4 TAK LAGI NEH

RELASI EFISIENSI TERMAL DAN RASIO KOMPRESI

Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, krn

TE = [1 – (T4 – T1) / (T3 – T2)] x 100%

dan

CR = V2 / V1 = (T3 – T2) / (T4 – T1)

shg

TE = (1 – 1 / CR) x 100%

Seluruh formulasi dan kalkulasi diatas menggunakan aproksimasi ideal dimana panas jenis (spesific heat) dianggap bernilai smdgn 2.

Jika, panas jenis diperhitungkan, maka formula efisiensi termal real menjadi

TE = [1 – 1 / CR^(h-1)] x 100%

dimana h adalah panas jenis gas campuran udara dan bahanbakar, yg mana utk nilai h = 2,

TE = (1 – 1 / CR) x 100%

Jika CR = 9 dan h = 1,5 [utk udara, nilai h mendekati 1,4], maka

TEi = (1 – 1 / 9) x 100% = 0,889 x 100% = 88,9%
TEr = [1 – 1 / [9^(1,5 – 1)]] x 100% = (1 – 1 / 9^0,5) x 100% = (1 – 1/3) x 100% = (1 – 0,333) x 100% = 0,666 x 100% = 66,6%

Rasio kompresi mesin Suzuki Thunder, berdasarkan data spesifikasi teknik, adalah 9,2, berarti efisiensi termal mesin Suzuki Thunder adalah

TEi = (1 – 1/9,2) x 100% = 0,891 x 100% = 89,1%
TEr = [1 – 1 / [9.2^(1,5 – 1)]] x 100% = (1 – 1 / 9.2^0,5) x 100% = (1 – 1/3,033) x 100% = (1 – 0,33) = 0,67 x 100% = 67%

Kembali pd pernyataan pertama diatas bahwa hampir seluruh kalkulasi diatas menggunakan aproksimasi ideal, namun dlm kenyataan, pd mesin pembakaran dalam 4-tak dgn bahanbakar bensin, banyak faktor lain mesin yg mempengaruhi keseluruhan proses, shg menurunkan efisiesi termal mesin, al.

* 1. dinding silinder adalah bukan metal ideal, shg ada tenaga panas hilang krn penyerapan panas oleh metal dinding silinder.
* 2. gesekan|friksi antara bagian2 mesin tdk nol krn mesin menggunakan oli | minyak pelumas bukan ideal shg tak ada tenaga gerak hilang utk mengatasi gesekan.
* 3. udara yg memasuki silinder mesin, tak berlaku sbg gas ideal yg memiliki kapasitas panas tetap, dimana panas jenis (specific heat) 1,4, dan dimana gas campuran udara dan bahanbakar dlm silinder mengalami turbulensi|gejolak.
* 4. mesin, dlm prakteknya, tak selalu dlm status “idle”, tanpa beban, kendaraan tak diam alias bergerak, shg ada akselerasi|percepatan dan dekselerasi|perlambatan dlm gerak mesin, shg seluruh proses adalah tak “quasi-static” alias berlangsung dgn perubahan labil.

Jadi, dlm praktek, secara teknis, mesin dgn efisiensi antara 60% s/d 70% sdh dianggap cukup efisien, atau memiliki efisiensi normal.

Efisiensi termal mesin dpt ditingkatkan dgn bbrp cara,al.

* 1. meningkatkan rasio kompresi antara 9 dan 10 [hrs turun mesin].
* 2. meningkatkan suhu penyalaan dan pembakaran via peningkatan tegangan elektroda busi, dgn cara menambahkan SPB (spark-plug booster) antara koil dan busi, dan mengganti busi dgn yg lbh tahan panas.
* 3. meniadakan endapan kerak arang|karbon dlm ruang silinder mesin, dgn cara meningkatkan pembakaran menjadi lbh sempurna, al via cara 2.
* 4. melapisi permukaan metal mesin dgn bahan gel anti-friksi [minimasi friksi].
* 5. meningkatkan nilai kekentaan|viskositas oli | minyak pelumas, dgn mengganti pelumas dgn yg memiliki viskositas lbh kental pd suhu tinggi.
* 6. meningkatkan nilai oktan bahanbakar, shg tak terjadi pembakaran dini (pre-ignition) yg menimbulkan letupan (detonation) dan ketukan (knocking) pd mesin,
dgn cara mengganti bahanbakar dgn yg memiliki nilai oktan lbih tinggi [tapi tentu dgn harga lbh mahal].
* 7. melumasi dgn baik seluruh bagian bergerak | mekanisme kendaraan, dan memelihara agar tekanan angin ban selalu pd ukuran tepat [ini juga minimasi friksi].
FORMULASI DAN KALKULASI RASIO KOMPRESI MESIN

Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, dari relasi 6 fase termodinamik siklus Otto mesin 4-tak diatas, diperoleh bahwa

V2 / V1 = T2 / T1 = T3 / T4

dan juga bisa diperoleh bahwa

(T2 – T1) / T2 = (T3 – T4) / T3

atau

1 – T1/T2 = 1 – T4/T3

Nilai perbandingan V2 / V1 adalah rasio ekspansi|pemuaian (expansion ratio, XR, Rx) atau rasio kompresi|pemampatan (compression ratio, CR, Rc) isentropik volume silinder.

