Menghitung Torsi dan Daya Mesin

Menghitung Torsi dan Daya Mesin

Menghitung Torsi dan Daya Mesin

Beberapa paramater penting dalam motor bakar atau mesin otomotif adalah Torsi dan Daya Mesin,
alasannya karena kedua parameter inilah yang disebut-sebut sebagai penentu performa atau unjuk kerja mesin. Taukah Anda Apa itu Torsi dan Daya Mesin? lalu bagaimana cara menghitungnya? Simak  yang berikut ini;

Torsi 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 berputar dan mempunyai besar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengan data tersebut torsinya adalah:

T = F x d (N.m)

dimana:

T = Torsi benda berputar (N.m)
F = adalah gaya sentrifugal dari benda yang berputar (N)
d= adalah jarak benda ke pusat rotasi (m)

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.

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 0 rpm, Beban ini nilainya adalah sama  dengan torsi poros. Dapat dilihat dari gambar diatas adalah prinsip dasar dari dinamometer. Dari gambar diatas dapat dilihat pengukuran torsi pada poros ( rotor) dengan prinsip 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 Tosi pada poros dapat diketahui dengan rumus:

T = w x d (Nm)

dengan :

T = adalah torsi mesin (Nm)
w = adalah beban (N)
d= adalah jarak pembebanan dengan pusat perputaran (m)

Ingat w (beban/berat) disini kita  bedakan dengan massa (m), kalau massa satuan kg, adapun beban disini adalah gaya berat dengan satuan N yang diturunkan dari W=mg

Pada mesin sebenarnya pembebanan adalah komponen-komponen 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 diatas dapat diketahui jumlah energi yang dihasikan mesin pada poros. Jumlah energi yang dihasikan mesin setiap waktunya adalah yang disebut dengan daya mesin. Kalau energi yang diukur pada poros mesin dayanya disebut daya poros.

Daya Mesin (Power)

Sedangkan power yang dihitung dengan satuan Kw (Kilo watts) atau Horse Power (HP) mempunyai hubungan erat dengan torque. Power dirumuskan sbb :

Power = torque x angular speed.

Rumus diatas adalah rumus dasarnya, pada engine maka rumusnya menjadi :

Power = torque x 2 phi x rotational speed (RPM).

Untuk mengukur Power (KW) adalah sbb :

Power (kW) = torque (Nm) x 2 phi x rotational speed (RPM) / 60000

6000 dapat diartikan adalah 1 menit = 60 detik, dan untuk mendapatkan kw = 1000 watt.

sedangkan untuk mengukur Power (HP) adalah sbb :

Power (HP) = torque (lbs. ft) x rotational speed (RPM) / 5252

 Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran didalam silinder dan biasanya disebut dengan daya indiaktor. Daya tersebut dikenakan pada torak yang bekerja bolak balik didalam silinder mesin. Jadi didalam silinder mesin, terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar dengan proses pembakaran menjadi energi mekanik pada torak. Daya indikator adalah merupakan sumber tenaga persatuan 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 sistim pendingin, pompa 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 diatas terlihat bahwa daya untuk meggerakan asesoris dan untuk mengatsi gesekan adalah 5% bagian. Untuk lebih mudah pemahaman dibawah ini dalah perumusan dari masing masing daya. Satuan daya menggunakan HP( hourse power )

N = N − N + N ( HP)

dengan

Ne = adalah daya efektif atau daya poros ( HP)
Ni = adalah daya indikator ( HP)
Ng = adalah kerugian daya gesek ( HP)
Na = adalah kerugian daya asesoris ( HP)

Diposkan oleh RPM ENGINE STATION di 00.46 

Label: Engine Upgrade

Pengaruh Torsi dan Horsepower pada Kendaraan

Posted on November 27, 2012by fiktor K

Kita sering mendengar kata torsi dalam kehidupan sehari-hari, kita juga sering bertanya berapakah Horsepower yang dimiliki mobil itu? namun apakah kita mengerti pengaruh dari torsi dan horsepower tersebut, mari kita simak artikel ini agar kita mengerti pengaruh dari Torsi dan Horsepower pada kendaraan kita 

Selain komponen-komponen kendaraan, hal terpenting yang harus diketahui adalah penerapan sains dalam dunia otomotif, seperti mengetahui gaya, aerodinamika, dan lain sebagainya, sehingga kita memiliki gambaran tentang cara kerja ilmu fisika pada otomotif. Sering kali sebuah brosur mobil atau motor menyantumkan nilai torsi maksimal pada putaran -n dan nilai horsepower maksimal pada putaran -n. berikut sedikit penjabaran tentang apa itu Toque atau torsi dan horsepower.

Torque 
Torsi atau momen gaya adalah gaya untuk memutarkan suatu benda pada porosnya, maka torsi bisa diibaratkan sebagai gaya putar terhadap suatu benda. Contoh penerapan torsi seperti pada saat memutar kunci untuk mengencangkan dan melepas baut, membuka-menutup tutup botol, menggenjot pedal sepeda, dan menggerakkan flywheel pada motor ruang bakar dalam (mobil, motor).

Simbol torsi pada fisika adalah τ (dibaca tau) dan M apabila disebut sebagai moment.  
T = r * F

τ = rF sin θ

τ : vektor torsi

F : vektor gaya

θ : Jarak sudut antara vektor gaya dengan lengan tuas

r : radius

Torsi merupakan hasil dari gaya pada media yang memiliki sudut (angular momentum) sehingga memiliki sudut relatif yang mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan dalam suatu masa, sedikit berbeda dengan gaya yang dihasilkan pada linear momentum dimana persamaannya adalah F = ma, dimana gerak lurus dinyatakan memiliki nilai sudut konstan. Keduanya menerapkan hukum Newton ke-2 (2^nd’s Newton Law) tentang gaya.

Torsi diperlukan untuk menggerakkan benda (mobil, motor) dari posisi diam hingga bergerak, seberapa besarnya torsi berpengaruh pada percepatan perubahan posisi kendaraan dari sebuah titik. Torsi pada mesin ruang bakar dalam terjadi pada langkah kompresi campuran bahan bakar dan udara yang kemudian magnitude ledakan dalam silinder mendorong piston turun yang menghasilkan tenaga untuk memutar poros engkol yang selanjutnya disalurkan menuju roda penggerak. Bayangkan sebuah mobil dalam jalanan menanjak atau muatan yang berat maka beban yang dihasilkan terhadap roda dan mesin akan lebih besar karena derajat kemiringan jalan memperbesar gaya gravitasi dan drag force (gaya seret) yang diterima oleh kendaraan, maka dalam hal ini kendaraan membutuhkan nilai pijakan atau torsi yang besar. Karena piston menerapkan prinsip engkol atau kerja bolak-balik (reciprocal) yang memiliki gerak lingkar dan menyebabkan perubahan sudut vektor yang menghasilkan perbesaran perubahan gaya seiring membesarnya sudut vektor.

Horse Power

Horse Power (HP) atau Daya Kuda (DK) seperti namanya merupakan unit standard yang dihasilkan oleh obeservasi James Watt (penemu mesin uap) atas kemampuan rata-rata seekor kuda yang mampu memutar penggilingan berradius 12 kaki (3.6576 m) sebanyak 144 kali dalam satu jam (2.4 putaran per menit). Menurut Watt kuda tersebut mampu menarik dengan gaya sebesar 180 pound. Jadi berdasar observasi Watt dihasilkan:

Kemudian dibulatkan menjadi 33,000 ft-lbf/min = 550 ft-lbf/second.

Jadi horsepower adalah kemampuan untuk mengusung beban selama periode tertentu, kemampuan mengusung beban seberat 33,000 pounds selama 1 menit dihitung sebagai 1 dk. Jika sebuah kendaraan di jalan datar lalu kita menginjak pedal gas maksimal untuk menghasilkan kecepatan, seberapa cepat kendaraan tersebut bisa bergerak dalam hitungan detik (misal dari 0 – 60 km/j dalam 5 detik), maka di situlah penerapan besaran horsepower. Pada otomotif atau mechanical engineering antara torsi dan horsepower memiliki kaitan erat karena akan menentukan performa dan kesesuaian aplikasinya. Torsi dan horsepower pada kendaraan dipengaruhi oleh kapasitas silinder dan kompresi, semakin besar kapasitas silinder dan kompresi maka bias menghasilkan tenaga yang lebih besar pula tentunya dengan konsumsi bahan bakar yang lebih banyak pula. Selain itu bobot kendaraan menjadi faktor mempengaruhi lainnya, karena semakin berat bobot kendaraan maka semakin besar torsi awal yang dibutuhkan untuk menggerakkan kendaraan sehingga semakin panjang waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan tenaga puncak dan horsepower yang besar untuk percepatannya. Torsi dan horsepower memiliki puncaknya pada putaran tertentu (torque peak dan horsepower peak), untuk mengetahuinya sebuah kendaraan dites dengan dynamo meter untuk melihat nilai puncak dan putarannya.

Namun penerapan besaran torsi dan horsepower pada kendaraan tidak segampang itu, karena ada pengaruh dari gear ratio sehingga torsi pada 1000 rpm di gear 1 berbeda dengan di gear 2 namun memiliki nilai puncak yang sama pada putaran tertentu setiap gear (misal 6500 rpm). Lalu pada transmisi manual kita bisa beranggapan bahwa untuk menghasilkan horsepower puncak supaya kendaraan bergerak cepat maka kita harus memindahkan gear pada putaran tertentu? Hmm, tidak juga karena saat memindahkan gear ke gear lainnya akan ada revolution loss, nilai putaran yang hilang  akibat friksi dari kopling, selisih waktu dalam memindahkan tuas transmisi, penginjakan pedal, dan lain sebagainya.Yang bisa dilakukan untuk mencapai puncak horsepower adalah berusaha menjaga putaran mesin pada nilai puncak horsepower selama menjalankan kendaraan. Kendaraan akan menyantumkan dua varian nilai horsepower;
- BHP atau brake horsepower adalah nilai horsepower yang dihasilkan oleh gerak piston pada poros engkol (crankshaft) dihitung sebagai nilai bersih (net) horsepower dengan mengabaikan loss yang dihasilkan oleh putaran komponen lainnya pada mesin otomotif seperti timing chain, valve, timing belt.
- Effective atau wheel horsepower atau juga ditulis horsepower saja adalah nilai horsepower yang dihasilkan setelah melalui proses loss komponen-komponen mesin lainnya.

Untuk konversi elektrik 1 hp = 746 watt, jadi horsepower bisa dikonversi ke satuan watt, penerapannya dalam motor elektrik seperti dynamo. Namun dalam dunia otomotif yang digunakan adalah horsepower berdasar metric yang diterapkan Jerman (PS) yang memiliki nilai 735.49875 watt (Metric Horsepower) setara dengan 75 kg-fm/s.

Nah dari artikel ini dapat kita simpulkan bahwa Horsepower merupakan kemampuan untuk mengusung beban selama periode tertentu dan Torsi merupakan hasil dari gaya pada media yang memiliki sudut (angular momentum) sehingga memiliki sudut relatif yang mempengaruhi besarnya gaya yang dihasilkan dalam suatu masa.

Berikut adalah horsepower dan singkatannya dalam beberapa bahasa:
- Pferdestärke (PS) : Jerman
- Dayakuda (DK) : Indonesia
- Paardenkracht (PK) : Belanda
- Chevaux (CH) : Perancis