Memprediksi Besarnya Gaya Gesek Antara Piston dan Silinder

Januari 18, 2014 motogokil Motorcycle 104

4 piston cross section

Assalamu’alaikum wR wB

Salam sejahtera buat kita semua, semoga kita semua selamat di perjalanan sampai ke tujuan.

Dalam artikel yang lalu telah dijelaskan mengenai adanya batasan kerja engine, yang sering disebut piston speed. Dan memang gaya gesek yang ada disekitar piston, ring piston dan dinding silinder ini cukup besar. Perhatikan gambar berikut

7 energy SIE

Lumayan besar 7 % dari total yang dihasilkan proses pembakaran. Misalkan power on crank 12.5 hp, sementara power tsb merupakan 25 % tangan yang dihasilkan proses pembakaran, maka power yang gunakan untuk melawan gaya gesek piston dan silinder sebesar 3.5 hp. Gede juga ya, bisa buan njalanin mesin kompressor ukuran besar.

Paling tidak ada 3 komponen gesekan penyebab rugi2 tersebut yaitu:

  1. Gaya gesek karena tegangan ring pisto
  2. Efek tekanan gas bakar dari belakang ring piston
  3. Efek gaya menyamping akibat posisi crank offset

Mari kita bahas satu demi satu

Gaya gesek karena tegangan ring piston

Gaya ini timbul karena tegangan ring piston secara normal terhadap dinding silinder, perhitungan kasar dari gaya gesek bagian ini sebagai berikut

Misalkan ukuran bore x stroke = 57 x 58.7 dan terdapat 3 ring piston (2 ring kompresi dan 1 ring oli), tebal ring 1.15 mm = 0.00115 m

maka area kontak antara ring dan silinder adalah = 3 x tebal ring x pi x bore  = 3 x 0.00115 x 3.14159 x 57 /1000000 =0.000618043 m2,

jika tegangan radial ring piston = 75000 N/m2, maka gaya radial ring piston adalah = 0.000618043 m2 x 75000 N/m2 = 46.353 N

Jika koefisien gesek antara ring piston dan silinder = 0.2 maka, gaya yang harus dikeluarkan untuk melawan gaya gesek tersebut adalah = 0.2 x 46.353 N = 9.27 N

Jika mesin berputar 8500 rpm = 141.67 rps, maka piston akan bergerak dengan kecepatan = 2 x rps x stroke = 2 x 141.67 rps x 0.0587 = 16.6317 m/s

Sehingga usaha yang harus dilakukan untuk melawan gaya gesek ini adalah = gaya gesek x piston speed = 9.27 N x 16.6317 m/s = 154.186 Nm/s = 154.186 watt

Efek tekanan gas bakar dari belakang ring piston

Gas pembakaran akan masuk ke ring-gap dan memberikan tekanan pada ring piston ke arah luar. Tekanan ini akan meningkatkan kualitas penutupan celah, akan tetapi meningkatkan gesekan (lihat artikel). Jika di asumsikan tekanan ruang bakar saat peak power = 12.1 bar = 1210000 N, maka peningkatan tekanan akibat gas tersebut adalah = tebal ring x pi x bore x tekanan gas = 0.0015 x pi x 0.057 x 121000 = 249.28 N

Dengan variabel yang sama maka usaha untuk melawan gaya gesek ini adalah = 3 ring x stroke x koeff gesek x 249.28 x rps  = 3 x 0.0587 x 0.2 x 249.28 N x 141.67 rps = 621.884 watt

Efek gaya menyamping akibat posisi crank offset

Mengenai besarnya gaya gesek akibat posisi crank offset, sudah pernah ane tulis di artikel ini. Dan untuk konstruksi engine di atas, besarnya gaya gesek akibat gaya menyampingnya adalah sbb :

Misalnya :

  1. Keff gesek antara ring piston dan silinder = 0.2
  2. rpm = 8500
  3. tekanan dalam ruang bakar = 1210000 N
  4. bore x stroke = 57 mm x 58.7 mm
  5. sudut conrod =20

F = tekanan ruang bakar x luas piston /(1 + (1/(koeff gesek x tangen (20))))

