Tugas Motor Bakar

ANALISIS TERMODINAMIKA PADA SIKLUS UDARA

Oleh

SOPYAN ALI ROHMAN

F1C 008 050

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MATARAM

2010

PENDAHULUANPada siklus daya uap, fluida kerja berada dalam dua fase, cair dan gas. Tetapi pada siklus

daya gas fluida kerjanya selalu berada dalam fase gas. Karena fluida kerja didominasi oleh udara maka siklus daya gas disebut siklus standar udara. Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar torak sangat kompleks untuk dianalis menurut teori. Untuk memudahkan analisis tersebut kita perlu membayangkan suatu keadaan yang ideal. Makin ideal suatu keadaan makin mudah dianalisis, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya. pada umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal.

Siklus udara menggunakan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai :

1. Urutan proses2. Perbandingan kompresi3. Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan 4. Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara.

Asumsi-asumsi pada siklus daya gas adalah:1. Fluida kerja adalah gas ideal dan mempunyai sifat seperti udara.2. Semua proses adalah reversible.3. Proses pembakaran digantikan oleh pemasukan kalor ke sistem dan proses

pembuangan digantikan oleh proses pembuangan kalor ke lingkungan.4. Kalor spesifik selalu konstan dan dievaluasi pada temperatur 25oC (Cold air standard

cycle).

Jenis-jenis siklus daya gas yang akan di bahas dalam makalah ini:1. Siklus udara volume-konstan (siklus Otto).2. Siklus udara tekanan-konstan (Siklus Diesel)3. Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan).4. Siklus Bryton

Pada siklus Otto dan Diesel kita menganggap sebuah system tertutup yang bekerja dengan jumlah udara yang sama sepanjang siklus tersebut. Pembakaran hidrokarbon dianggap sebagai penambahan panas; karena jumlah udara jauh lebih besar dibandingkan dengan jumlah bahan bakar, hal ini merupakan model kualitatif yang baik yang tidak membutuhkan pengetahuan tentang pembakaran aktual. Panas biasanya dikeluarkan dari mesin-mesin jenis ini sebagai produk pembakaran. Dua konsep baru adalah rasio kompresi dan tekanan efektif. Untuk siklus Brayton, kita mengasumsikan sebagai mesin-mesin kontrol volume yang mewakili sebuah turbin gas. Pembakaran dimodelkan sebagai sebuah penukar panas (menerima panas).

A. Gas Ideal1. Persamaan-Persamaan Gas Ideal

Persamaan keadaan gas ideal adalah: P .V =n . R .T ……………………(1.1)

Dimana :

V = volume [m3] P = tekanan absolut [kPa] n = jumlah mol [kmol] T = temperatur [K] R = konstanta gas umum. Besarnya sama untuk semua gas

= 0,08314 bar.m3/(kmol.K) = 8,314 kJ/(kmol.K)

= 8,314 kPa. m3/(kmol.K) = 1545 ft.lbf/(lbmol.R)

= 0,730 atm.ft3/(lbmol.R) = 1,986 Btu/(lbmol.R)

= 10,73 psia. ft3/(lbmol.R) Dalam bidang engineering gas-gas seperti udara, nitrogen, oksigen, hidrogen,

helium, argon, neon, kripton, dan karbon dioksida dapat dianggap sebagai gas ideal. Kesalahan dalam menerapkan rumus gas ideal terhadap gas-gas tersebut sangat kecil yaitu tidak lebih dari satu persen , karena itu kesalahan tersebut dapat diabaikan.

2. Kalor Spesifik Gas Ideal Secara umum kalor spesifik suatu zat merupakan fungsi dari temperatur dan

tekanan. Akan tetapi dengan semakin kecil tekanan sifat gas nyata akan semakin mendekati sifat gas ideal, akibatnya pengaruh tekanan terhadap kalor spesifik dapat diabaikan. Karena itu kalor spesifik gas ideal sering pula disebut kalor spesifik tekanan nol, dinotasikan dengan cp,0 dan cp,o. Akan tetapi dalam materi ini cukup dinotasikan saja dengan cp dan cp.Berdasarkan teori kinetik gas dan mekanika statistik kuantum diperkirakan bahwa nilai cp gas ideal untuk gas monoatomik adalah 25R atau cp= 25x 8,314 kJ/(kmol.K) = 20,785 kJ/(kmol.K) atau dibulatkan 20,8 kJ/(kmol.K). Berarti dari persamaan 3.6 nilai cv untuk gas monoatomik adalah 23R atau cp= 23x 8,314 kJ/(kmol.K) = 12,471 kJ/(kmol.K) atau dibulatkan 12,5 kJ/(kmol.K).

3. Hubungan Antara Energy Dalam, Entalfi Dan Kalor Spesifik Pada Gas Ideal Pada semua zat yang kompresible, berlaku :

du=cv dT+ ( ∂ u∂ v )|

T

dv

Dimana cv adalah kalor spesifik pada volume konstan. Bagian ( ∂ u∂ v )|

T

adalah perubahan

energi dalam dengan mengubah volume pada temperature konstan. Dari tinjauan

mikroskopik energi dalam gas ideal bukanlah fungsi dari volume sistem. Pada gas ideal tidak ada gaya antar partikel sehingga perubahan ruang antar partikel akibat perubahan volume sistem tidak akan mempengaruhi energinya. Hasil ini dikonfirmasikan oleh Joule pada tahun 1843. Hasilnya eksperimennya secara tidak langsung menandakan bahwa energi dalam dari gas pada tekanan rendah merupakan fungsi dari temperatur saja.

Karena itu bagian( ∂ u∂ v )|

T

sama dengan nol, dan persamaan menjadi:

du = cv dT

Dari persamaan ini jelas terlihat bahwa energi dalam dari gas ideal merupakan fungsi dari temperatur saja. Selanjutnya dari defenisi entalpi:

h = u + P.v ……..(1.2) dan dari persamaan gas ideal (1.2) diperoleh:

dh= du + d(P.v) = cv dT + d(R.T); karena R diasumsi konstan maka

dh= cv dT + RdT ………….(1.3)

Karena bagian paling kanan persamaan di atas fungsi dari temperatur, maka entalpi untuk gas ideal juga merupakan fungsi dari temperatur saja. Kembali pada rumus umum entalpi, zat apa saja yang compressible berlaku:

d h=c pdT +( ∂ h∂ P )|

T

dP

Oleh karena entalpi untuk gas ideal merupakan fungsi dari temperatur saja, maka bagian dP sama dengan nol. Hasilnya, untuk gas ideal berlaku:

dh = cp dT …………………(1.4)

Dengan mensubstitusi (1.3) ke (1.4) diperoleh: cp dT = cv dT + RdT

atau cp - cv = R ………………….(1.5)

Tentu saja persamaan terakhir ini berlaku khusus untuk gas ideal.

4. Persamaan Gas Ideal Dalam Siklus Daya Gas

Proses isentrofik

P .V k=konstan ;dimana k=C p

C v

Proses isothermalP .V =konstan

Proses isohorik (volume konstan)PT

=konstan

Proses isobaric (tekanan konstan)VT

=konstan

Oleh karena fluida yang digunakan dalam siklus standar udara selalu udara (gas ideal) maka sifat-sifat yang dipakai dalam perhitung adalah sifat udara. Pada Cold Air Standar Cycle sifat udara selalu dievaluasi pada temperatur 25oC dan sifat-sifat tersebut adalah sebagai berikut:

R=0 ,287 kJ /( kg . K )C p=1 , 0035 kJ /( kg . K )

k=1 ,4C v=0 , 7165 kJ / (kg . K )

Demikian pula nilai energi dalam, u, dan entalpi, h, juga tidak konstan. Untuk memperoleh hasil yang lebih akurat tentunya semua sifat udara harus dievaluasi pada temperatur yang bersangkutan atau temperatur rata-rata. Perlu diperhatikan bahwa persamaan kesetimbangan energi harus selalu menjadi acuan dalam menganalisis sebuah sistem. Untuk penyegaran, persamaan kesetimbangan energi pada sistem terbuka adalah

Q − W = ΔH + ΔEk + ΔEp + ΔEotherDan untuk sistem tertutup

Q − W = ΔU + ΔEk + ΔEp + ΔEotherAkan tetapi pada sistem tertutup dimana boundary berubah, misalnya system piston silinder, maka harus memperhatikan proses yang terjadi. Misalnya piston mengalami proses tekanan konstan dari titik 1 ke titik 2, tetapi volume berubah, maka kerja yang terjadi

W1−2 = P (V2 – V1)Dengan mengabaikan perubahan energi kinetik dan energi potensial serta energy lain yang ada di dalam sistem maka persamaan kesetimbangan energi menjadi

Q1−2 − W1−2 = U2 − U1

Q1−2 − P (V2 – V1) = U2 − U1

Q1−2 = U2 − U1 + P (V2 – V1)Q1−2 = (U2 + PV2) − ( U1 + PV1) dimana H = U + PVQ1−2 = H2 − H1

Keterangan :cv = kalor spesifik pada volume konstan [kJ / (kg . K )]cp = kalor spesifik pada tekanan konstan [kJ / (kg . K )]Q = kalor yang diterima/dilepaskan oleh system [joule]W = usaha yang diterima/dilepaskan oleh system [joule]U = energy dalam [joule]H = entalpi [joule]k = kalor spesifik ratio

B. Siklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto) Mesin empat langkah pertama kali didemonstrasikan oleh Nikolaus Otto pada tahun

1876. Mesin empat langkah sekarang ini semakin populer. Hampir semua jenis kendaraan telah menggunakan mesin empat langkah. Di Indonesia produsen sepeda motor yang dulunya dua langkah kini beralih ke empat langkah. Ini karena mesin empat langkah lebih hemat dalam penggunaan bahan bakar. Motor empat langkah ada yang berbahan bakar bensin dan ada pula yang solar. Sebenarnya yang didemonstrasikan oleh Otto merupakan prinsip kerja dari motor

bensin , dan karena itulah prinsip kerja motor bensin sering disebut siklus Otto. Motor bensin sering pula disebut motor penyalaan cetus (spark ignition engine). Daya yang dihasilkan di dalam silinder disebut daya indikasi (indicated horse power). Sebagian daya itu hilang selama proses transmisi karena gesekan mekanis dan gesekan fluida. Sebagian lagi dipakai untuk menggerakkan alat bantu mesin seperti pompa bahan bakar, generator dan pompa air pendingin. Total daya yang diteruskan oleh poros mesin disebut daya pengereman (brake horse power).

Efisiensi mekanis mesin adalah:

ηmec h=brake h orse power

indicated h orse power

Gambar 1. Diagram P vs. v dari siklus volume konstan

Tekanan efektif rata-rata (mean effective pressure,mep) didefenisikan sebagai tekanan konstan yang bila bekerja pada piston selama langkah kerja akan menghasilkan kerja yang sama dengan kerja bersih pada siklus aktual. Besarnyaadalah kerja bersih dibagi dengan volume langkah (displacement volume or stroke volume ), Proses pada siklus mesin empat langkah adalah : langkah isap (intake), kompressi (compression), kerja (power) dan buang (exhaust)

1. Proses yang terjadi pada Siklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto)

Langkah Isap (Intake stroke).Katup masuk terbuka sedangkan katup buang tertutup. Piston bergerak dari titik mati

atas, TMA, (top dead center, TDC) menuju ke titik mati bawah, TMB (Bottom Dead Center, BDC), menyebabkan tekanan di dalam silinder vakum (lebih rendah dari tekanan atmosfir). Akibatnya campuran udara bahan bakar tersedot masuk. Saat piston sampai di bawah katup pemasukan tertutup.

Gambar2. Langkah hisap

Langkah kompressi (Compression stroke).Katup masuk dan katup buang tertutup. Piston bergerak dari TMB menuju ke TMA.

