TERMODINAMIKA TERMODINAMIKA
“
“
S SII K K L L US O US OT TT TO O D D A AN D N DII E E SE SE L L
””Disusun
Disusun oleh oleh : : Kelompok Kelompok 5 5 Anggota
Anggota : : M. M. Alfredo Alfredo Andika Andika : M. Arga Prasetyo : M. Arga Prasetyo : Sandi Saputra : Sandi Saputra : Sepri Ardiansah : Sepri Ardiansah Kelas
Kelas : : 2MB 2MB Dosen
Dosen Pembimbing Pembimbing : : Ella Ella Sundari, Sundari, S.T. S.T.
TEKNIK MESIN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
2012/2013
2012/2013
Kata Pengantar Kata Pengantar
Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT. Karena atas limpahan rahmat, Puji syukur kami ucapkan kehadirat Allah SWT. Karena atas limpahan rahmat, hidayah, serta karunia-Nya. penulis diberi kekuatan untuk bisa menyelesaikan makalah yang hidayah, serta karunia-Nya. penulis diberi kekuatan untuk bisa menyelesaikan makalah yang berjudul
berjudul ““Siklus Otto dan DieselSiklus Otto dan Diesel”” sebagai tugas pengganti mid II mata kuliah termodinamikasebagai tugas pengganti mid II mata kuliah termodinamika semester dua tahun 2013 tepat pada waktunya. Kami ucapkan terima kasih kepada kepada semester dua tahun 2013 tepat pada waktunya. Kami ucapkan terima kasih kepada kepada pihak-pihak lai
pihak-pihak lain n yang telah yang telah membantu membantu penulis penulis dalam dalam menyelesaikan menyelesaikan karya karya ilmiah ilmiah ini. ini. KamiKami menyadari karya kami ini jauh dari kata sempurna. Maka, kami meminta maaf atas hal menyadari karya kami ini jauh dari kata sempurna. Maka, kami meminta maaf atas hal tersebut dan mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak . Semoga tersebut dan mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak . Semoga karya tulis ini bermanfaat bagi semua pihak, khususnya penulis sebagai pedoman materi karya tulis ini bermanfaat bagi semua pihak, khususnya penulis sebagai pedoman materi sesuai judul yang kami angkat.
sesuai judul yang kami angkat.
Palembang,
Palembang, Juni Juni 20132013
Penulis, Penulis,
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ... 2
DAFTAR ISI ... 3
SEJARAH MESIM OTTO DAN MESIN DIESEL ... 4
a. Sejarah Mesin Otto ... 4
b. Sejarah Mesin Diesel... 5
DEFINISI MESIN OTTO DAN MESIN DIESEL ... 7
a. Definisi Mesin Otto ... 7
b. Definisi Mesin Diesel ... 7
KLASIFIKASI ... 10
a. Mesin Otto ... 10
b. Mesin Diesel ... 12
SIKLUS OTTO DAN DIESEL ... 13
a. Siklus Otto ... 13
b. Siklus Diesel ... 20
PERBEDAAN SIKLUS OTTO DAN SIKLUS DIESEL PADA MESIN 2 TAK ... 22
a. Cara Pemberiaan dan Penyalaan Bahan Bakar... 22
b. Perbandingan Kompresi Mesin Bensin dan Diesel ... 23
c. Desain Komponen Mesin Diesel dan Bensin ... 23
d. Perbedaan ICE 2tak dan ICE 4tak ... 23
A. SEJARAH MESIN OTTO (BENSIN) DAN MESIN DIESEL
a. Sejarah Mesin Otto (Mesin Bensin)
Nikolaus August Otto (14 Juni 1832 – 28 Januari 1891) ialah penemu mesin pembakaran dalam asal Jerman. Sebagai lelaki muda ia mulai percobaan dengan mesin gas dan pada 1864 ikut serta dengan 2 kawan untuk membentuk perusahaannya sendiri. Perusahaan itu dinamai N. A. Otto & Cie., yang merupakan perusahaan pertama yang menghasilkan mesin pembakaran dalam. Perusahaan ini
masih ada sampai kini dengan nama Deutz AG.
Mesin atmosfer pertamanya selesai pada Mei 1867. 5 tahun kemudian ia disusul oleh Gottlieb Daimler dan Wilhelm Maybach dan bersama mereka ciptakan gagasan putaran empat tak atau putaran Otto.