= 121000 x 3.14 x (0.057/2) x (0.057/2) / (1 + (1/(0.2 x 3 x 0.364))) = 209.68 N

W = F x stroke x rpm/60 x 0.5 = 209.68 N x 0.0578 x 8500/60 x 0.5 = 871.83 watt

Jadi daya gesek totalnya adalah = 154.186 watt + 621.884 watt + 871.83 watt = 1647.9 watt = 2.2 hp

Hitungan ini adalah perkiraan kasar, dan nilainya berubah terhadap perubahan rpm. Koefisien gesek juga tidak tetap, tetapi merupakan fungsi dari rpm. Dari perhitungan2 ini dapat disimpulkan bahwa besarnya kerugian akibat gesekan pada piston ditentukan oleh :

  1. Ketebalan ring piston, semakin tipis, semakin kecil gesekannya
  2. Ukuran bore dan stroke, semakin kecil bore dan stroke nya gesekan semakin kecil
  3. Tekanan ruang bakar, semakin besar tekanan ruang bakar, gesekan semakin besar.
  4. Rpm, semakin tinggi rpm, gesekan semakin besar.

Jadi jika ingin mengoptimalkan power output di sumbu crankshaft, maka faktor2 di atas harus dikurangi. Untuk performance maka hal bisa dilakukan adalah menipiskan ring piston, memperkecil koefisien gesek, dan pencari perbandingan antara bore x stroke agar nilai dari pi x bore x stroke minimum, untuk volume (cc) yang diinginkan.

sampai disini ulasan tentang gesekan yang terjadi antara piston dan silinder, kuarng lebihnya mohoon maaf. Bagi suhu2 yang lebih kompeten mohon masukan dan koreksinya, semoga berguna, wassalamu’alaikum wR wB.

100 Komentar

          • Klo boleh beropini.. Ini bkan bangku kuliah pak,teori setinggi gunung pun bisa sia2 karna bukan tempatnya.. Sama kyk ane ngomong pe berbusa mslh teori hukum pda klien bkl sia2,yg mreka pngn cm hasil nyata/opini hukum yg bs dilakukan.. Sm kyk motor yg ptg hasil dyno power ningkat n kencang dijalan.. Beres deh..

          • ya mungkin berguna buat segelintir orang, yang mau belajar
            bagi yang sukanya pragmatis, ya silahkan saja, bayar- terima jadi – rusak – beli lagi
            tapi apa ya kita mau jadi bangsa seperti itu, bangsa konsumen, bangsa makelar atau bangsa kuli ?

          • Ya monggo saja pak.. Kmarin ente blg ne blog rapor nya msh merah,yg blg ente sendiri lo ya.. Tp artikelnya msh kyk yg sudah2.. Klo berharap rapor jd baik itu sm jg memeras jerami dgn mengharapkan santan.. Hehehe. Pragmatis?? Siapa ya..hahaha

          • Ni anak kayaknya bukan mau nanya, tapi mau ngetest bro IWF…wong gitu aja kok repot.

            Kalo ente domisili di Jkt, bawa aja Ninja ente ke AHRS, kalo ente di Jatim, bawa aja ke RAT dijamin motor ente bisa terbang. Gak perlu ngomong ngalor ngidul, yg penting siapin duit ama Ninjanya, gampang tho..

  2. kayaknya dulu yamaha pernah koar2 kalo diasil+piston forged+ring set yamaha minim gesekan… kalo gak salah pas launching MX generasi pertama… coba cek bro,,,

    Balas

    • hal itu benar bro, mampu memperkecil nilai koefisien gesek, karena diasil silinder memiliki pori yang mampu mengikat oli, sehingga gesekan antara ring piston dan silinder semakin kecil.

      Balas

    • ya sudah bro, masa sudah dihitung rpmnya, nggak pake oli ?
      kualitas oli sangat benpengaruh, terutama yang mampu manahan viscositasnya stabil pada suhu yang tinggi
      kualitas dinding silinder juga banyak pengaruhnya.

      Balas

  10. motor A stroke 55mm sdng motor B stroke 2x mtr A. w bingung, apakah dalam satu siklus mesin ketika mesin B br 1x si motor A sdh 2x?!. trus grsekanya lebih besar mana?

    Balas

  12. Bisa request gak, tentang perhitungan perubahan final gear baik mesin korekan maupun standar…
    terus kalo mata gear beda tapi rasio sama efeknya gimana? misal 14/42 diganti jadi 15/45 (rasio sama2 3) atau sebaliknya…?

    Balas

    • meski rasio sama ttp rantai gir nya akan lebih awet yang jmlh ggnya lbh banyak, jk dilihat perbandingannya 14/42 dg 15/45 jk jrk sumbu gir dpn dgn blkg itu beda skitar 2mata lebih pjg yg 15/45

      Balas

  13. Kalo ring piston dibikin dibikin 1 gimana? Jadi satu buat oli satu buat kompresi..

    Teori gesekan dinding silinder ke ring piston ini ada hubungannya g sama inreyen waktu motor pertama kali dibeli atau waktu inreyen motor abis bore up?

    Soalnya inreyen itu g boleh kenceng2 karena dinding silinder belum “nyetak” bener sama ring pistonnya..

    gimana menurut pendapat bro?

    Balas

    • kalo ring dikurangi maka, memang gesekan semakin kecil, tetapi kemungkinan kompresi bocor akan semakin besar, sehingga bisa tambah rugi dayanya.
      betul bro, meskipun sudah di honning, secara microskopis masih terlihat jalur2 kasar bekas pisau bubut, jadi harus sabar makenya.

      Balas

      • apakah yang menghalangi oli masuk ke ruang bakar hanyalah ring piston 3 biji itu?

        Ada anggapan kalo pas inreyen, motor jangan di manja, biar nantinya tidak cepat rusak, apakah betul?

        Balas

    • ring piston jangan dikurangi bro, aplikasi aja dg piston racing special 4T dg ring 1 kompresi 1 olie jd dari bawaanya dah 2. bahkan mampu kq kompresi tinggi 1:16 dg bbm avtur. biasanya klu drag race ya pakai piston RXPRO ini. tp ingat gunakan sesuai kbutuhan, serahkan pengerjaan pada ahlinya. sgala sesuatu jika tidak ditangani oleh ahlinya jadinya amburadul.

      Balas

  14. motogokil tolong dong beri ulasan tentang gimana caranya ngrubah down grade mesin cb 150 supaya powernya sama dengan cbr 150.
    sekalian perkiraan total biaya. trimakasih

    Balas

    • kalau mau bertahap, pengapian sama gir, jangan dulu.
      begitu aplikasi noken as cbr150, sdh terasa nendang powernya di rpm atas, maka yang diganti cukup gir nya, pake gir cbr150.

      Balas

  19. josss kang iwan.
    ane nanya dikit boleh?

    motor ane pk molybdenum di silindernya, mohon penjelasan kelebihan&kekuranganya,soalnya ane blm paham betul ttg molybdenum.
    matur nuwun kang

    Balas

      • brarti mmg utk ngurangi gaya gesek y? hmmm brarti fungsinya hampir sm dgn diasil silinder,kl seumpama nih y silinder molybdenum di bore up msh bs dipake/hrs gnt silinder baru? mohon penjelasan, matur nuwun kang.

        Balas

      • kang iwan maap nanya lagi nih.
        seumpama piston speed sebuah motor udah dibatasnya,misal 11rb rpm,trs pemilik mtr tsb gnt cdi unlimiter&mtr digeber smp mlebihi batas piston speed,apakah yg akan terjadi? apakah lgsg jebol seher nya?
        mohon penjelasan,matur nuwun.

        Balas

        • ya nggak lah, apalagi kalo pake oli yang bermutu tinggi/terjamin, tapi nggak boleh sering2/berlangsung lama
          karena “kemungkinan”aus di bagian dinding silinder semakin besar

          Balas

  20. nah,,, ini baru amal ibadah yang bermanfaat om motogokil…

    ini baru om motogokil namanya
    hehehehe….

    om ane mau tanya nich….

    dengan bore X stroke nya yamaha nvl,, rpm tertinggi yang masih dalam kategori aman berapa sich om…
    tolong bantuin om.. soalnya ane punya kawan ngasih masukan katanya ganti ecu racing bisa nambah rpm ya om..? tapi ane masih ragu om.. soalnya belum faham betul berapa batas aman tertingginya…

    Balas

    • wah ente lupa ya, nama ane kan sudah ente ganti jadi “motocungkil”, becanda bro..
      sebenernya ukuran aman tuh dilihat dari piston speed nya yaitu 21 m/s.
      tapi mengingat ada treatment khusus pada dinding silinder NVL maka batas tsb mungkin bisa dilampaui sedikit.
      meskipun demikian YIMM tetep waspada dengan batas 21 m/s makanya limiter rpm-nya ditaruh di 10500 rpm.
      mengenai persamaan piston speed = 2 x stroke/1000 x rpm/60, jadi kalo buat NVL = 2 x 0.0587 x 10500/60 = 20.545 m/s
      udah ane buatin artikelnya bro, buka2 artikel lama silahkan bro

      Balas

    • ingat bro untuk menggapai putaran lbh tinggi tidak melulu cdi racing, tp jg butuh torsi dan power lebih untuk menggapai rpm lbh tinggi, jk motor std dg cdi racing paling cuma pada tarikan awal lbh enak putaran bisa lbh tinggi tp pd gg rendah jk gg tinggi torsi ma power mentok. untuk jrk jauh sensasi cdi racing terasa lbh enak cdi std,terkadang dg cdi racing mesin terdengar lebih kasar

      Balas

  21. @surya makanya jgn asal nyemeng, tur dr om gokil b nyk ilmu yg didpt, gw sering liat komen lo di iwb n tmc g brmutu cm bc doang. mkny mnding beljr brow

    Balas

  22. maksud ente asal ngemeng gimana ???
    terus masalah nya buat ente apa ???
    gak usah sok men judge deh…
    masalah koment ane di iwb atau tmc,, menurut ente gak bermutu,, tergantung dari sudut pandang mana kale… coba ente liat lagi deh semua koment2 di iwb atau tmc dari artikel yang dulu-dulu,,, jangan cuma liat comment yg punya ane aja… n coba ente menilai semua comment itu,, ada lho yg lebih2 parah,, bahkan bermuatan sara dll yg jauh lebih parah dari ane, yang biasanya hanya di seputar pro kontra produk and fansboy doang,, dan itu lumrah, dalam artian ya itu lah jalur pro kontranya, dalam setiap jenis produk pasti ada pro kontra antar fansboy dan produk yang kemungkinan besar pasti terjadi,, di sebabkan perbedaan opini dll…, bukan begitu ?
    maap nih ye bukannya ane sok membela diri ane paling benar,, tapi ane bisa mengukur dan menilai kok,, baik secara subjektif maupun secara objektif…
    tapi kayaknya,, sudut pandang ente cuma ke ane ya… hehehe… jangan2 ente nge fans ya sama ane… aaahhh ente nge fans sampe jadi segitu lebai penilaiannya.. sampai2 pandangannya terlalu menyempit ke satu individu…
    atau….
    bisa jadi yg sok men judge kek ente justru yang jauh lebih gak bermutu cara pandangnya…

    yayaya….
    coba ane tebak… mungkin yg ente maksud ane asal ngomong itu waktu ane adu argumen sama om motogokil kemarin ya…
    ahh… berarti ente masih kekanak kanakan bro… masih kaget dan belum siap akan hal begituan.. di dunia ini, beda pendapat dalam satu hal namun terkadang bermutualisasi dalam banyak hal lainnya, itu adalah hal yang biasa.. itulah hidup dan kehidupan… bukan begitu ?
    cuma kmarin ya memang berbeda pendapat,, dan yang namanya berbeda pendapat ya lumrah lah saling beradu rgumen untuk mendapatkan kesefahaman pendapat,, bukan begitu ?
    selain itu,,,
    ya… lagi pingin gokil gokilan aja kok sama om motogokil… ya om ya… hehehe

    n dalam artikel yang kalo memang gak da opini dan argumen bersebrangan yg perlu di lurskan … ya gak perlu beradu argumen.. kan gitu tho…?

    lagian kalo bagi ane,, yang udah ya udah…
    ngapain juga ente ayan sekarang,, dan di tempat yang gak semestinya.. ? gak perlu dan gak emstinya itu…

    ane yakin,, ane dan om motogokil,, meskipun belum pernah ketemu n saling kenal,, tapi kami bisa saling memahami karakter masing2… n ane percaya.. kami sama2 tau n sama2 siap, kapan saatnya memang sesuatu itu harus di perdebatkan dan kapan sesuatu itu berjalan sesuai fungsinya dengan saling bermutual.. dan semua itu berjalan dengan perasaan yg biasa saja tanpa emosi.. sudah ya sudah…
    karena ane percaya,, om motogokil adalah pribadi yg sudah dewasa.. dan faham akan hal itu…

    eemmm… siapa namanya itu.. Rany ya..
    ente masih kek anak TK aja kayaknya, perlu banyak di ceramahi…
    dah belajar dulu sono gih sbelum men judge..
    hehehe…

    Balas

  23. ane mau tanya lagi nich om motogokil…
    maap nih kalau terlalu banyak tanya… n agak out of topic…
    soalnya ini menyangkut pertanyaan dari teman ane yg mau melakukan bore up pada mtor megapro nya.. tpi dia bingung,, nanya sama ane, ane juga bingung,, nanya sama om aja deh ya, semoga gak bingung.. hehehe
    tapi ini masih ada hubungan juga kok om dengan pengaruh gaya gesek..

    jadi gini om.. katanya kan ada bahan2 tertentu nich om yang bisa di pergunakan sebagai pengganti dinding silinder pada saat bore up, dengan sifat bahan yang lebih kuat dan bersifat lebih licin…
    tolong kasih masukan om, biasanya kalau melakukan bore up kan bisa sekalian ganti dinding silinder atau kalau gak salah namanya ada yg menyebutnya boring, ada juga yg nyebutnya vuring..,,
    nah,, dinding silinder dengan jenis logam apa yang paling bagus om,,? n tentunya yang banyak tersedia ya om… n kira2 berapa kisaran harganya..

    thanks sebelumnya om…

    Balas

  24. om motogokil,,,,maaf komen g sesuai tema,,,,tp ad hubunganya ama artikel sebelum ini. yg NVL dohc vs sohc. ane pilih dohc tp bore 59 mm x stroke 54 mm. kira2 gimana karaktere mesin yg seperti ini,,,? mohon pencerahanya,,,suwun,,,

    Balas

  26. bisa2 jadi mesin longstroke tercanggih di jagat raya kalo pake tu bahan.

    lg om gokil. setelah berusaha memahami tulisan2 panjenengan kok kayaknya mesin motogp boleh kok pake longstroke, cuman masalahnya nanti jd kelebihan torsi n jd sulit dikendalikan mengingat bobot kendaraan yg enteng tdk seperti mobil misalnya…….bener gak om gokil?

    Balas

  31. ternyta surya kuya yg masih tk, dikomen gt j jwbny pxl hahah, mudh bgt ngbngunin org emosian wkwkwkwk. om gokil sy lbh seneng om ngbhs mslh engine. kbtln sy sk ngliht perkembngn roda2.

    Balas

  32. pa dosen mau nanya nih, kalo misal mesin overstroke dgn stroke pendek karakternya gmn?.

    misal 155cc 2 silinder, strokenya 48mm borenya 43mm.
    secara overstroke tapi bisa teriak sampe 13rb rpm.

    Balas

4 Trackbacks / Pingbacks

  1. “Teknologi Piston All New CBR250″ Selain Mejadikannya Efisien, Juga Merupakan Senjata untuk Melibas Kompetitor | motorgoodness
  2. NVL Ane Juga Ngebul Juga Gan, Jika….. | motorgoodness
  3. Prinsip Kerja Piston dan Segala Permasalahannya | Rider, Mechanic, Engineer, Researcher
  4. Tips Membongkar-Pasang Engine (Mesin) Sepeda Motor Bebek | Rider, Mechanic, Engineer, Researcher

Semoga tercerahkan dan komen mas bro juga ikut mencerahkan