Campuran udara bahan bakar ditekan sehingga tekanan dan temperaturnya naik. Temperaturnya mendekati temperatur auto ginition.

Gamabar 3. Langkah kompressi

Langkah kerja(Power stroke).Kedua katup masih tertutup. Saat piston mendekati TMA gas di dalam silinder dibakar

oleh cetusan bunga api dari busi. Hasil pembakaran ini menghasilkan tekanan yang sangat besar dan mendorong piston ke TMB. Gerakan translasi piston diubah menjadi gerakan rotasi poros engkol yang selanjutnya akan menggerakkan kendaraan.

Gambar 4. Langkah kerja

Langkah Buang (Exhaust stroke).Katup masuk tertutup, katup buang terbuka. Pada akhir langkah kompressi yaitu saat

piston di TMB, katup buang terbuka. Piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas hasil

pembakaran ke luar. Sampai di TMA katup buang tertutup dan katup masuk terbuka langkah isap dimulai lagi.

Gambar 5. Langkah buang

2. Diagram P-V dan T-s

Gambar 6 Siklus ideal motor bensin (a) Diagram P-V (b) Diagram T-s(c ) Sistem piston silinder

Ditinjau dari gambar 6 proses di dalam silinder sebagai berikut :

Proses 1-2 : proses kompresi ; diasumsikan bahwa proses ini berlangsung secara isentrofis (reversible adiabatic). Piston bergerak dari BDC ke TDC. Temperature di titik 2 lebih besar dari pada temperature di titik 1.

P1V 1k=P2V 2

k

Atau

T2

T1

=(V 1

V 2)

k−1

Prosese 2-3 : pemasukan kalor pada volume konstan, temperature, tekanan dan entropy meningkat, system tidak melakukan atau dikenai kerja sehingga W=0. Kalor di masukkan ke system.

Q¿=mc v (T 3−T 2 )

Proses 3-4 : proses ekspansi; diasumsikan bahwa proses ini berlangsung secara isentrofis (adiabatic reversible). Piston bergerak dari TDC ke BDC, temperature dan tekanan menurun.

P3 V 3k=P4 V 4

k

Atau

T 4

T 3

=(V 3

V 4)

k−1

Proses 4-1 : proses pengeluaran kalor. Setelah torak mencapai TMB sejumlah kalor dikeluarkan

dari dalam silinder sehingga temperatur fluida kerja akan turun dari T4 menjadi T1.

Proses ini berlangsung pada volume-konstan (V4 = V1 atau v4 = v1) sehingga W4-1 =

0. Maka jumlah kalor yang harus dikeluarkan adalah sebanyak

Qout=mcv (T 4−T 1 )

Kerja netto pada siklus

W net=Q¿−Qout

Efisiensy termal pada siklus

ηt h=W net

Qnet

Untuk k dan cv adalah konstan, maka :

ηt h=1−T 1

T 2

=1− 1r v

k−1

Dimana r v adala h rasio kompresi=V 1

V 2

=V 4

V 3

Perhatikan bahwa efisiensi termal adalah fungsi dari rasio kompresi rv. Oleh karena itu sebuahpeningkatan hasil kompresi rasio pada peningkatan efisiensi termal.

Dalam spark ignition engine, batas atas dari rasio kompresi ditentukan oleh suhu pembakaran bahan bakar. Suhu campuran bahan bakar udara pada akhir langkah kompresi harus berada di bawah temperatur penyalaan bahan bakar. Jika batas ini terlampaui, dengan kecepatan tinggi, meneyebabkan terjadinya tekanan gelombang pembakaran tinggi (gelombang detonasi) sehingga terjadi knoking.

Mengacu pada diagram Ts pada Gambar 6, ruang a-2-3-b-a sama dengan jumlah panas yang ditransfer ke sistem selama proses volume konstan 2-3. Karena T6 adalah suhu terendah dimana panas dapat ditolak, proses 5-6 sesuai dengan penolakan panas minimum mungkin. Area di atas proses 5-6 (daerah 6-2-3-5-6) adalah energi yang tersedia, area di bawah ini (daerah yang a-6-5-b-a) adalah energi tidak tersedia.

