FINONDANG JANUARIZKA L SIKLUS OTTO

Transkripsi

1 FINONDANG JANUARIZKA L SIKLUS OTTO Siklus Otto adalah siklus thermodinamika yang paling banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Mobil dan sepeda motor berbahan bakar bensin (Petrol Fuel) adalah contoh penerapan dari sebuah siklus Otto. Niklaus August Otto ( ) adalah seorang penemu berkebangsaan Jerman yang pada tahun 1876 menciptakan mesin dengan empat dorongan pembakaran. Siklus Otto adalah siklus ideal untuk mesin torak dengan pengapian-nyala bunga api. Pada mesin pembakaran dengan sistem pengapian-nyala ini, campuran bahan bakar dan udara dibakar dengan menggunakan percikan bunga api dari busi. Piston bergerak dalam empat langkah (disebut juga mesin dua siklus) dalam silinder, sedangkan poros engkol berputar dua kali untuk setiap siklus termodinamika. Mesin seperti ini disebut mesin pembakaran internal empat langkah. 1. Campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi / compression stroke). 2. Karena ditekan secara adiabatik maka suhu dan tekanan campuran meningkat. Pada saat yang sama, busi memercikkan bunga api sehingga campuran udara dan uap bensin terbakar. Ketika terbakar, suhu dan tekanan gas semakin bertambah. Gas bersuhu tinggi dan bertekanan tinggi tersebut memuai terhadap piston dan mendorong piston ke bawah (power stroke). 3. Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan / exhaust stroke).

2 4. Katup masukan terbuka lagi, campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan / intake stroke). Selanjutnya keempat langkah diulang kembali. Secara thermodinamika, siklus ini memiliki 4 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 temperatur (V) berikut: Keterangan: -Langkah 0-1 adalah langkah isap. Campuran udara dan uap bensin masuk ke dalam silinder. -Langkah 1-2 adalah langkah pemampatan. campuran udara dan uap bensin ditekan secara adiabatik -Garis 2-3 adalah pembakaran secara cepat yang menghasilkan pemanasan gas pada volume konstan. Campuran udara dan uap bensin dipanaskan pada volume konstan campuran dibakar -Langkah 3-4 adalah langkah ekspansi gas panas. Gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik -Sedang segmen 4-1 turunnya tekanan secara tiba-tiba karena dibukanya katup buang. Pendinginan pada volume konstan gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan campuran udara + uap bensin yang baru, masuk ke silinder -Setelah itu gas dibuang pada langkah 1-0

3 Maksud siklus seperti pada gambar di atas beserta penjelasannya adalah sebagai berikut: 1. Langkah isap (0-1) dan langkah buang (1-0) dianggap sebagai proses tekanan tetap. 2. Langkah pemampatan (1-2) dianggap berlangsung secara adiabatik, karena proses tersebut berlangsung sangat cepat sehingga dianggap tidak ada panas yang sempat keluar sistem. 3. Proses pembakaran (garis 2-3) dianggap sebagai pemasukan (pengisian) kalor pada volume konstan. 4. Langkah kerja (3-4) dianggap juga berlangsung adiabatik. Penjelasan sama dengan nomor Proses penurunan tekanan karena pembukaan katup buang (garis 4-1) dianggap sebagai pengeluaran (pembuangan) kalor pada volume tetap. 6. Fluida kerja dianggap gas ideal sehingga memenuhi hukum-hukum gas ideal. Perlu diketahui bahwa tujuan dari adanya langkah kompresi alias penekanan adiabatik adalah menaikkan suhu dan tekanan campuran udara dan uap bensin. Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan (P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan selama proses pemuaian menjadi sangat besar. Mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga. Walaupun tidak ditekan, campuran udara dan uap bensin bisa terbakar ketika si busi memercikkan bunga api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurang bertenaga. Proses pemuaian dan penekanan secara adiabatik pada siklus otto bisa digambarkan melalui diagram di bawah. (Diagram ini menunjukkan model ideal dari proses termodinamika yang terjadi pada mesin pembakaran dalam yang menggunakan bensin). MESIN 2 TAK Pada prinsipnya motor bakar 2 langkah (2 tak) melakukan siklus Otto hanya dalam dua langkah piston atau satu putaran poros engkol. Penemuan motor bakar 2 tak sukses oleh Sir Dougald Clerk tahun Ada 2 langkah saat mesin 2 tak beroperasi. Langkah pertama: - Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). - Pada saat piston bergerak dari TMA ke TMB, maka akan menekan ruang bilas yang berada di bawah piston. Semakin jauh piston meninggalkan TMA menuju TMB, tekanan di ruang bilas semakin meningkat. - Pada titik tertentu, piston (ring piston) akan melewati lubang pembuangan gas dan lubang pemasukan gas.

4 - Pada saat ring piston melewati lubang pembuangan, gas di dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan. - Pada saat ring piston melewati lubang pemasukan, gas yang tertekan dalam ruang bilas akan terpompa masuk dalam ruang bakar sekaligus mendiring gas yang ada dalam ruang bakar keluar melalui lubang pembuangan. - Piston terus menekan ruang bilas sampai titik TMB, sekaligus memompa gas dalam ruang bilas masuk ke dalam ruang bakar. Langkah kedua: - Piston bergerak dari TMB ke TMA. - Pada saat piston bergerak dari TMB ke TMA, maka akan menghisap gas hasil pencampuran udara, bahan bakar dan pelumas masuk ke dalam ruang bilas. Percampuran ini dilakukan oleh karburator sistem injeksi. - Saat melewati lubang pemasukan dan lubang pembuangan, piston akan mengkompresi gas yang terjebak dalam ruang bakar. - Piston akan terus mengkompresi gas dalam ruang bakar sampai TMA. - Beberapa saat sebelum piston sampai di TMA, busi menyala untuk membakar gas dalam ruang bakar. Waktu nyala busi sebelum piston sampai TMA dengan tujuan agar puncak tekanan dalam ruang bakar akibat pembakaran terjadi saat piston mulai bergerak dari TMA ke TMB karena proses pembakaran sendiri memerlukan waktu dari mulai nyala busi sampai gas terbakar dengan sempurna. MESIN 4 TAK Mesin 4 tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi empat langkah piston (hisap, tekan, bakar, buang). Langkah pertama: - Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan gas atau udara terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Langkah kedua: - Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan bunga api terjadi, pada mesin bensin berupa nyala busi.

5 Langkah ketiga: - Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses langkah pembakaran. Langkah keempat: - Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mengakibatkan gas hasil pembakaran terdorong keluar menuju saluran pembuangan. Atau yang disebut proses buang. Sumber: