sakit, di transportasi, komputer, di bidang konstruksi, proses industri,
dan lainnya. Pada dasarnya terdapat dua macam generator, yaitu generator AC
dan DC. Karena generator AC menghasilkan arus AC, maka sering juga disebut
sebagai alternator. Generator DC menghasilkan arus DC.
Tidak ada perbedaan kunstruksi antara motor DC dengan generator DC.
Perbedaannya hanya pada pemakaiannya. Sebuah mesin DC bila diputar dengan
penggerak mula dapat   membangkitkan ggl dan mensuplai arus kepada
rangkaian luar. Mesin yang sama bila  dihubungkan dengan sumber tegangan
yang sesuai, dapat digunakan  sebagai motor. Kerja motor terjadi apabila
sebatang penghantar yang dialiri arus ditempatkan di dalam medan magnit. Gaya
yang terjadi akan menghasilkan torsi atau menyebabkan timbulnya putaran bila
penghantar tersebut bebas berputar.
Prinsip kerja generator dikenalkan  Michael Faraday 1832, sebuah kawat
penghantar digantung dua ujungnya ditempatkan diantara kutub magnet
permanen utara-selatan  gambar-2.127.  Antara kutub utara dan selatan terjadi
garis medan magnet Ф. 
157


Gambar 2.127 : Prinsip generator
Kawat penghantar digerakkan dengan arah panah, maka terjadi dikedua ujung
kawat terukur tegangan induksi oleh Voltmeter.

Besarnya tegangan induksi tergantung oleh beberapa faktor, diantaranya :
kecepatan menggerakkan kawat penghantar, jumlah penghantar,  kerapatan
medan magnet permanen B.
U = B.L.v.Z Volt
U Tegangan induksi
B Kerapatan medan magnet (Tesla)
L Panjang penghantar (meter)
v Kecepatan gerakan (m/det)
z Jumlah penghantar
Terjadinya tegangan induksi dalam kawat penghantar pada prinsip generator
terjadi  gambar-2.128, oleh beberapa komponen. Pertama adanya garis medan
magnet yang memotong kawat penghantar sebesar  B. Kedua ketika kawat
penghantar digerakkan dengan kecepatan  v  pada penghantar terjadi aliran
elektron yang bergerak dan menimbulkan gaya gerak listrik (U). Ketiga panjang
kawat penghantar L  juga menentukan besarnya tegangan induksi karena makin
banyak elektron yang terpotong oleh garis medan magnet 
158

. 
Gambar 2.128 : Prinsip hukum Lorentz

Pada generator, gaya diberikan pada poros untuk memutarkan jangkar.
Sedangkan pada  motor, gaya dihasilkan bila penghantar yang dialiri arus
listrikditempatkan di dalam medan magnit.
Motor menghasilkan torsi sebagai akibat adanya  interaksi antara medan magnit
yang  ditimbulkan oleh  arus jangkar dengan medan magnit dari kutub-kutub
magnit. Untuk motordalam prakteknya, secara umum besarnya torsi berbanding
lurus dengan fluksi medan danarus jangkar. Kecuali pada motor seri.
Hubungan yang ada antara arus pada penghantar, medan magnit dan arah gaya
ditentukan oleh peraturan tangan kiri Flemming.Prinsip tangan kanan Flemming
menjelaskan terjadinya tegangan pada generator listrik. Sepasang magnet
permanen menghasilkan garis medan magnet Ф  gambar-2.129, memotong
sepanjang kawat penghantar menembus telapak tangan.
 
159

Gambar 2.129 : Interaksi elektromagnetik

Kawat penghantar digerakkan kearah ibu jari dengan kecepatan v. Maka pada
kawat penghantar timbul arus listrik I yang mengalir searah dengan arah
keempat jari. Apa yang akan terjadi bila posisi magnet permanen utara-selatan
dibalikkan, kemana arah arus yang dibangkitkan ? Untuk menjawabnya
peragakan dengan tangan kanan anda danjelaskan dengan jelas dan sistematis.
Hukum Lenz, menyatakan  penghantar yang dialiri arus maka sekitar
penghantar akan  timbul medan elektromagnet.  Ketika kawat penghantar
digerakkan kecepatan v dan penghantar melewatkan arus kearah kita (tanda
titik) sekitar penghantar timbul elektromagnet kearah kiri gambar-2.130a.
Akibat interaksi medan magnet permanen dengan medan elektromagnet terjadi
gaya lawan sebesar F yang arahnya berlawanan dengan arah kecepatan v kawat
penghantar gambar-2.130b.


