Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM).

Transkripsi

1 Rencana Pembelajaran Kegiatan Mingguan (RPKPM). Pertemuan ke Capaian Pembelajaran Topik (pokok, subpokok bahasan, alokasi waktu) Teks Presentasi Media Ajar Gambar Audio/Video Soal-tugas Web Metode Evaluasi dan Penilaian Metode Ajar Aktivitas Mahasiswa Aktivitas Dosen/ Nama Pengajar Sumber Ajar (pustaka) 4. Mahasiswa dapat menjelaskan siklus motor diesel dan mengerjakan perhitungan teknik Proses thermodina mika Motor Bakar. Waktu: 1x menit Ѵ Ѵ Ѵ - - Ѵ - Mahasiswa Menerima materi dan diskusi di kelas -Menerima materi sesuai kontrak pembelajaran -Diskusi materi kuliah -Menyampai kan materi kuliah dan mengaktifka n mahasiswa berdiskusi di kelas Wiranto A M., 1979, Motor Diesel Putaran Tinggi, Ed. 3, Pradnya Paramita, Jakarta Pengajar: Harjono 1

2 Bab IV. Proses thermodinamika motor bakar Diskripsi singkat : Dalam silinder motor bakar terjadi proses dan reaksi kimia berantai yang sangat komplek dan rumit, maka sangat sulit dilaksanakan penganalisaannya. Untuk penganalisaan pendekatan maka perlu dilakukan asumsi yaitu muatan dianggap gas ideal, panas jenis muatan konstan pada tiap keadaan dan tiap proses, proses kompresi dan ekspansi dianggap berlangsung secara adiabatic, Massa muatan yang dikerjakan dianggap konstan, pemasukan dan pengeluaran panas berlangsung secara konduksi, tidak terdapat kerugian mekanis. Siklus Otto juga disebut siklus udara volume konstan untuk motor bakar torak penyalaan api / bensin. Pada proses siklus diesel sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan energy terjadi pada tekanan konstan. Siklus gabungan ( tekanan terbatas ) Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan kalor terjadi pada volume konstan maupun tekanan konstan. Dengan asumsi persamaan gas ideal dan hokum thermodinamika I, dari siklus otto ataupun siklus diesel dapat dihitung efisiensi thermos mesin dalam keaadan ideal. a. Manfaat : Mahasiswa dapat menjelaskan persamaan gas ideal, dan hukum thermodinamika I b. Learning Outcomes : Mahasiswa dapat menjelaskan siklus otto, siklus diesel dan siklus gabungan. c. Relevansi : Mahasiswa dapat menghitung efisiensi motor torak saat menyusun tugas akhir PENYAJIAN URAIAN: a. Contoh : Memberikan contoh siklus thermodinamika pada mesin diesel dan contoh aplikasi mesin yang banyak dipakai. b. Ilustrasi : Memberikan penjelasan proses pembakaran pada ruang bakar disertai dengan gambar. 2

3 c. Aktivitas Berdiskusi dengan mahasiswa tentang perhitungan teknik pada siklus otto dan siklus diesel. d. Tugas Mahasiswa mencari contoh perhitungan siklus diesel dengan internet dengan disertai sumber yang jelas. e. Rangkuman Dengan penjelasan dari dosen waktu kuliah dan diskusi serta tugas yang harus dikumpulkan kemudian dapat dibuat rangkuman tentang materi proses thermodinamika motor bakar. 3

