SIKLUS DIESEL DAN SIKLUS DUALFuad Abdillah, ST, MT
A. PENGERTIAN SIKLUS DIESELSiklus diesel yang merupakan siklus
dari mesin penyalaan kompresi (compression-ignition) ditemukan oleh
Rudolph Diesel pada tahun 1890. Perbedaan mesin diesel dengan mesin
otto terletak pada permulaan pembakarannya. Pada motor bensin,
campuran udara-bensin dikompresi dibawah temperatur pembakaran
bahan bakar dan proses pembakarannya dimulai dari percikan bunga
api pada busi. Sedangkan pada mesin diesel, udara murni diisap dan
dikompresi diatas temperatur pembakaran bahan bakar. Jadi, pada
mesin diesel tidak terdapat karburator dan busi tetapi diganti oleh
injektor bahan bakar.
Pada mesin bensin, yang dikompresi adalah campuran udara-bensin
dan besarnya perbandingan kompresi dibatasi oleh temperatur
terbakarnya bensin. Pada mesin diesel, yang dikompresi adalah
udaranya saja sehingga mesin diesel dapat didesain pada
perbandingan kompresi yang tinggi, antara 12 sampai 24. Proses
injeksi bahan bakar dimulai pada saat piston hampir mencapai titik
mati atas dan masih berlangsung beberapa saat setelah piston
mencapai TMA. Oleh karena itu, proses pembakaran pada mesin diesel
terjadi pada interval waktu yang relative panjang dibanding dengan
mesin bensin. Dengan interval waktu pembakaran yang relatif panjang
tersebut, maka proses pemasukan panas didekati (approximated)
sebagai proses tekanan konstan, sedangkan tiga proses lainnya sama
dengan mesin bensin.
Perbandingan kompresi: = Perbandingan Potong (Cutoff ratio) = =
Efisiensi Diesel :
Proses 1 2 : Kompre si Adiabatis
Proses 2 -3 : Tekanan K
Proses 3 4 : Ekspansi Adiabatis
Setelah nilai dari dimasukkan ke persamaan efisiensi, maka
dihasilkan :
Perbandingan efesiensi antara mesin diesel dengan mesin bensin
(=1-) adalah terletak pada nilai suku yang ada didalam kurung
dimana nilainya selalu lebih besar dari satu. Oleh karena itu,
dapat disimpulkan bahwa jika perbandingan kompresi antara mesin
bensin dan mesin diesel sama maka efisiensi mesin bensin lebih
tinggi dibanding mesin diesel ( ). Namun, harus diingat bahwa mesin
diesel dapat dioprasikan pada perbandingan kompresi yang lebih
tinggi tanpa khawatir akan terjadi pembakaran sebelum waktunya
sehingga efisiensi mesin diesel lebih tinggi dari mesin otto.
Selain itu, proses pembakaran mesin diesel lebih sempurna karena
mesin diesel beroprasi pada putaran lebih rendah maka mesin diesel
menjadi pilihan untuk keperluan mesin dengan power besar seperti
mesin lokomotif, kapal laut, truk, dan lain lain.Prinsip kerja
mesin diesel mirip seperti mesin bensin. Perbedaannya terletak pada
langkah awal kompresi atau penekanan adiabatik (penekanan adiabatik
= penekanan yang dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor atau
panas tidak sempat mengalir menuju atau keluar dari sistem. Sistem
untuk kasus ini adalah silinder. Kalau dalam mesin bensin, yang
ditekan adalah campuran udara dan uap bensin, maka dalam mesin
diesel yang ditekan hanya udara saja. Penekanan secara adiabatik
menyebabkan suhu dan tekanan udara meningkat.Selanjutnya injector
atau penyuntik menyemprotkan solar. Karena suhu dan tekanan udara
sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke dalam
silinder dan solar langsung terbakar. Tidak perlu memakai busi
lagi. Perhatikan besarnya tekanan yang ditunjukkan pada diagram di
bawah.
Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal atau sempurna.
Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan
pada tekanan konstan - penyuntik atau injector menyemprotkan solar
dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar
mengalamipemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan
- gas yang terbakar dibuang kepipa pembuangan dan udara yang baru,
masuk ke silinder (d-a).
Zat kerja untuk mesin diesel adalahudara dan solar. Zat kerja
biasanya menyerapkalor pada suhu yang tinggi (QH), melakukan usaha
aliaskerja (W), lalu membuang kalor sisapada suhu yang lebih rendah
(QL). Karena energi kekal, maka QH = W + QL.
Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin
pembakaran dalam (internal combustion engine) (biasanya disebut
sebagai motor bakar saja). Prinsip kerja motor diesel adalah
merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di
dapatkan melalui proses reaksikimia (pembakaran) daribahan bakar
(solar)dan oksidiser (udara)di dalam silinder (ruang bakar).
Penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau
dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya
memiliki satu torak.Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan
udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol
menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerakbolak-balik
(reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak
rotasi olehporos engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi
poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada
langkah kompresi. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya akibat
tekananmaka motor diesel juga disebut Compression Ignition
Engine.
Diagram P-V Motor Diesel 2 Langkah dan 4 Langkah
Siklus motor diesel merupakan siklus udara pada tekanan konstan.
Pada umumnya jenis motor bakar diesel dirancang untuk memenuhi
siklus ideal diesel yaitu seperti siklus otto tetapi proses
pemasukan kalornya dilakukan pada tekanan konstan. Perbedaannya
mengenai pemasukan sebanyak qm pada siklus diesel dilaksanankan
pada tekanan konstan. Gambar Diagram P-V Motor Diesel 2
langkah:
Keterangan:1-2 = Langkah kompresi tekanan bertambah, Q = c
(adiabatic)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3-4 = Langkah kerja V bertambah, P turun (adiabatic)
4-5 = Awal Pembuangan
5-6 = Awal Pembilasan
6-7 = Akhir Pembilasan Gambar Diagram P-V Motor Diesel 4
langkah: Keterangan:
0-1 = Langkah isap pada P = c (isobarik)
1-2 = Langkah kompresi , P bertambah, Q = c (adiabatik)
2-3 = Pembakaran, P naik, V = c (isokhorik)
3]\
-4 = Langkah kerja P bertambah, V = c (adiabatik)
4-1 = Pengeluaran kalor sisa pada V = c (isokhorik)
1-0 = Langkah buang pada P = c Diagram P-V Motor Gabungan dan
Supercharger
Siklus gabungan merupakan siklus udara pada tekanan terbatas.
Apabila pemasukan kalor pada siklus dilaksanakan baik pada volume
konstan maupun tekanan konstan, siklus tersebut dinilai sebagai
siklus tekanan terbatas atau siklus gabungan. Dalam siklus ini
gerak isap (0-1) dimisalkan berimpit dengan garis buang (1-0)
sedangkan proses pemasukan kalor berlangsung selama proses (2-3a)
dan (3-3a). Sebenarnya kedua gris tersebut tidak perlu berimpit,
garis buang berada diatas atau dibawah garis isap. Pada Naturally
Aspirated Engine garis buang berada diatas garis isap. Pada Engine
Supercharger udara pada waktu langkah isap dipaksa masuk ke
silinder oleh pompa udara yang digerakkan oleh mesin itu sendiri,
disitu garis buang akan berada dibawah garis isap.
Untuk kompresi rasio yang sama siklus diesel mempunyai efisiensi
yang lebih tinggi dibandingkan dengan siklus otto. Adapun rumus
untuk mencari efisiensi siklus diesel adalah:
Efisiensi siklus diesel yang tinggi menyebabkan siklus ini
digunakan untuk mesin-mesin dengan kapasitas besar. Seperti yang
terdapat pada truk, lokomotif, mesin kapal, dan pembangkit tenaga
listrik darurat (genset).DAFTAR PUSTAKANakoela Soenarta dan Shoichi
Furuhama. (1995). Motor Serba Guna, Jakarta :
Penerbit PT Pradnya Paramita.
J. Trommel Mans. (1991). Mesin Diesel, Jakarta : Penerbit PT
Rosda Jayaputra.
Anonim. (1979). Diesel Manual Handbook, Tokyo : Mitsubishi
Motors.
Anonim. (1995). Materi Pelajaran Engine Group Step 2, Jakarta :
PT Toyota Astra Motor.
Anonim. (1995). New Step 1 Training Manual, Jakarta : PT Toyota
Astra MotorTugas Mahasiswa untuk mata kuliah Termodinamika1. Resume
makalah diatas ( siklus diesel dan siklus dual ) dengan tulisan
tangan ( bukan diketik ) dalam kertas folio bergaris minimal 3
lembar folio bergaris
2. Kerjakan soal berikut ini:
Motor berbahan bakar minyak solar bekerja dengan siklus dual.
Perbandingan kompresi keseluruhan 18:1 dan pemasukan energi pada
tekanan konstan 550 + X kcal/kg serta pada volume konstan 430
kcal/kg. Tekanan pada Kondisi masuk 1 kg/cm2 dan temperature 20 oC.
Bila k=1,4 hitung ( keterangan X = satu nomor terakhir NPM )a.
Usaha yang dilakukan oleh mesin diesel tersebut
b. Efisiensi panas pada mesin diesel tersebut 3. Dikumpulkan
maksimal bersamaan dengan pelaksanaan UAS ( mata Uji Termodinamika
)