C. Siklus Udara Tekanan Konstan (Siklus Diesel)

Siklus Diesel adalah siklus ideal yang diterapkan pada motor berbahan bakar Diesel. Proses pembakaran terjadi karena tekanan tinggi yang ada di dalam ruang bakar. Bahan bakar yang diinjeksikan akan terbakar karena dengan tekanan tinggi tersebut juga menaikkan temperatur dari bahan bakar hingga mencapai titik nyalanya. Karena sistem penyalaannya ini maka sering pula disebut motor penyalaan kompresi (compression ignition engine).

Gambar 7. Siklus ideal compression ignition engine (a) Diagram P-V (b) Diagram T-s

(c ) Sistem piston silinder

Siklus ideal mengasumsikan bahwa pemasukan kalor terjadi pada tekanan konstan yang dimulai pada piston berada di TDC.

1. Istilah-Istilah

v1 = v4→ volume silinderv2 →clearance volume (Vclearance)v1 - v2 = vL→ displacement atau volume langkah, stroke volume (Vstoke)

Rasio compresi.

r v=v1

v2

Cut off ratio

rc=v3

v2

Cut off ratio menunjukkan persentase langkah selama pemasukan kalor.

2. Proses yang terjadi pada siklus dieselProses 1-2 : kompresi adiabatic isentropic.

P1 v1k=P2 v2

k

AtauT2

T1

=( v1

v2)

k−1

Proses 2-3 : Pemasukan kalor pada tekanan konstan ( volume konstan pada Otto). Proses ini menghasilkan kerja dan kalor. Besarnya kerja yang masuk ke sistem adalah

Win = P2 (v3 – v2) = P3 (v3 – v2)

Hukum Thermo I untuk sistem tertutup dengan mengabaikan perubahan energi potensial dan energi kinetik

q – w = u3 – u2 atau q = w + u3 – u2

Dengan demikian jumlah kalor yang dimasukkan ke sistem adalahqin = P2 (v3 – v2) + u3 – u2

= ( P3 .v3 + u3 ) – (P2 .v2 + u2 )= h3–h2

Pada gas ideal berlaku dh = cp.dT, sehingga

q1 n=cv (T3−T2 )

Proses 3-4 : Ekspansi adiabatic isentrofik

P3 v3k=P4 v4

k

AtauT 4

T 3

=( v3

v 4)

k−1

Proses 4-1 : pembuangan kalor pada volume konstan. Karena Fluida kerja nya adalah gas ideal maka berlaku :

du=cv dTqout=c v (T 4−T 1 )=u4−u1

Efisiensi termal siklus

η=1−qout

q1n

Tekanan efektif rata-rata

mep=q¿ηv L

=W net

v L

D. Siklus Gabungan (Dual Cycle)Siklus udara tekanan-terbatas (siklus gabungan). Apabila pemasukan kalor pada suatu

siklus dilaksanakan baik pada volume-konstan maupun pada tekanan-konstan, siklus tersebut dinamai siklus tekanan-terbatas atau siklus gabungan. Dual cycle lebih mendekati siklus aktual motor pembakaran dalam modern dengan bahan bakar solar. Pemasukan kalor terjadi pada volume konstan dan tekanan konstan

Gambar 8. Diagram P-v dan T-s siklus gabungan

Proses yang terjadi pada siklus diesel

Proses 1-2 : peruses kompresi yang dilakukan secara isentropis

P1 v1k=P2 v2

k

AtauT2

T1

=( v1

v2)

k−1

Atau

T2

T1

=( P2

P1)

k −1k

Proses 2-3 : pemasukan kalor pada volume konstan

q inv=cv (T 3−T 2 )¿u3−u2

Proses 3-4 : pemasukan kalor padatekanan konstan, awal langkah ekspansi

q inp=c p (T 4−T3 )¿h4−h3

Proses 4-5 : ekspansi isentropic

P4 v4k=P5 v5

k

AtauT 5

T 4

=( v 4

v5)

k−1

Atau

T 5

T 4

=( P5

P4)

k−1k

Proses 5-1 : pembuangan kalor pada volume konstan

qout=c v (T 5−T 1 )=u4−u1

Total kalor yang dimasukkan ke dalam system

q¿=qinv+qinp

q¿=cv (T 3−T 2 )+c p (T 4−T 3 )

Rasio compresi.

r v=v1

v2

Cut off ratio

rc=v4

v3

Rasio tekanan isokhorik

r pv=P3

P2

Efisiensi thermal siklus

η=1−qout

q¿

¿1−cv (T5−T1 )

cv (T3−T2 )+cp (T 4−T3 )

¿1− 1rv

k −1 [ (r pv . rck )

k . r pv ( rc−1 )+r pv−1 ]E. Siklus Brayton

Untuk menggerakkan pesawat terbang di udara dibutuhkan semacam system propulsi untuk mendorongnya. Sistem propulsi yang paling banyak digunakan pada pesawat moderen adalah mesin turbin gas. Mesin turbin ada dalam berbagai bentuk seperti turbojet, turbofan dan turbopropeller. Tetapi dari berbagai jenis mesin turbin tersebut semuanya mempunyai inti yang sama yaitu kompressor, ruang bakar dan turbin penghasil tenaga yang menggerakkan kompressor dan peralatan assesori lainnya. Sistem termodinamika dari semua jenis mesin turbin di atas juga sama. Siklus ideal yang dapat menggambarkan prinsip kerja mesin pesawat dan sistem turbin gas lainnya adalah siklus Brayton (George Brayton, ilmuwan Amerika, 1830-1892). Sebenarnya

John Barber (Inggris) adalah orang yang pertama kali membuat konsep dasar tentang mesin kalor untuk membangkitkan tenaga. Udara dan gas dikompressi dan dibakar untuk menghasilkan produk pembakaran yang selanjutnya dipakai untuk menggerakkan turbin sehingga dihasilkan daya. Idenya ini dipatenkan pada tahun 1791 dan selanjutnya Brayton yang mengembangkannya. Siklus Brayton kadang disebut siklus Joule.

Gambar 9. Disain yang dibuat oleh George Bryton tahun 1870

Sekarang siklus Brayton ini selalu diassosiasikan dengan turbin gas meski sebenarnya Brayton tak pernah membuat mesin selain mesin berpiston. Selain untuk pesawat terbang, siklus Brayton juga diaplikasikan pada PLTG yang menunjukkan hasil yang sangat efisien dibanding sistem pembangkit lainnya dan pada kapal laut ukuran besar. Pada penggunaan di pesawat terbang, daya yang dihasilkan sebagian besar dipakai untuk menggerakkan kompressor. Hanya sebagian kecil saja yang dipakai untuk menggerakkan generatro listrik. Listrik yang dihasilkan selanjutnya dipakai untuk hal-hal lain di dalam pesawat seperti lampu, AC, dan peralatan listrik lainnya.

Gambar 10. Mesin turbo jet untuk keperluan militer

Gambar 11. Siklus tertutup

Gambar 12. Siklus terbuka

1. Siklus Ideal BraytonSeperti sistem tenaga uap, siklus Brayton adalah terbuka.

q – w = (he − hi ) kJ/kg

Proses 1→2 di dalam kompressorKarena adiabatik q = 0-w1-2 = h2 – h1

Tanda (-) pada kerja kompreses menunjukkan bahwa kompresor membutuhkan kerja,Jadi kerja kompressor:

wc = w1−2 = h2 – h1

Proses 2→3 : pemasukan kalor pada tekanan konstan, Proses pemasukan kalor diasumsi berfungsi seperti heat exchanger. Sebagaimana dibahas pada siklus ideal Rankine, proses yang reversible berlakuw rev=∫ vdP. Ini berarti pada proses 2-3 tidak ada kerja (dP=0). Besarnya kalor yang dimasukkan ke sistem:

