4. Mke 2 Int Ignition Engine

MODUL MKE 2 (MES 614306) KONVERSI ENERGI 2

BAB IIIIGNITION ENGINE

oleh : santoso budi

santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA ,

[email protected], HP 08129589918

CURICULUM VITAENama : Santoso BudiTgl,tempat lahir : 22 Oktober 1954, JogjakartaPekerjaan : PT . Indonesia Power ( purna bhakti )

Dosen : UNTIRTA BantenDosen : ISTA SERANG, BANTENInstruktur UDIKLAT SuralayaKa Komite Akreditasi LPK Propinsi BantenKa Cabor Aeromodeling FASIDA Propinsi Banten

Pendidikan Formal : Sekolah Teknik Mesin Poly Teknik ITB Bandung Teknik Mesin UGM JogjakataPendidikan/kursus non formal : Maintenance Conveyor System tahun 1996, Samsung, Korea Selatan Electro Static Presipitator tahun 2007, Denmark Electrode Wire & EP Mechanism tahun 2007, Swedia Continous Ship Unloader Krupp tahun 2007, Guang Zho China Swirl Unloader Mac GREGOR tahun 2007, Filipina Boiler Plasma Ignition System 2008, Yantai, China Steam Power Plant 600 Mga Watt 2009, Nancang, China

santoso budi Fak Teknik Mesin UNTIRTA ,


OTTO CYCLE

santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA,


Nikolaus Otto lahir di Holzhausen, Jerman pada 10 Juni 1832.

Dalam tahun-tahun awal ia mulai bereksperimen dengan

mesin gas dan menyelesaikan mesin atmosfer pertamanya

pada tahun 1867. Pada tahun 1872 ia bergabung dengan

Gottlieb Daimler dan Wilhelm Maybach dan pada tahun 1876

dikembangkan pertama 4- siklus tak mesin pembakaran

internal berdasarkan prinsip dipatenkan pada tahun 1862 oleh

Alphonse Beau de Rochas.. Nikolaus Otto meninggal pada 26

Januari 1891.

OTTO CYCLE FOUR STROKE



Selama siklus lengkap, gas

kembali ke keadaan suhu

tekanan dan volume semula,

maka perubahan energi

internal netto dari sistem (gas)

adalah nol.

Akibatnya, energi (panas atau

kerja) ditambahkan ke sistem

harus diimbangi dengan energi

(panas atau kerja) yang

meninggalkan sistem.

Energi Gerak ke dalam sistem

sebagai panas atau bekerja

akan negatif.

PERBANDINGAN ACTUAL DAN IDEAL OTTO CYCLE



OTTO CYCLE 4 TAX ( langkah hisap )



PERHITUNGAN PROSES

1.a. 0 ~ 1 LANGKAH HISAP , P = Konstant

Kerja yang dilakukan

W = p ( V1 V0 )

Bila Gas adalah Gas Ideal dan proses berjalan

dengan p konstan. Maka diperpleh rumusan

p .V0 = m . R.T0p .V1 = m . R.T1W = m R ( T 1 - T 0 )

OTTO CYCLE 4 TAX ( langkah tekan)



1 ~ 2 LANGKAH TEKAN , S = Entrophy (Konstant) atau ISENTROPIK

T1 V1(K -1) = T2 V2

(K -1)

T2 V1(K -1)

---- = ----

T1 V2Kerja yang dilakukan

Diperoleh W = p ( V2 V1 )

Bila Gas adalah Gas Ideal dan proses berjalan

dengan p konstan. Maka diperpleh rumusan

m . R.T

Sedang p = --------------,

V

diperoleh

V2Jadi didapatkan W = m R .T ln -------

V1

k = ekponen proses besarnya ~ 1,4 = Cp / Cv

OTTO CYCLE 4 TAX ( langkah pembakaran)



2 ~ 3 LANGKAH PEMBAKARAN , V = Konstant

atau ISOMETRIK ( ISOCHORIS)

Q C = m . CV . T = m . CV ( T 3 - T 2 )

p2 p3Diperoleh -------- = ------

T2 T3

atau p2 T2--------= --------

p3 T3

p2 = tekanan Gas Ideal akhir proses Kompresi dalam satuan ( kPa )

p3 = tekanan Gas Ideal akhir proses pemasukan Kalor dalam satuan ( kPa )