Gambar 2.130 : Interaksi elektromagnetik
Contoh :
Model generator DC memiliki kerapatan fluk magnet sebesar 0,8 Tesla, panjang
efektif dari penghantar 250 mm, digerakkan dengan kecepatan 12m/detik.
Hitung besarnya tegangan induksi yang dihasilkan.
Jawaban :
U = B.L.v.Z Volt
= 0,8 Tesla. 250.10-3meter. 12 m/det = 240 Volt
 
160

2. Konstruksi Generator DC
Pada umumnya generator dibuat dengan menggunakan magnet permanen
dengan 4-kutub rotor, regulator tegangan digital, proteksi  terhadap beban lebih,
startor eksitasi, penyearah, bearing dan rumah generator atau casis, serta bagian
rotor. Gambar 4.7 menunjukkan  gambar potongan melintang konstruksi
generator DC Generator DC terdiri dua bagian, yaitu stator, yaitu bagian mesin
DC yang diam, dan bagian rotor, yaitu bagian mesin DC yang berputar. Bagian
stator  terdiri atas : rangka motor, belitan stator, sikat arang, beraing, terminal
box. Bagian rotor terdiri : komutator, belitan rotor, kipas rotor, poros rotor.

Gambar 2.130 : Konstruksi Generator DC

Komutasi
Tegangan yang dibangkitkan pada penghantar jangkar generator DC adalah ggl
arus  bolak-balik. Arus jangkarnya juga adalah arus bolak-balik dan harus
didibalik untuk mempertahankan output yang searah untuk dihubungkan dengan
beban. Pembalikan arah  arus jangkar ini disebut “komutasi”. Lamel-lamel
komutator dan sikat-sikat merupakan bagian yang berpengaruh pada komutasi.
Komutasi yang baik ( tanpa buanga api ).
Pemilihan bahan untuk sikat dan penempatan  sikat-sikat pada komutator
terhadap medan magnit dan garis netral axis akan memperkecil dan mungkin
menghapuskan, bunga api  komutator. Faktor lainnya seperti induktansi
kumparan, kekurangan tegangan pada satu  kumparan dan lebar sikat
memberikan pengaruh pada komutasi. 
161

Bagian yang harus menjadi perhatian untuk perawatan secara rutin adalah sikat
arang yang akan memendek dan harus diganti secara periodik. Komutator harus
dibersihkan dari kotoran sisa sikat arang yang menempel dan serbuk arang yang
mengisi  celah-celah komutator,  gunakan amplas halus  untuk membersihkan
noda bekas sikat arang.

Kutub bantu
Dimana keadaan beban yang berubah-ubah, arus jangkar ber-  variasi
menyebabkan distorsi medan magnit dan perubahan garis netral medan utama.
Kejadian ini dikenal sebagai reaksi jangkar. Hal ini menyebabkan timbulnya
bunga api  pada komutator yang tidak dapat diatasi dengan pergerakan fisik
posisi sikat-sikat. Kutub  bantu digunakan dalam keadaan ini untuk
mempertahankan secara efektif posisi garis  netral dan dengan menganggap
posisi sikat tetap.


Gambar 2.131. Pengaruh medan jangkar terhadap medan utama

Lilitan kompensasi
Lilitan kompensasi memperkecil pengaruh reaksi jangkar. Lilitan ini hanya
terdapat pada mesin-mesin yang besar.

Jenis Generator
Medan magnit yang diperlukan oleh suatu generator dapat dibuat dari magnit
permanen  atau magnit listrik. Karena dalam prakteknya terdapat keterbatasan
dari ukuran dan kekuatannya, maka pemakaian magnit permanen juga terbatas. 
162

Magnit listrik selalu digunakan sebagai sistem medan magnit pada generator dan
motor DC ukuran besar.  Karena ggl induksi dalam penghantar jangkar
tergantung pada kuat medan magnit padacelah udara, ggl yang dibangkitkan
mudah dikontrol dengan cara mengatur arus dalam kumparan medan.
Berdasarkan sumber arus yang diberikan untuk penguat medan magnit, maka
generator dapat diklasifikasikan menjadi :
a.  generator penguat terpisah
b.  generator penguat sendiri

Generator penguat terpisah
Cara yang sederhana untuk memberikan penguatan medan magnit sebuah
generator DC adalah dengan menghubungkannya pada sumber DC dari luar.
Seperti ditunjukkan pada diagram di bawah, sebuah tahanan variable rheostat
untuk  medan magnit biasanya dihubungkan seri dengan lilitan medan untuk
mengontrol ggl yang dibangkitkan dengan mengatur arus medan magnit

Gambar 2.132 :Generator penguat terpisah

Generator penguat sendiri
Generatot penguat sendiri adalah generator yang arus penguat medannya
disuplai dari  generator itu sendiri. Cara menghubungkan kumparan medan
terhadap jangkar, memberikan ciri-ciri jenis generator penguat sendiri. Jenisnya
adalah :
  hubungan shunt
  hubungan seri
  hubungan kompon 
163


Gambar2.133 :Generator penguat sendiri

3.  Prinsip Pembangkitan Listrik AC
Listrik AC dihasilkan dari hasil induksi elektromagnetik  gambar-2.62, sebuah
belitan kawat yang berdekatan dengan kutub magnet permanen. Kutub
permanen diputar pada sumbunya, maka diujung-ujung belitan timbul tegangan
listrik yang ditunjukkan oleh penunjukan jarum Voltmeter. Jarum Voltmeter
bergoyang kearah kanan dan kekiri, ini menunjukkan satu waktu polaritasnya
positif, satu waktu polaritasnya negatif.