Pertama kali dibuat pada 1876, tak itu merupakan gerakan naik atau turun pada piston silinder. Paten Otto dibuat tak berlaku pada 1886 saat ditemukan bahwa penemu lain, Alphonse Beau de Rochas, telah membuat asas putaran 4 tak dalam selebaran yang diterbitkan sendirian. Menurut studi sejarah terkini, penemu Italia Eugenio Barsanti dan Felice Matteucci mempatenkan versi efisien karya pertama dari mesin pembakaran dalam pada 1854 di London (nomor paten 1072).
Mesin Otto dalam banyak hal paling tidak diilhami dari penemuan itu.
Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang sering digunakan dalam mobil, pesawat, atau alat lainnya
seperti mesin pemotong rumput atau motor, dan motor outboard untuk kapal.
Tipe paling umum dari mesin ini adalah mesin pembakaran dalam putaran empat stroke yang membakar bensin. Pembakaran dimulai oleh sistem ignisi yang membakaran spark voltase tinggi melalui busi. Tipe mesin putaran dua stroke sering digunakan untuk aplikasi yang lebih kecil, ringan dan murah, tetapi efisiensi bahan bakarnya tidak baik.
Mesin wankel dapat juga menggunakan bensin sebagai bahan bakarnya.
Satu komponen dalam mesin lama adalah karburator, yang mencampur bensin dengan udara. Di mesin yang lebih baru karburator diganti dengan injeksi bahan bakar.
Di Indonesia produksi mobil meningkat dengan sangat pesat. Wakil Presiden PT Astra Daihatsu Motor (ADM) mengatakan bahwa kapasitas produksi pabrik Daihatsu sudah mencapai titik maksimum sejak April, 25.600 unit
bulan. ADM kini telah menjelma menjadi produsen mobil nomor satu di Indonesia.
Selain untuk merek sendiri, seperti Terios, Xenia, Luxio, dan Gran Max, ADM juga memproduksi dua model Toyota, yakni Avanza dan Rush. Avanza dan Xenia
adalah mobil terlaris di Indonesia saat ini.
Sementara itu, PT Honda Prospect Motor (HPM), yang juga memiliki perakitan di Indonesia, mengaku kapasitas produksinya sudah mencapai 100 persen
atau 50.000 unit per tahun. Sebelumnya menargetkan produksi 46.000 unit.
Tahun ini total produksi bisa mencapai maksimum 50.000 unit. Meski begitu, kita tak ingin membicarakan investasi tambahan karena banyak
konsekuensinya," ujar Jonfis Fandy, Direktur Pemasaran dan Layanan Purnajual HPM.Jonfis menilai pertumbuhan pasar pada Januari-April 2010 bisa terus berlangsung hingga akhir tahun jika stabilitas perekonomian terjaga. Menurut dia,
tak mustahil pasar mobil nasional menciptakan rekor baru, 700.000 unit.
HPM memiliki fasilitas perakitan di Karawang, Jawa Barat, yang memproduksi Jazz, Freed, dan CR-V. Selain untuk pasar domestik, HPM juga mengekspor Freed ke Thailand dan Malaysia.
b. Sejarah Mesin Diesel
Rudolf Diesel (18 Maret 1858 - 30 September 1913) adalah seorang penemu Jerman, terkenal akan penemuannya, mesin diesel, Dia lahir di Paris dan meninggal secara misterius di kapal fery dalam perjalanannya ke Inggris. Diesel mengembangkan ide sebuah mesin pemicu kompresi pada dekade terakhir abad ke- 19 dan menerima hak paten untuk alat tersebut pada 23 Februari 1893. Dia membangun prototipe yang berfungsi pada awal 1897 ketika bekerja di pabrik MAN di Augsburg.
Padahal jaman itu (akhir abad 19 dan awal abad 20) belum ada orang yang berfikir tentang krisis energi minyak, apalagi global warming. Sedemikian
hebatnya itu mesin, membuat pesaing-pesaingnya di dunia otomotif gigit jari.
Hingga di bulan September 1913, Diesel hilang secara misterius dari kabin kamarnya di kapal SS Dresden saat bepergian dari Jerman ke Inggris. Baru lima hari kemudian mayatnya ditemukan terapung di Sungai Scheldt (Jerman). Tak seorang pun bisa menyibak misteri di balik kematian Diesel tersebut.
digunakan pada motor-motor kecil. Mesin dua tak menghasilkan asap sebagai sisa pembakaran dari oli pelumas.
Mesin empat tak memerlukan empat kali gerakan piston untuk sekali pembakaran. Pada motor-motor besar biasa menggunakan mesin empat tak. Akan tetapi, sekarang banyak motor-motor kecil bermesin empat tak. Mesin jenis ini sedikit menghasilkan sisa pembakaran karena bahan bakarnya hanya bensin murni.