T2 = Temperatur Gas Ideal akhir proses Kompresi dalam satuan ( K )

T3 = Temp Gas Ideal akhir proses pemasukan Kalor dalam satuan ( K )

m = massa Gas Ideal masuk/keluar proses dalam satuan ( Kg )

Cv = Konstanta Gas Ideal pada Volume konstan dalam satuan (J /kg.K )

OTTO CYCLE 4 TAX ( langkah exspansi )



3 ~ 4 LANGKAH EKSPANSI , S = Entrophy (Konstant)

Untuk Isoentropi berlaku T3 V3(k -1) = T4 V4

(k -1)

T3 V4(k -1)

---- = ----

T4 V3

V1 = V4 dapat ditulis

V2 = V3

DARI

T2 V1(k -1) T2 V4

(k -1)

---- = ---- diperoleh ---- = ----

T1 V2 T1 V3T3 V4

(k -1)

---- = ----- diperoleh

T4 V3

DIPEROLEH

OTTO CYCLE 4 TAX ( langkah buang )



4 ~ 1 LANGKAH PEMBUANGAN , V = Konstant

atau ISOMETRIK ( ISOCHORIS)

p4 p1Diperoleh ------- = -----

T4 T1

Q e = m . CV . T = m . CV ( T 4 - T 1 )

p1 = tekanan udara Ideal awal proses Kompresi dalam satuan ( kPa )

p4 = tekanan Gas Ideal akhir proses pembuangan gas dalam satuan ( kPa )

T1 = Temperatur udara Ideal awal proses Kompresi dalam satuan ( K )

T4 = Temp Gas Ideal akhir proses pembuangan gas dalam satuan ( K )



EFFISIENSI OTTO CYCLE



Mengingat proses 3-4, dimana T1/ T4 = T2/ T3

Keterangan Notasi

W = Hasil Kerja proses dalam satuan ( Joule / HP )



T1 = Temperatur Gas Ideal awal masuk proses dalam satuan ( K )

T2 = Temperatur Gas Ideal akhir proses Kompresi dalam satuan ( K )

T3 = Temp Gas Ideal akhir proses pemasukan Kalor dalam satuan ( K )

T4 = Temperatur Gas Ideal pada akhir proses Ekpansi dalam satuan ( K )

t = Efisiensi Thermis dalam satuan ( % )

Efisiensi termal adalah hasil bagi dari kerja bersih (W1-2+ W3-4)

dengan penambahan panas ke dalam sistem ( Q 2-3).

Catatan: panas yang ditambahkan bernilai positif diberi tanda

nilai negatif efisiensi yang masuk akal.

Compression Ratio



Compression Ratio = perbandingan Volume Silinder Sebelum Torak di

kompresikan ( posisi Torak pada Titik Mati Bawah / BDC ) dengan dengan

volume Silinder akhir langkah Kompressi ( posisi Torak pada Titik Mati Atas /

TDC )di lambangkan ( rC )

V 1 V 4rC = ------ = -------

V2 V3Dari proses 3-4 Untuk Isoentropi berlaku T3 V3

(k -1) = T4 V4(k -

1)

Karena

T3 V4 (k -1)

---- = ----- dan

T4 V3Didapatkan

Compression Ratio



Rasio kompresi adalah volume

atas piston di pusat mati bawah

(BDC) dibagi dengan volume

ruang bakar - ruang di atas

piston di pusat mati atas (TMA).

Karena bentuk kompleks dari

ruang pembakaran, biasanya

Anda menghitung volume secara

manual sbb

(Stroke x bore2 * (/4) + Vc ) /Vc =(Stroke x (Bore/2)2 * + Vc) / Vc

Contoh

Diketahui ruang silinder pembakaran (Vc) = 18cc cairan, stroke adalah = 7cm dan

bore/diameter Cylinder = 6 cm . Hitung Compression ratio (r c )

r c = (7cm x(6/2)cm )2 *3.14 +18cc) / 18cc = (7cm x 9 * 3.14) + 18cc) / 18cc

r c = (197.82cc + 18cc) / 18cc = 215.82cc / 18cc = 11.99 = 12 (dibulatkan )

KESIMPULAN OTTO CYCLE



V 1 V 4rC = ------ = -------

V2 V3

T3 V4 (k -1)

---- = ----

T4 V3

1. Efisiensi Otto Cycle sangat dipengaruhi oleh factor (r c ) , k= Cp/Cv

2. Factor (r c ) , k= Cp/Cv pada prinsipnya dibuat agar tercapai harga besar

3. Suhu pembakaran (T3 ) > (T4 ) suhu gas pembuangan

ENGINE PERFORMANCE



ENGINE PERFORMANCE adalah unjuk kerja mesin,

khususnya Internal Combustion Engine / mesin

pembakaran dalam, jadi atas dasar inilah dapat

disimpulkan baik buruknya mesin (seberapa jauh

penyimpanganya ter hadap kondisi barunya)

Parameter kinerja dasar mesin pembakaran dalam (ICE) :

1. Indicated power (i.p.) / Daya :penunjukan

2. Brake power (b.p.):

3. Friction power (f.p.) and Mechanical efficiency (m):4. Indicated mean effective pressure (imep):

5. Brake mean effective pressure (bmep) and brake

thermal efficiency:

6. Specific fuel consumption (s.f.c.):

7. Indicated thermal efficiency ( IT):8. Volumetric efficiency (v):

1. Indicated power (i.p.)



Ini adalah tingkat sebenarnya dari pekerjaan yang

dilakukan oleh fluida kerja pada piston.

Seperti namanya menyiratkan, i.p. yang dapat ditentukan

dari "diagram indikator" sebagai menunjukkan pada

gambar (6-1), dengan mengurangi daerah memompa

lingkaran (- ve) dari area positif dari diagram utama ip.

daya dapat diperkirakan dengan melakukan tes

Morse pada mesin. fisik persamaan untuk i.p. adalah di

mana N adalah jumlah siklus mesin per unit kali, yang

merupakan 1/2 rotasi kecepatan untuk engine empat

stroke, dan kecepatan rotasi untuk engine dua stroke.

Indicated power (i.p.)



i.p. = PmLAN

Ip = Indicated Power ( kg. m /mnt )

P m = pressure mean ( kg / m 2 )

L = length of stroke ( m )

A = area of piston ( m2 )

N = Putaran mesin/engine speed (

rpm)

2. Brake power (b.p.)



Ini adalah output diukur dari mesin. Hal ini biasanya

diperoleh dengan penyerapan kekuatan perangkat seperti

rem atau dynamometer yang dapat dimuat sedemikian rupa

bahwa torsi yang diberikan oleh mesin dapat diukur.

Istirahat listrik diberikan oleh:

b.p. = 2NT

Dimana

b.P = Brake power

N = jumlah siklus mesin per unit kali

T = torsi

Measurement of engine torque / "dynamometer".



Berikut rotor (a), didorong oleh mesin yang akan diuji, di

coupling dgn(elektrik, magnetis, hidrolik atau dengan

gesekan) ke stator (b). dalam satu revolusi poros, yang

perifer rotor bergerak melalui jarak (2 r) melawan gayakopling f (gaya drag).

Setiap alat yang memung

kinkan pengukuran torsi

dan tenaga mesin disebut

"dinamometer".

Ada banyak jenis dynamo

meters; semua beroperasi

pada Prinsip diilustrasikan

pada gambar. (6-5).

Work, Power



r = jari- jari ( meter )

f = gaya lawan pada Coupling ( N )

a = jarak yang ditempuh dalam 1 x putar atau 1 cycle = 2r ( meter)p = pembacaan skala (beban / balok keseimbangan atau bobot) ( N )

R = lengan gaya ( meter )

r x f = moment

3. Friction power (f.p.) danMechanical efficiency (m):



Perbedaan antara i.p. dan bp adalah kekuatan gesekan

(fp) serta daya yang diperlukan untuk mengatasi

perlawanan gesekan dari bagian-bagian mesin

Efisiensi mekanik mesin didefinisikan sebagai :

m biasanya antara 80% dan 90%,

m = bp/ip f.p. = i.p. b.p.

