Cara Menghitung Torsi dan Daya Mesin Pada Motor Bakar

Torsi dan Daya Mesin - Dua parameter penting dalam mesin otomotif atau motor bakar adalah Torsi dan Daya Mesin. Kedua parameter ini dianggap sebagai faktor penentu performa atau kinerja mesin. Apakah Anda familiar dengan istilah Torsi dan Daya Mesin? Jika belum, mari kita bahas lebih lanjut mengenai definisinya dan bagaimana cara menghitungnya.

Torsi Mesin

Torsi adalah ukuran kemampuan mesin dalam melakukan kerja, dan merupakan bentuk energi. Torsi merupakan suatu besaran turunan yang digunakan untuk menghitung energi yang dihasilkan oleh suatu benda yang berputar pada porosnya. Berikut adalah rumus untuk menghitung torsi.

Apabila suatu benda berputar dengan gaya tangensial sebesar F dan memiliki jari-jari putar sebesar b, maka rumus torsi dapat dinyatakan sebagai berikut:

T = F x b (N.m)

dimana:

T = Torsi benda berputar (N.m)

F = Gaya Tangensial benda berputar (N)

b = Jarak benda ke pusat rotasi (m)

Dalam mekanika, torsi memainkan peran penting dalam menyebabkan benda berputar sehubungan dengan porosnya. Benda akan terus berputar hingga kekuatan yang melawan torsi memiliki besar yang sama dengan arah yang berlawanan, sehingga menghasilkan penghentian rotasi.

Untuk menghitung daya poros pada motor bakar, kita perlu mengetahui terlebih dahulu torsi yang dihasilkan. Pengukuran torsi pada poros motor bakar dilakukan menggunakan alat yang disebut Dinamometer. Prinsip kerja dari dinamometer adalah dengan memberikan beban berlawanan arah putaran hingga putaran mendekati 0 rpm, di mana beban tersebut nilainya sama dengan torsi poros. Dalam gambar di atas, dapat dilihat prinsip dasar dari dinamometer. Pengukuran torsi pada poros (rotor) dilakukan dengan prinsip pengereman menggunakan stator yang diberi beban w. Saat mesin dinyalakan, porosnya dihubungkan dengan dinamometer. Untuk mengukur torsi pada poros mesin, rem diterapkan dengan pengereman atau pembebanan sebesar w. Pembebanan dilanjutkan hingga poros mesin hampir berhenti berputar. Bacaan maksimum beban tersebut merupakan gaya pengereman yang besarnya sama dengan gaya putar poros mesin F. Dalam definisi, diketahui bahwa perkalian antara gaya dan jarak adalah torsi. Dengan definisi ini, torsi pada poros dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut:

T = w x b (Nm)

dimana:

T = Torsi mesin (Nm)

w = Beban (N)

b = Jarak pembebanan dengan pusat perputaran (m)

Perlu diingat bahwa dalam konteks ini, kita membedakan antara beban (w) dengan massa (m). Massa diukur dalam satuan kilogram (kg), sedangkan beban merujuk pada gaya berat dengan satuan Newton (N), yang diperoleh melalui rumus W = mg.

Pada mesin sebenarnya, pembebanan terjadi karena komponen-komponen internal mesin itu sendiri, seperti aksesori mesin (pompa air, pompa pelumas, kipas radiator), generator listrik (pengisian aki, penerangan, penyalakan busi), gesekan mesin, dan komponen lainnya.

Dari perhitungan torsi tersebut, kita dapat mengetahui jumlah energi yang dihasilkan oleh mesin pada porosnya. Jumlah energi yang dihasilkan oleh mesin dalam satu waktu disebut sebagai daya mesin. Jika energi yang diukur pada poros mesin, maka itu disebut sebagai daya poros.

Daya Mesin (Power)

Daya, yang diukur dalam satuan kilowatt (kW) atau Horse Power (HP), memiliki hubungan yang erat dengan torsi. Rumus daya dapat dinyatakan sebagai berikut:

Power = torque x angular speed

Rumus di atas merupakan rumus dasar, namun pada mesin, rumusnya menjadi sebagai berikut:

Power = torque x 2π x rotational speed (RPM)

Untuk mengukur daya (kW), dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:

Power (kW) = torque (Nm) x 2π x rotational speed (RPM) / 6000

Angka 6000 dapat diartikan sebagai 1 menit yang sama dengan 60 detik, dan untuk mengkonversinya menjadi kilowatt (kW), diperlukan konversi dari watt (W) ke kilowatt dengan faktor 1000.

Sementara untuk mengukur daya (HP), dapat dilakukan dengan menggunakan rumus berikut:

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

Pada motor bakar, daya dihasilkan melalui proses pembakaran di dalam silinder dan umumnya disebut sebagai daya indikator. Daya ini bekerja pada piston yang bergerak bolak-balik di dalam silinder mesin. Di dalam silinder mesin, terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar melalui proses pembakaran menjadi energi mekanik pada piston.

Daya indikator adalah jumlah tenaga yang dihasilkan oleh mesin dalam satu unit waktu untuk mengatasi semua beban mesin. Mesin saat beroperasi memiliki komponen-komponen yang saling terkait membentuk kesatuan yang kompak. Komponen-komponen mesin juga merupakan beban yang harus ditangani oleh daya indikator. Contohnya adalah pompa air untuk sistem pendingin, pompa pelumas untuk sistem pelumasan, kipas radiator, dan lain-lain, yang umumnya disebut sebagai asesoris mesin. Asesoris ini dianggap sebagai beban tambahan pada mesin karena mengambil daya dari daya indikator.

Selain komponen mesin yang menjadi beban, kerugian akibat gesekan antar komponen dalam mesin juga merupakan beban tambahan bagi mesin, dengan alasan yang sama seperti asesoris mesin, yaitu mengurangi daya indikator. Seperti yang terlihat pada gambar di atas, daya yang digunakan untuk menggerakkan asesoris dan mengatasi gesekan merupakan sekitar 5% dari total daya. Untuk mempermudah pemahaman, berikut adalah rumus masing-masing daya. Satuan daya yang digunakan adalah HP (horsepower).

Ne = Ni − (Ng + Na) ( HP)

dimana:

Ne = Daya efektif atau daya poros (HP)

Ni = Daya indikator (HP)

Ng = Kerugian daya gesek (HP)

Na = Kerugian daya asesoris (HP)

Dalam motor bakar, daya indikator merupakan hasil dari proses pembakaran di dalam silinder mesin yang mengubah energi kimia menjadi energi mekanik. Daya tersebut digunakan untuk mengatasi semua beban mesin, baik komponen-komponen seperti asesoris mesin maupun kerugian akibat gesekan antar komponen. Daya indikator ini diukur dengan satuan horsepower (HP) yang menggambarkan kemampuan mesin dalam melakukan kerja. Memahami konsep torsi dan daya mesin menjadi penting dalam mengevaluasi performa dan kinerja mesin. Dengan demikian, pengetahuan tentang torsi dan daya mesin akan membantu dalam memahami kekuatan dan unjuk kerja mesin secara lebih mendalam.