Berdasarkan dua relasi diatas diperoleh bahwa

CR = V2 / V1 = (T3 – T2) / (T4 – T1)

Dgn kata lain, rasio ekspansi atau rasio kompresi isentropik volume silinder adalah perbandingan volume total silinder dan volume kamar bakar (combustion chamber}, yg mana setara dgn perbandingan beda suhu pemampatan dan beda suhu pembuangan.

Utk lbh jelas, silahkan lihat kembali ilustrasi dlm diagram PVT.

Dlm kenyataan, pd mesin pembakaran dalam 4-tak dgn bahanbakar bensin, rasio kompresi tak dapat dibuat lbh besar drpd 10, krn jika rasio kompresi lbh besar drpd 10, maka peningkatan suhu dlm proses kompresi gas campuran udara dan bahanbakar akan dpt memanaskan dan membakar gas tsb sebelum gas tsb dibakar oleh percikan listrik busi, shg menimbulkan penyalaan dini (premature ignition) atau pra-penyalaan (pre-ignition) shg terjadi letupan (detonation) yg menimbulkan suara ketukan (knocking) dan gelitik (pinking) pd mesin.
FORMULASI DAN KALKULASI EFISIENSI TERMAL VIA BEDA TEMPERATUR

Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, aliran tenaga panas masukan|input Q1 berlangsung selama proses pemanasan dan penyalaan dan pembakaran dalam garis T2-T3 dan tenaga panas keluaran|output Q2 berlangsung selama proses pendinginan dan pembuangan T4-T1.

Relasi termodinamik menunjukkan bahwa kuantitas tenaga panas Q1 dan Q2 memiliki hubungan langsung dengan suhu panas T2 dan T3 dan T4 dan T1, dimana kuantitas tenaga panas masukan|input Q1 dgn perubahan suhu pemanasan T2 dan T3, dan kuantitas tenaga panas keluaran|output Q2 dgn perubahan suhu pendingan T4 dan T1.

Proses pemasukan|pengambilan gas campuran bahanbakar dan udara dlm garis T0-T1, dan proses pengeluaran|pembuangan sisa gas pembakaran dlm garis T1-T0, bukan merupakan sistem tertutup termodinamik (thermodynamic closed system), tp sistem terbuka termodinamik (thermodynamic open system), shg bukan merupakan bagian inti dr konversi energi dlm siklus Otto yg merupakan sistem tertutup termodinamik. Dua proses ini mengambil tenaga|energi mesin shg mengurangi efisiensi.

Relasi termodinamik menunjukkan bahwa efisiensi termal (thermal efficiency TE, Et) siklus Otto dlm sistem ini adalah, persentasi perbandingan kuantitas tenaga mekanik keluaran (mechanical energy quantity output) dan kuantitas tenaga panas masukan (heat energy quantity input), yg bila dijabarkan secara matematik fisika adalah sbb.

TE = W / Q1 x 100% = [(Q1 – Q2) / Q2] x 100% = [1 – Q2 / Q1] x 100%

dimana jika W = Q1 atau Q2 = 0, maka efisiensi 100%.

Jika dinyatakan hubungan dalam suhu, maka

TE = [1 – (T4 – T1) / (T3 – T2)] x 100%

shg efisiensi termal setara dgn persentasi satu dikurangi perbandingan beda suhu pembuangan dan beda suhu pemampatan.

Tp ini adalah formula aproksimasi gas ideal. Utk gas real berlaku formula sbb.

TE = [1 – [(T4 – T1) / (T3 – T2)]^(h-1)] x 100%

dimana h adalah panas jenis gas campuran udara dan bahanbakar, yg mana utk nilah h = 2,

TE = [1 – (T4 – T1) / (T3 – T2)] x 100%

Sbg contoh, suhu pemasukan gas campuran bahanbakar dan udara T1 adalah sekitar 25 derajat, kemudian memanas selama kompresi menjadi T2 sekitar 230 C. Lalu ketika penyalaan dan pembakaran memanas menjadi T3 sekitar 644 C, dan kemudian mendingin selama pengeluaran menjadi T4 sekitar 70 C, sampai akhirnya kembali mencapai T1 sekitar 25 C.

Jadi, krn,

T1 = 25
T2 = 230
T3 = 644
T4 = 70

TEi = [1 – (70 – 25) / (644 – 230)] x 100% = [1 – 45 / 414] x 100% = [1 – 0,109] x 100% = 0,891 x 100% = 89,1%
TEr = [1 – [(70 – 25) / (644 – 230)]^0,5] x 100% = [1 – (45 / 414)^0,5] x 100% = [1 – 0,33] x 100% = 0,67 x 100% = 67%

dimana,

TEi = efisiensi termal ideal
TEr = efisiensi termal real


Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: