Tugas1 Pse

7/23/2019 Tugas1 Pse

http://slidepdf.com/reader/full/tugas1-pse 1/5

Ainol Yaqin Pengantar Sains Energi

of 5 Ma ister Fisika 2015/2016

Tugas I

Pengantar Sains Energi

Selasa, 15 September 2015

MENINGKATKAN EFISIENSI MESIN OTTO DAN MESIN DIESEL

Oleh Ainol Yaqin / 20214050

PENDAHULUAN

Salah satu penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin kalor, yaitu mesin yang

menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau yang mengubah energi

termal menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan proses pembakaran,

proses fisi bahan bakar nuklir atau proses-proses yang lain. Ditinjau dari cara memperoleh

sumber energi termal, jenis mesin kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine). Mesin pembakaran luar adalah

mesin dengan proses pembakaran terjadi diluar mesin, energi termal dari hasil pembakaran

dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah

mesin uap.

2.

Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Mesin pembakaran dalam adalah

mesin dengan proses pembakaran berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas

pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran

dalam ini umumnya dikenal dengan sebutan motor bakar. Contoh dari mesin kalor

pembakaran dalam ini adalah, motor bakar torak dan turbin gas.

Selanjutnya akan diuraikan dua mesin pembakaran dalam yang banyak digunakan dalam

kehidupan sehari-hari, yaitu mesin otto dan mesin diesel.

Mesin Otto

Mesin Otto atau mesin bensin adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam (internal

combustion engine) yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dan dirancang

untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis. Mesin bensin pertama kali

ditemuakan oleh Nikolaus Otto asal Jerman.

Tipe paling umum dari mesin ini adalah mesin pembakaran dalam putaran empat stroke yang

membakar bensin. Pembakaran dimulai oleh sistem ignisi yang membakaran spark voltasetinggi melalui busi. Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebe-

Gambar 1

(a) (b)





lum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi

bahan bakar langsung ke silinder ruang.

Mesin Diesel

Mesin diesel merupakan mesin kalor yang menggunakan tekanan (kompresi) untuk

mencitakan temperatur tinggi dalam ruang mesin, sehingga dapat membakar bahan bakaryang diinjeksikan ke dalam ruang mesin tersebut secara spontan (tanpa menggunakan busi).

Oleh karena itu kompresi yang dihasilkan pada ruang mesin jauh lebih tinggi dibandingkan

dengan kompresi pada mesin bensin. Kompresi yang tinggi ini memerlukan tingkat kekuatan

alat yang tinggi pula. Mesin diesel ditemuakan oleh Rudolf Diesel seorang penemu Jerman

tetapi lahir di Paris dan meninggal secara misterius di kapal fery dalam perjalanannya ke

Inggris.

SISTEM TENAGA GAS

Skema mesin pembakaran dalam bolak-balik diperlihatkan seperti Gambar 2, terdiri dari piston/torak yang bergerak di dalam silinder yang dilengkapi dengan dua katup. Skema diberi

label dengan beberapa istilah.

Bore adalah diameter silinder

Langkah ( stroke) adalah jarak piston bergerak dalam satu arah. Piston dikatakan berada

pada titik mati atas/TMA (top dead center ) ketika ia bergerak ke posisi dimana volume

silinder paling kecil/minimum. Volume minimum ini disebut volume celah (clearance

volume). Ketika piston bergerak ke posisi volume maksimum maka piston berada pada

Titik Mati Bawah/TMB (bottom dead center ).

Volume langkah/sapuan ( swept volume) adalah volume sapuan piston ketika bergerak

dari TMA ke TMB. Rasio Kompresi (compression ratio), r , didefinisikan sebagai volume pada TMB dibagi

dengan volume pada TMA.

Gambar 2





Gerak bolak balik piston dirobah ke gerak putar dengan mekanisme engkol (crank ).

berdasarkan siklus langkah kerjanya, mesin motor dibedakan atas dua jenis, yaitu:

1. Motor dua langkah (tak), motor yang pada dua langkah piston (satu putaran engkol)

sempurna akan menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2. Motor empat langkah (tak), motor yang pada setiap empat langkah piston (dua putaran

sudut engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

Siklus Ideal Otto

Secara thermodinamika, siklus ini memiliki 4 buah proses thermodinamika yang terdiri

dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap). Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat diagram tekanan ( p) vs volume (v) dan suhu (T ) vs entropi ( s)

berikut:

Proses yang terjadi adalah :

1-2 : Kompresi adiabatis

2-3 : Pembakaran isokhorik

3-4 : Ekspansi / langkah kerja adiabatis

4-1 : Langkah buang isokhorik

Karena siklus ideal Otto terdiri dari proses reversibel, maka luas daerah pada diagram T - s

dan p-v masing-masing bisa dinterpretasikan sebagai kalor dan kerja.

Pada basis standar udara dingin, efisiensi termal siklus Otto dapat dituliskan :

1

11

r

dengan r adalah rasio kompresi. Dari diagram T - s pada Gambar 3. kita bisa mengambilkesimpulan bahwa efisiensi termal siklus Otto naik jika rasio kompresi naik. Kenaikan rasio

Gambar 3





kompresi merubah siklus dari 1-2-3-4-1 menjadi 1-2’-3’-4-1. Karena temperatur rata-rata

kalor yang ditambahkan lebih besar pada siklus yang kedua dan kedua siklus mempunyai

proses pelepasan kalor yang sama, siklus 1-2’-3’-4-1 akan mempunyai efisiensi termal

yang lebih besar. bb

Siklus Ideal Diesel

Pada mesin diesel, siklus yang berlangsung dalam proses pembakaran adalah siklus

diesel. Dengan memperhatikan Gambar 4 kita akan memahami proses yang berlangsung.

Luas daerah di dalam siklus adalah kerja output bersih dan sama dengan kalor bersih yang

ditambahkan. Efisiensi termal siklus Otto dapat dituliskan sebagai berikut:

111

11

c

c

r

r

r

dengan r c adalah rasio cutoff , pada Gambar 4 r c = V 3/V 2 dan r adalah rasio kompresi.

CARA MENINGKATKAN EFISIENSI

Efisiensi mesin mengacu pada kemampuan mesin untuk mengubah energi yang tersedia

dari bahan bakar menjadi tenaga gerak yang berguna. Mesin bensin modern beroperasi padarata-rata sekitar 20 sampai 30 persen efisiensi. Sisa 70 sampai 80 persen energi dari bensin

dikeluarkan dari mesin baik sebagai panas, energi suara mekanik, atau gesekan.

Jika dilihat dari rumusan siklus ideal mesin otto dan mesin diesel, efisiensi mesin hanya

bergantung pada rasio kompresi. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan

efisiensi mesin adalah dengan membuat ukuran tabung kompresi sedemikian rupa agar nilai

kompresi r cukup besar. Semakin tinggi rasio kompresi, semakin baik efisiensi mesin secara

keseluruhan. Mesin bensin mobil umumnya beroperasi pada tidak lebih dari rasio kompresi

10:1. Sebaliknya, mesin diesel bisa beroperasi dengan rasio kompresi hingga 25:1. Kompresi

lebih tinggi ini membuat mesin diesel memiliki efisiensi sekitar 40 persen.

Disisi lain, agar dihasilkan pembakaran yang baik, maka diperlukan kondisi-kondisi berikut:

Gambar 4





1. Jumlah udara yang sesuai

Jumlah oksigen yang mampu diserap mesin mempengaruhi kemampuannya untuk

beroperasi secara lebih efisien. Ini adalah alasan mengapa nitrous oxide ditambahkan ke

dalam sistem bahan bakar mesin bensin. Nitrous oxide menambahkan molekul oksigen ke

dalam ruang bakar, sehingga lebih banyak bahan bakar yang terbakar. Hal ini pada

gilirannya membuat mesin beroperasi lebih efisien.2. Temperatur yang sesuai dengan penyalaan bahan bahan bakar

3.

Waktu pembakaran yang cukup

4. Kerapatan yang cukup untuk merambatkan api dalam silinder.

Jenis bahan bakar juga turut mempengaruhi efisiensi. Bensin dengan oktan lebih tinggi

akan memungkinkan mesin untuk beroperasi dengan rasio kompresi yang lebih tinggi yang

berarti meningkatkan efisiensi.

Tugas1 Pse

Documents

Transcript of Tugas1 Pse