q¿=q2−3=h3−h2

Proses 3→4 : di dalam turbin, Karena adiabatik q = 0−w3−4=h4−h3

wT=w3−4=h3−h4

Gambar 13. Diagram T-s dan P-v siklus Brayton

Proses 4→1 : pembuangan kalor pada tekanan konstan, Identik dengan proses 2-3, tidak ada kerja pada proses tersebut (dP=0). Besarnya kalor yang dibuang ke lingkungan:

q4−1=h1−h4

Sudah standar bahwa kalor yang keluar sistem adalah negatif. Karena kalor keluar system, Jadi kalor yang dibuang ke lingkungan adalah:

qout=q3−4=h4−h1

Efisiensy termal pada siklus ideal Brayton

ηth=W net

q¿=

( h3−h4 )−( h2−h1)( h3−h2)

=1−h4−h1

h3−h2

Siklus Brayton beroperasi pada dua garis tekanan konstan, karena itu pressureratio menjadi penting. Pressure ratio adalah perbandingan tekanan sedangkan compression ratio

adalah perbandingan volume. Pressure ratio pada siklus ideal Brayton di atas adalah:

r p=P2

P1

=P3

P4

2. Analisis dengan Cold air standard cycle

Proses 1→2 : Kompressi adiabatik isentropik.

P1 v1k=P2 v2

k

AtauT2

T1

=( v1

v2)

k−1

Atau

T2

T1

=( P2

P1)

k −1k = (r p )

k−1k

Proses 2→3: Kalor dimasukkan pada volume konstan

q¿=q2−3=h3−h2

Pada gas ideal berlaku :dh=c p dT

q¿=c p (T 3−T 2 )Proses 3→4 : ekspansi adiabatic-isentropis

P4 v4k=P3 v3

k

AtauT 4

T 3

=( v3

v 4)

k−1

Atau

T 3

T 4

=( P3

P4)

k−1k =(r p )

k−1k

Proses 4→1: pembuangan kalor pada volume konstan.qout=c p (T 4−T 1 )=h4−h1

Karena siklus bekerja secara internal reversible, maka efisiensi thermal siklus dapat ditulis sebagai

ηth=W net

q¿=1−

qout

q¿

¿1−c p (T 4−T 1 )c p (T 3−T 2)

¿1−T 1

T 2

=1−(r p )k−1

k

KESIMPULAN

1. Makin ideal suatu keadaan makin mudah dianalisis, akan tetapi dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya. pada umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal.

2. Efisiensi siklus udara tekanan-konstan itu sangatlah sukar dilaksanakan. Di samping itu efisiensinya juga lebih rendah. Oleh karena itu dalam perhitungan perancangan siklus motor Diesel yang modern biasanya dipergunakan siklus udara tekanan terbatas.

3. Pada siklus udara tekanan-konstan, kalor dimasukkan pada tekanan-konstan yaitu pada waktu torak bergerak dari TMA menuju TMB. Siklus ini merupakan siklus ideal bagi motor Diesel.

4. Meskipun efisiensi siklus udara sangat ditentukan oleh perbandingan kompresi tetapi tekanan, temperatur, dan kerja yang dihasilkan per siklus tergantung P1, T1, dan Q2 – 3. Selain itu selama siklus berlangsung, temperatur dan tekanannya selalu berubah-ubah. oleh karena itu sebaliknya dapat dicari harga tekanan tertentu (yang konstan) yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja per siklus yang sama dengan siklus yang dianalisis.

Daftar Pustaka

Alo Padang, Yesung. 2008. Diktat Kuliah Termodinamila I. Mataram : Universitas Mataram.

Alo Padang, Yesung . 2008. Diktat Kuliah Termodinamila II. Mataram : Universitas Mataram.

Basyirun, S.Pd, M.T.dkk. 2008. Buku Ajar Mesin Konversi Energi. Semarang : Univesitas Negeri Semarang.

I Made Mara, S.T., M. Sc. 2007. Buku Ajar Motor Bakar. Mataram : Universitas Mataram.

Selamet Wahyudi. S.T., M.T. 2003. Buku Ajar Termodinamika II. Malang : Universitas Brawijaya.