Gambar 2.134 : Prinsip pembangkitan Listrik AC

Generator AC sederhana  gambar-2.131,terdiri stator dengan belitan kawat dan
rotor dengan dua kutub. Saat rotor diputar satu putaran dan ujung belitan diukur
dengan voltmeter dihasilkan tegangan AC satu periode. Bentuk tegangan
sinusoida dan fluk magnet berbeda phasa 900.
 
164


Gambar 2.135 : Generator AC dua kutub

Berikut ini konstruksi sederhana generator AC dengan rotor empat kutub
gambar-2.133. Saat rotor diputar satu putaran, ujung belitan diukur tegangan
dengan Voltmeter. Setiap satu putaran rotor dihasilkan dua siklus tegangan
sinusoida. Jika frekuensi diinginkan 50 Hz, maka rotor dalam satu
detik harus berputar 25 putaran/detik, atau kalau satu menit 60 detik, maka rotor
harus berputar sebanyak 1500 putaran/menit.



Gambar 2.136 : Generator AC empat kutub

Kutub permanen utara dan kutub selatan menghasilkan garis fluk magnet.
Belitan kawat dengan poros yang ujung-ujungnya disambungkan dengan dua
cincin putar. Ketika poros diputar, belitan kawat akan memotong garis fluk
magnet, sesuai dengan  hukum tangan kiri  Flemming  maka pada ujung-ujung
cincin akan timbul tegangan yang terukur oleh Voltmeter. Bentuk tegangan
berupa gelombang sinus.
 
165


Gambar 2.137 : Prinsip generator AC

Bentuk gelombang AC secara umum gambar-2.135, berwujud bentuk sinusoida,
gelombang persegi dan bentuk zig-zag. Satu periode gelombang adalah satu
siklus penuh, yaitu satu siklus positif dan satu siklus negatif. Gelombang listrik
komersial PLN yang dipakai untuk rumah tangga dan industri adalah sinusoida
frekuensi 50 Hz.


Gambar 2.138 : Bentuk gelombang AC

Untuk menghasilkan bentuk gelombang listrik untuk kebutuhan khusus seperti
bentuk pulsa, dihasilkan dengan rangkaian Resistor dan Kapasitor  gambar-
166

2.136. Sumber tegangan kotak dengan frekuensi 100 Hz (5 milidetik) jika
dirangkaian dengan Kapasitor C= 1μF dan Resistor R = 1 kΩ, akan dihasilkan
bentuk gelombang output seperti gigi gergaji dengan ujung tajam dan kemudian
turun drastis.


Gambar 2.139 : Rangkaian pembangkit gelombang pulsa

Prinsip generator sederhana sebuah koil, bila didekatnya digerakgerakan magnet
permanen, pada ujung koil terukur arus bolak balik.
Prinsip generator AC sesui kaidah tangan kiri  Flemming, belitan kawat dalam
loop tertutup  yang dipotong oleh garis gaya magnet, pada ujung belitan kawat
akan timbul ggl induksi.
Bentuk gelombang AC bisa berupa gelombang sinusioda, gelombang kotak,
gelombang pulsa dsb.

c.  Rangkuman
1.  Prinsip kerja generator dikenalkan Michael Faraday 1832, sebuah  kawat
penghantar digantung dua ujungnya ditempatkan diantara kutub magnet
permanen utara-selatan
2.  Besarnya tegangan induksi tergantung oleh beberapa faktor, diantaranya :
kecepatan menggerakkan kawat penghantar, jumlah penghantar, kerapatan
medan magnet permanen
3.  Prinsip tangan kanan Flemming menjelaskan terjadinya tegangan pada
generator listrik. Sepasang magnet permanen menghasilkan garis medan
magnet 
167

4.  Hukum Lenz, menyatakan  penghantar yang dialiri arus maka sekitar
penghantar akan timbul medan elektromagnet
5.  Listrik AC dihasilkan dari hasil induksi elektromagnetik
6.  Bentuk gelombang AC secara umum  berwujud bentuk sinusoida,
gelombang persegi dan bentuk zig-zag. 
7.  Satu periode gelombang adalah satu siklus penuh, yaitu satu siklus positif
dan satu siklus negatif.  Gelombang listrik komersial PLN yang dipakai
untuk rumah tangga dan industri adalah sinusoida frekuensi 50 Hz.

d.  Tugas
1.  Jelaskan prinsip kerja generator listrik . . .? 
2.  Jelaskan hukum lenz terkait dengan medan maknit . . .?
3.  Jelaskan komponen utama dari suatu konstruksi generator DC . . .?
4.  Uraikan prinsip pembangkitan listrik AC . . .?


