m = Mechanical efficiency (%)f.p. = friction power ( kWatt, HP )

bp = brake power ( kWatt, HP )

ip = indicated power ( kWatt, HP )

4.Indicated mean effective pressure (imep)



Ini adalah tekanan hipotetis

yang jika bekerja pada piston

mesin selama kerja

Hasil stroke yang akan di

pekerjaan yang ditunjukkan

mesin. Ini berarti itu adalah

puncak persegi panjang

memiliki panjang yang sama

dan daerah sebagai siklus

diplot pada diagram p v

Indicated mean effective pressure (imep)



Pertimbangkan satu silinder mesin:

Usaha yang dilakukan per siklus = Pi AL

di mana:

A = luas piston;

L = panjang stroke

Pekerjaan yang dilakukan per menit. = Kerja yang dilakukan

per siklus x siklus aktif per menit.

ip. = Siklus aktif Pi AL x siklus aktif / min

Untuk mendapatkan daya total mesin ini harus dikalikan

dengan jumlah silinder n, i.e .:

Jumlah

i.P = Pi AL Nn / 2 untuk engine empat stroke

Ip = Pi AL Nn untuk engine Dua- stroke

5. Brake mean effective pressure (bmep) dan brake thermal efficiency ( BT)



bmep (Pb) dapat dianggap sebagai yang berarti tekanan

efektif yang bekerja pada piston yang akan memberikan b.p.

diukur, yaitu

b.p. = Pb AL x siklus aktif / minEfisiensi keseluruhan mesin diberikan oleh efisiensi termal

brake ( BT )

bp = brake power ( k Watt )

f = massa bahan bakar yang dikonsumsi per satuan waktu, ( kg /h )Qnet = kalori yang lebih rendah nilai bahan bakar.( k j / kg )

6. Specific fuel consumption (s.f.c.)



Ini adalah massa bahan bakar yang dikonsumsi per satuan

daya output per jam, dan merupakan kriteria produksi

kekuatan ekonomi

Nilai-nilai rendah s.f.c jelas diinginkan. Nilai terbaik khas

1. bsfc untuk mesin SI adalah sekitar 270g / kW.h, dan

2. bsfc untuk mesin C.I. mesin sekitar 200g / kW.h.

Sfc = Specific fuel consumption ( kg / kWh )

f = massa bahan bakar yang dikonsumsi per satuan waktu ( kg/h )bp = brake power ( k Watt )

Indicated thermal efficiency ( IT)



IT = Indicated thermal efficiency ( % ) BT = brake thermal efficiency ( % )bp = brake power ( k Watt )

ip = indicated power ( k Watt )

m = Mechanical efficiency (%)

Volumetric efficiency (v)



Efisiensi volumetrik hanya digunakan pada mesin siklus

empat stroke. Hal ini didefinisikan sebagai rasio volume jika

udara diinduksi, diukur pada kondisi udara bebas, dengan

menempuh Volume silinder:

Efisiensi volumetrik mesin dipengaruhi oleh banyak variabel

seperti rasio kompresi, valve timing, induksi dan port desain,

kadar campuran, laten panas penguapan bahan bakar,

pemanasan muatan induksi, tekanan silinder, dan kondisi

atmosfer.

v = Efisiensi volumetrik

= standard Volume udara NTP untuk memberikan perbandingan

V s =

PERHITUNGAN DAYA MESIN OTTO CYCLE



a. Daya Efektip

0,785 d2 .l. Z .pe. n

Ne = --------------------------- dalam HP ( Horse Power ) atau bhp

60.75.jm

b. Daya Induktip

0,785 d2 .l. Z .pi. n

Ni = ------------------------------ dalam HP ( Horse Power ) atau ihp

60.75.jm

Keterangan Notasi

D = diameter piston dalam satuan ( cm2)

L = panjang langkah piston dalam satuan ( m )

Z = jumlah Silinder dalam satuan buah

pe = tekanan efectip rata-rata dalam satuan ( kg f/cm2 )

pi = tekanan indikatip rata-rata dalam satuan ( kg f/cm2 )

Jm = jenis mesin ( untuk 2 tax jm=1, untuk 4 tax jm=2 )