4 BAB IV PROSES THERMODINAMIKA MOTOR BAKAR Siklus pada motor bakar dibentuk dari lima rangkaian proses : 1. Pengisian 2. Kompresi 3. Pengapian/pembakaran pemasukan bahan bakar/pemasukan kalor 4. Ekspansi / daya 5. Pembuangan Dalam silinder motor bakar terjadi proses dan reaksi kimia berantai yang sangat komplek dan rumit, maka sangat sulit dilaksanakan penganalisaannya. Untuk penganalisaan pendekatan maka perlu dilakukan pengandaian pengandaian sbb : 1. Muatan dianggap gas ideal 2. Panas jenis muatan konstan pada tiap keadaan dan tiap proses 3. Proses kompresi dan ekspansi dianggap berlangsung secara adiabatic, reversible 4. Massa muatan yang dikerjakan dianggap konstan ( siklus tertutup ) 5. Pemberian atau pengeluaran panas berlangsung secara konduksi 6. Tidak terdapat kerugian mekanis GAS IDEAL Gas ideal adalah gas dimana tenaga ikat molekul molekulnya dapat diabaikan. Persamaan gas ideal: Hukum Boyle Gay Lussac PV = m RT Pv = RT untuk m satuan massa untuk 1 satuan massa R =Cp Cv untuk gas ideal Cp dan Cv konstan R = konstan PV / T = R= konstan p 1 v 1 / T 1 = p 2 v 2 / T 2 Dari hukum thermodinamika I dq = du + dw perubahan panas = perubahan energi dalam + perub kerja Proses adiabatic : dq = 0 0 =du + dw du =- dw U 2 U 1 = W 1 W 2 4

5 Kerja yang timbul hanya sebagai hasil perubahan energy dalamnya pada gas ideal dw =pdv du + pdv = 0 du = C v dt C v dt + RT / v dv = 0 C V dt + pdv = 0 Pv = R T p = R T / v Jadi dt / T = R/Cv. dv/v = 0 + = Ln T + R / C V ln v = constan ln T + ln V R/Cv = constan TV R/Cv = constan R = C P C v R/ C V = C P / C V - 1 C P / C V = σ R / C V = σ 1 T V σ 1 = constan T 1 V 1 σ - 1 = T 2 V 2 σ 1 T 1 / T 2 = ( V 2 / V 1 ) σ 1 ( PV / R ) σ 1 = constan pv σ =constan Atau P 2 / P 1 = ( V 1 / V 2 ) σ Dalam motor bakar : V 1 V 2 V 1 / V 2 : volume silinder mula-mula : volume silinder pada akhir kompresi : kompresi ratio = r Jadi T 1 / T 2 = ( 1/ r ) σ 1 atau T 2 / T 1 =r σ - 1 P 2 / P 1 = r σ Hubungan Temperatur dan Tekanan P 1 v 1 σ = p 2 v 2 σ p 1 / p 2 = ( v 2 / v 1 ) σ v 2 / v 1 = ( p 1 / p 2 ) 1 /σ P 1 v 1 / T 1 = p 2 v 2 /T 2 T 2 / T 1 = P 2 / P 1. v 2 / v 1 T 2 / T 1 = p 2 / p 1 ( p 1 / p 2 ) 1 / σ = ( p 2 / p 1 ) 1 1 /σ = ( p 2 / p 1 ) σ 1/σ ( T 2 / T 1 ) σ = ( p 2 / p 1 ) atau T 1 σ / p 1 σ - 1 = T 2 σ /p 2 σ 5

6 4.1 Siklus Otto Siklus Otto juga disebut siklus udara volume konstan.untuk motor bakar torak penyalaan api / bensin maka untuk menganalisa siklusnya dapat didekati dengan siklus ini. Gb. 5.1 Siklus Otto 0 1 langkah isap merupakan proses tekanan konstan. 1 2 langkah kompresi merupakan proses isentropis. 2 3 proses pembakaran volume konstan atau proses pemasukan kalor. 3 4 langkah kerja / ekspansi proses isentropis. 4 1 proses pembuangan sebagai proses pengeluaran pada volume konstan. 1 0 langkah buang V 2 = V S = Volume sisa V L = Volume langkah torak V 1 = V = Volume silinder = V 2 + V 1 Panas masuk : Q 2 3 = C V ( T 3 T 2 ) kj / kg C V : Panas jenis pada volume konstan. T 3 : Temperatur akhir pengisian panas / pembakaran Panas keluar : Q 41 = C V ( T 4 T 1 ) T 4 T 1 : temperature akhir ekspansi : Temperatur udara masuk Panas berguna : Q = Wth 6

7 Selama proses kompresi dan ekspansi tidak terjadi pertukaran panas oleh karena itu selisih panas masuk dengan panas keluar merupakan usaha yang dihasilkan tiap siklus Q = Q 23 Q 41 = C V ( T 3 T 2 ) C V ( T 4 T 1 ) kj / kg Efisiensi Thermis Didefinisikan sebagai panas berguna terhadap ( dibagi ) panas yang dimasukan. = = 1 - = 1 - Temperatur temperature tersebut sulit diketahui atau diukur maka dicari persamaan dalam hubungan volume. Proses 1-2 berlangsung secara adiabatic - reversible T 1 / T 2 = ( V 2 / V 1 ) σ 1 Proses 3 4 berlangsung secara adiabatic T 4 / T 3 = ( V 3 / V 4 ) σ - 1 = ( V 2 / V 1 ) σ -1 Jadi T 1 / T 2 = T 4 / T 3 T 4 / T 1 = T 3 / T 2 η th = 1 T 1 / T 2 = 1 = 1 ( V 2 / V 1 ) σ - 1 η th = 1 ( ) σ - 1 dimana r : perbandingan kompresi atau angka kompresi η th : efisiensi thermis σ : C p / C v 7

8 Dari persamaan tersebut dapat dibuat tabel sebagai berikut : r η th % % dst Nampak dari tabel diatas bahwa semakin besar r ( perbandingan kompresi ) juga semakin besar effisiensi thermisnya, atau untuk menaikan effisiensi motor maka dapat dilakukan dengan menaikan perbandingan kompresinya. 4.2 Siklus Diesel Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan energy terjadi pada tekanan konstan. Gambar Siklus Diesel Panas berguna dirubah menjadi daya : Q = Q 23 Q 41 = C p ( T 3 T 2 ) - C v ( T 4 T 1 ) kj/kg Efisiensi thermis C P ( T 3 T 2 ) C V ( T 4 T 1 ) T 4 T 1 η th = = 1 - C P / C V C P ( T 3 T 2 ) T 3 T 2 8

9 T 1( T 4 / T 1 1 ) = 1 1/ σ T 2 ( T 4 / T 1 1 ) Proses isentropis : T 1 / T 2 = ( V 2 / V 1 ) σ -1 dan T 4 / T 3 = ( V 3 / V 4 ) σ 1 Proses 2 3 : tekanan konstan P 2 V 2 / T = P 2 V 3 / T 3 T 3 / T 2 = V 3 / V 2 V 4 = V 1 V 3 / V 4 Jadi T 4 / T 1 = T 3 / T 2 ( ) σ 1 dan V 3 / V 2 ( V 3 / V 2 ) = ( V 3 / V 2 ) σ 1 V 2 / V 1 V / V = λ = Perbandingan volume selama proses pengisian panas 1 λ σ - 1 η th = { } r σ -1 σ ( λ -1 ) 4.3 Siklus Gabungan ( Tekanan Terbatas ) Gambar Siklus tekanan terbatas Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan kalor terjadi pada volume konstan ( 2 3a ) maupun tekanan konstan ( 3a 3 ) Efisiensi Thermis = C V ( T 3a T 2 ) + C p ( T 3 T 3a ) C v ( T 4 T 1 ) Efisiensi thermis : η th = C v ( T 3a T 2 ) + C p ( T 3 T 3a ) 9

10 T 4 T 1 = ) ( T 3a T 2 ) + σ ( T 3 T 3a ) V 1 T 2 = T 1 ( ) σ -1 = T 1 ( r ) σ -1, T 3a = T = T 2 ( r ) σ 1. α. V 2 P 2 P 3a P 3a ---- = α : Perbandingan tekanan : laju ledakan P 2 V 3 V 3 λ = = : Perbandingan pemotongan V 3a V 2 V 3 T 3 = T 3a T 3a = T 1 ( r ) σ -1 α. λ V 3a V 3 V 3 T 4 = T 3 ( ) σ 1 = T 1 ( r ) σ 1 α λ ( ) σ - 1 V 4 V 4 V 3 V 3 V 3 V 3a V 3 V = = = dimana V 2 = V 3a V 4 V 1 V 1 V 3a V 2 V 1 V 3 λ Jadi = V 4 r λ T 4 =T 1 ( r ) σ 1 α λ ( ----) σ 1 = T 1 α λ σ r Substitusi T 2, T 3a, T 3 dan T 4 ke pers. 1) diperoleh 1 α λ σ - 1 η th = { } r σ 1 ( α 1 ) + α σ ( λ 1 ) Bila α = 1 P 3a / P 2 = 1 titik 2 dan 3a berimpit menjadi Siklus Diesel λ = 1 V 3 / V 2 = 1 titik 3 dan 3a berimpit menjadi Siklus Otto 10

11 Contoh Mesin Diesel putaran tinggi yang bekerja sesuai dengan siklus gabungan, tekanan awal kompresi 1 kgf/cm2 dengan temperature 50 0 C. perbandingan kompresi 14, penambahan energy pada tahap pertama dapat menaikan tekanan menjadi 2 kali dari tekanan kompresi pada tahap tekanan konstan dapat menaikan volume menjadi 2 kalinya.hitung temperature pada titik titik mati dan efisiensi termisnya. Jawab : T 2 / T 1 = r σ 1 T 2 = T 1 r σ 1 T 1 = = K Gb. 5.4 Gambar siklus Diesel T 2 = 323 ( 14 ) 1,4 1 = 323 ( 14 ) 0,4 = K P 2 / P 1 = r σ P 2 = ,4 = 40 kgf / cm 2 T 3 / T 2 = P 3 / P 2 T 3 = 930 x 80/40 = K T 4 / T 3 = V 4 / V 3 T 4 = 1860 x 2 = K pada volume konstan pada tekanan konstan Pada langkah ekspansi Perbandingan ekspansi : V 5 / V 4 = 14 / 2 = 7 Jadi T 5 = T 4 / ( V 5 /V 4 ) λ 1 = 3720 / 70,4 = K 11

12 Rangkuman Proses Thermodinamika Motor Dalam silinder motor bakar terjadi proses dan reaksi kimia berantai yang sangat komplekk, dan untuk penganalisaan pendekatan maka perlu asumsi yaitu muatan dianggap gas ideal, panas jenis (cp dan cv) muatan konstan pada tiap keadaan dan tiap proses,proses kompresi dan ekspansi dianggap berlangsung secara adiabatic, reversible, massa muatan yang dikerjakan dianggap konstan ( siklus tertutup ), pemberian atau pengeluaran panas berlangsung secara konduksi dan tidak terdapat kerugian mekanis. Siklus Otto adalah siklus udara volume konstan.untuk motor bakar torak penyalaan api / bensin maka untuk menganalisa siklusnya dapat didekati dengan siklus ini. Siklus diesel adalah siklus udara tekanan konstan, proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan energi terjadi pada tekanan konstan. Siklus gabungan adalah Proses sama dengan siklus Otto hanya berbeda pemasukan kalor terjadi pada volume konstan maupun tekanan konstan. Efisiensi thermis didefinisikan sebagai panas berguna terhadap ( dibagi ) panas yang dimasukan. Latihan soal : 1. Jelaskan tentang siklus otto dan siklus diesel 2. Jelaskan perbedaan antara siklus otto dan siklus diesel 3. Jelaskan dengan singkat definisi proses adiabatic, isobaric, isokhoris dan isothermis yang terjadi pada siklus motor bakar. 4. Jelaskan tentang efisiensi thermos pada motor bakar. 5. Gambarkan diagram P-V siklus otto dan jelaskan prosesnya. Jawaban soal akan didiskusikan di kelas 12