 
168

III EVALUASI

IV PENUTUP
Upaya menyiapkan tenaga menengah kejuruan untuk memenuhi kebutuhan
akan   tenaga pelaksana di  bengkel atau di industri, dalam  kenyataannya
sekarang ini sangat dipengaruhi oleh persaingan yang sangat  ketat baik di
dalam negeri maupun di luar  negeri. Karena setiap pengusaha akan bersaing
dalam kualitas produksinya yang dilaksanakan  sehingga menghasilkan barang 
berdasarkan kebutuhan pasar dengan harga yang bersaing.

Dalam hal ini maka untuk menjawab tantangan tersebut setiap orang yang 
akan terlibat di dalam proses produksi harus mampu dan mempunyai
KOMPETENSI yang dikuasai, diakui, sedangkan untuk memperoleh
kompetensi tersebut harus melalui pendidikan dan pelatihan di institusi/sekolah
kejuruan .

Salah satu perangkat pembelajaran diklat kompetensi adalah buku MODUL/
BAHAN AJAR, yang diharapkan dengan mempelajari buku modul ini
peserta/siswa akan dibekali dengan pengetahuan dan keterampilan dasar yang
harus dikuasai untuk mengikuti UJI KOMPETENSI NASIONAL.

Modul/ bahan ajar  ini dimaksudkan untuk membantu/ memandu  para
peserta/siswa dalam pembelajaran untuk mencapai kompetensi  pengetahuan
dasar mesin-mesin konversi energy untuk  tingkat   Tenaga Pelaksana di
bidang Teknik Pemeliharaan Mekanik Mesin Industri  atau yang
berhubungan dengan pekerjaan  –pekerjaan tersebut diatas,  semoga buku
modul ini bermanfaat bagi yang memerlukannya. 
 
169

DAFTAR PUSTAKA

Ackermann, T., 2005, Wind Power in Power Sistem, England, John Wiley and Sons Ltd.
Anonamius, 1992. Doe Fundamental Handbook  of  Thermodinamic.
Bosch (1995), Automotive Electric/ Electronic System, Germany, Robert Bosch Gmbh.
Brady, Robert N. (1983)  Electrikand Electronic System for Automobiles and Truck,
Viginia,Reston Publishig Company, Inc.
Cengel, Y.A., 2005.Thermodynamics An Engineering Approach. Edisi 5.McGraw
Hill.New York.
Dietzel, F., 1993.Turbin, Pompa dan Kompresor , Jakarta Erlangga.
Dinas Tenaga Kerja dan Transmigrasi Provinsi Jawa Tengah. 2007. Bimbingan Teknis
Calon Ahli K3
Doland, J.J.,1984. Hydro Power Engineering. New York. The Ronald Press Company.
El-Mallahawy, F., 2000, Fundamentals and Technology of Combustion, McGraw Hill.
Heat Transfer and Fluid Flow, U.S. Departement of Energy, Washington D.C
Honer Jim, 1986, Automotive Electrical Handbook, Los Angeles, Price Stern Sloan.
Mathur, M.L. dan Sharma, R.P., 1980, A course in Internal Combustion Engine, Edisi 3,
Delhi India, Hanpat Rai and Sons, Nai Sarak
Sayig, A.A.M, 1997, "Renewable Energi", Journal of the World Renewable Energi, UK
Shlyakin, P., 1999.Teori dan Perancangan Steam Turbines. Jakarta Erlangga.
Silalahi, Bernnet NB. 1995. Manajemen Keselamatan dan Kesehatan Kerja. Jakarta: PT
Pustaka Binaman Pressindo
Sularso dan Tahara, H., 2000. Pompa dan Kompresor. Jakarta Pradnya Paramita.
Sullivan`s Kalvin R. (2004), Wiring Diagrams, WWW.Autoshop 101.com
Sumakmur PK. 1996. Keselamatan Kerja & Pencegahan Kecelakaan. Jakarta: PT.
Gunung Agung
TEAM (1995), New Step 1 Training Manual, Jakarta, Toyota Astra Motor
TEAM (1996), Electrical Group Step 2, Jakarta, Toyota Astra Motor
Toyota Astra Motor (t.th). Materi engine group step 2, Jakarta, Toyota Astra Motor