1 hp = 75 kg. mtr

1 jam = 60 men

Efisiensi Mekanis ( mechanical efficiency ) = m



Adalah merupakan perbandingan Daya Efektif / daya yang

dihasilkan terhadap daya Indikasi / Daya yang

menggerakkan Piston

bhp

m = --------ihp

Pada Efisiensi ini mencerminkan adanya gesekan yang

besarnya = f hp

f hp = ihp - bhp

Efisiensi termal brake ( thermal efficiency ) = t h



Adalah perbandingan antara Energi dalam daya brake

dengan Energi bahan bakar

bhp bhp x 4.500

tb = ------------- = -------------------------------------------fuel hp massa bb / men ) x Nilai Kalor

1 hp = 75 kg. mtr

1 jam = 60 men

Efisiensi Volumetris ( Volumetric efficiency ) = v



Adalah didefinisikan sebagai rasio volume udara aktual yang

terhisap pada kondisi atmosphere (diukur pada kondisi udara

bebas), dengan Volume langkah silinder jika dihitung teoritis:

Efisiensi volumetrik hanya digunakan pada mesin siklus empat

stroke

V ( Volum actual terhisap )

v = --------------------------------------Vs (volume silinder teori )

L = length of stroke ( m )

A = area of piston ( m2 )

N = Putaran mesin/engine speed ( rpm)

n = jenis mesin ( n= 4 untuk 4tax, n=2 untuk 2 tax)

V= Volum actual udara terhisap hasil pengukuran (m3 /min)

Vs= Vol udara terhisap silinder teori hasil perhitungan (m3/min)

Efisiensi Relatip ( Relative efficiency ) = rel



Adalah perbandingan Efisiency thermal siklus Aktual

dengan Siklus Ideal

Efisiensi Thermal Aktual

v = -------------------------------------------Efiiensi udara standard

CONTOH SOAL OTTO CYCLE



Sebuah mesin otto 4 silinder 4 langkah bekerja berdasarkan siklus udara standard.

Compression rasio = 8,6 dan volume langkah piston total = 1000 CC .

Keadaan awal langkah kompressi = 100 kPa, temperature = 18 o C.

Jumlah Enerji yang disuply tiap siklus = 135 Joule.

Cp =0,7165 X 10 3 J /kg . K

Hitung :

a. Efisiensi Thermal mesin Otto Cycle.

b. Tekanan dan temperature akhir langkah supply enerji ( p3 , T3 )

Jawab

Total Langkah piston ( Piston Displacement ) PD =1000 CC

Jumlah Silinder (Z) = 4 buah

Tekanan awal langkah (p1) = 100 kPa

Temperatur awal langkah (T1) = 273+18 K

Enerji masuk (Qc) = 135 J / cycle

Kondisi udara Standard (k) = 1,4

Compression Ratio ( r c ) =

EFISIENSI DAN SUHU AKHIR COMPRESSI



a. Efisiensi thermis Otto Cycle

b. Tekanan akhir langkah supply enerji ( p3)

Isoentropis proses bahwa T1 V1K -1 = T2 V2

K -1

T2 V1(k -1)

----= [ ---- ]

T1 V2V1

(k -1)

T2 = T1 [----]

V2T2 = 291(8,6)

(1,4 1) = 688 , 5 K

VOLUME TDC TIAP SILINDER



V2 = V1/ rcKita tahu V1 = V2 + PD

Sehingga diperoleh :

V1 = V1/ rc + PD

PD = ( V1 - V1/ rc ) kita tahu

PD = 1000 CC ~ 1 liter ~ 1 dm3 ~ 10 -3 m3

PD = (1- 1/ rc) V1 UNTUK 4 SILINDER

10 -3

----- = (1- 1/ 8,6) V1 UNTUK TIAP SILINDER

4

V1 = 0,28 x 10 -3 m3

TEMPERATUR AKHIR LANGKAH SUPLAI ENERGI



Masa gas dalam silinder ( didasari silus udara )

P1 V1m = ---------

R . T1( 100 X 10 3 ) Pa x 0,28 10 -3 m3

m = --------------------------------------------= 0,334x10 -3 Kg

287 J / kg .K x 291 K

m = 0,334 X 10 -3 Kg

Suply Enerji / Cycle ( proses 2 3 )Q C = m . CP . T = m . CP ( T 3 - T 2 )135 J = ( 0,334x10-3kg)(0,7165x103J/ kg.K)(T3 - 688,5) K

T3 =1252,5 K ( 979,40 C )

TEKANAN AKHIR LANGKAH SUPLAI ENERGI



Proses ( 2 3 )berlangsung pada Volume ConstanteKita tahu p2 /T2 = p3 /T3

Didapat

Proses (1 2 )berlangsung pada Isentropik

k k

Kita tahu P1 V1 = P2 V2p2 = p1(V1/ V2 )

k

p2 = p1(rC)k

sedang

p3 = p1 x rck [T3 / T2 ] =(100)x(8,6)

1,4 (1252,5 / 688,5)

p3 = 3.700 k Pa

OTTO CYCLE 2 TAX



Mesin Dua-stroke, atau dua-

siklus, adalah jenis mesin

pembakaran internal yang

melengkapi siklus kerja dengan

dua stroke (atas dan bawah

gerakan) dari piston selama

hanya satu putaran crankshaft.

Hal ini berbeda dengan "mesin

empat-stroke,yang membutuhkan

empat stroke piston untuk

menyelesaikan siklus

Dalam mesin dua-stroke, akhir stroke pembakaran dan awal

langkah kompresi terjadi secara simultan, dengan intake dan

exhaust (atau pembilasan) fungsi yang terjadi pada waktu

yang sama

OTTO CYCLE 2 STEOKE



Otto Cycle 2 Tax terdiri dari empat proses internal

reversible:

1-2 Kompresi secara Isentropik

2-3 Pemasukan panas secara volume Konstan

3-4 Ekspansi secara Isentropik

4-1 Pengeluaran panas secara volume Konstan



intake

Campuran bahan bakar / udara pertama

ditarik ke dalam bak mesin dengan vakum

yang dibuat selama stroke ke atas piston.

Mesin digambarkan memiliki katup intake

kecil;

Namun, banyak mesin menggunakan nilai

rotary dimasukkan ke poros engkol.

kompresi karter

Selama stroke ke bawah, katup si kecil

dipaksa tertutup oleh tekanan crankcase

meningkat. Campuran bahan bakar

kemudian dikompresi dalam bak mesin

selama sisa stroke.



Transfer / Exhaust

Menjelang akhir stroke, piston

mengekspos port intake, sehingga

campuran bahan bakar / udara

terkompresi di bak mesin untuk

melarikan diri sekitar piston ke dalam

silinder utama. Ini mengusir knalpot

gas keluar pelabuhan knalpot,

biasanya terletak di sisi berlawanan

dari silinder. Sayangnya, beberapa

campuran bahan bakar segar

biasanya dikeluarkan juga.

Compression

The piston then rises, driven by flywheel momentum, and compresses the fuel

mixture. (At the same time, another intake stroke is happening beneath the

piston).

Kerja

Di bagian atas stroke, busi membakar campuran bahan bakar. Pembakaran

bahan bakar mengembang, mengemudi piston ke bawah, untuk menyelesaikan

siklus. (Pada saat yang sama, langkah kompresi crankcase lain yang terjadi di

bawah piston.)



Siklus Otto dijalankan dalam sistem tertutup, dan

mengabaikan perubahan energi kinetik dan potensial,

keseimbangan energi untuk salah satu proses dinyatakan,

atas dasar unit massa, seperti

Tidak ada pekerjaan yang terlibat selama dua proses

perpindahan panas karena keduanya

mengambilmenempatkan pada volume konstan. Oleh karena

itu, perpindahan panas ke dan dari kerjacairan dapat

dinyatakan sebagai

EFISIENSI TERMIS OTTO CYCLE 2 TAX



Kemudian efisiensi termal dari siklus Otto yang ideal di

bawah standar udara dinginasumsi menjadi

Proses 1-2 dan 3-4 Isentropik, dimana V2 =V3 dan V4 =V1.

Dengan demikian,

Persamaan diatas dapat diganti ke dalam Persamaan

efisiensi termal sbb

dimana

TERIMAKASIH

santoso budi, Fak Tek Mesin, UNTIRTA ,


Documents

4. Mke 2 Int Ignition Engine