Gambar di atas merupakan mesin pembakaran dalam empat langkah (empat tak). Mula-mula campuran udara dan uap bensin mengalir dari karburator menuju silinder pada saat piston bergerak ke bawah (langkah masukan). Selanjutnya campuran udara dan uap bensin dalam silinder ditekan secara adiabatik ketika piston bergerak ke atas (langkah kompresi atau penekanan). 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 (langkai pemuaian). Selanjutnya gas yang terbakar dibuang melalui katup pembuangan dan dialirkan menuju pipa pembuangan (langkah pembuangan).
Katup masukan terbuka lagi dan keempat langkah tersebut diulangi kembali.
Tujuan dari adanya langkah kompresi atau 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 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 perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin pembakaran dalam empat langkah di atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran, energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas. Sebagian kalor berubah menjadi energi mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot). Sebagian besar energi mekanik batang piston dan poros engkol berubah menjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak), sebagian kecil berubah menjadi kalor alias panas sedangkan panas timbul akibat adan ya gesekan.
Secara termodinamika, siklus Otto memiliki 4 buah proses termodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap).
b. Mesin Diesel
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.
Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 °C (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30°C. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik sebesar 42%.
Gambar Mesin Diesel (Siklus Rankine)
Gambar ini menunjukkan siklus diesel ideal (sempurna). Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan – penyuntik (injector) menyemprotkan solar dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan – gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke silinder (d- a).
Asumsi yang digunakan pada siklus diesel ini sama dengan pada siklus Otto, kecuali langkah penambahan panas. Pada siklus diesel langkah 2-3 merupakan penambahan panas pada tekanan konstan.
D. Siklus Otto dan Diesel
a. 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 (1832- 1891) adalah seorang penemu berkebangsaan Jerman yang pada tahun 1876 menciptakan mesin dengan empat dorongan pembakaran.
dari ruang bakar mesin 2 tak memungkinkan terjadunya hal semacam itu. Ketika piston naik menuju TMA untuk melakukan kompresi maka katup hisap terbuka ( lihat gambar di bawah) dan masuklah campuran bahan bakar dan udara, sehingga dalam satu gerakan piston dari TMB ke TMA menjalankan dua langkah sekaligus yaitu kompresi dan isap.
Pada saat sesaat sebelum piston mencapai TMA maka busi menyala, gas campuran meledak dan memaksa piston kembali bergerak ke bawah menuju TMB. Gerakan piston yang ini disebut langkah ekspansi. Namun sembari piston melakukan langkah ekspansi atau usaha, sesungguhnya juga melakukan langkah buang melalui katup buang (sisi kanan dinding silinder pada gambar) . Hal ini bisa terjadi
karena gas hasil pembakaran terdorong keluar akibat campuran bahan bakar dan udara baru yang juga masuk dari sisi kiri dinding silinder.
Jadi, kenapa motor dengan mesin 2 tak harus memakai oli pelumas samping selain pelumas mesin sudah jelas, karena model kerja yang seperti itu membuat tenaga yang dihasilkan lebih besar.
Perbandingannya pada mesin 4 tak dalam 2 kali putaran crankcase = 1 x kerja sedangkan untuk 2 tak 2 kali putaran crankcase = 2 x kerja.
Untuk itu, dibutuhkan pelumas yang lebih karena putaran yang dihasilkan lebih cepat. Hal itu juga menjawab kenapa mesin 2 tak lebih berisik ,boros bahan bakar, menghasilkan asap putih dari knalpotnya tetapi unggul dalam kecepatan dibandingkan mesin 4 tak. Istilahnya
“No Engine is Perfect !” Perbedaan yang lain juga terdapat pada bentuk fisik pistonnya. Piston 2 tak lebih panjang dibanding piston 4 tak.
Selain itu bentuk piston head nya juga lain, piston 2 tak memiliki semacam kubah untuk memuluskan gas buang untuk bisa keluar sedangkan 4 tak tidak. Piston 2 tak juga memiliki slot lubang yang berhubungan dengan reed valve yang berhubungan dengan cara kerja
masukan campuran bahan bakar – udara ke ruang bakar.
Sedangkan Mesin dua tak adalah mesin pembakaran dalam yang dalam satu siklus pembakaran terjadi dua langkah piston, berbeda dengan putaran empat-tak yang mempunyai empat langkah piston dalam satu siklus pembakaran, meskipun keempat proses (intake, kompresi, tenaga, pembuangan) juga terjadi. Mesin dua tak juga telah
digunakan dalam mesin diesel, terutama rancangan piston berlawanan, kendaraan kecepatan rendah seperti mesin kapal besar, dan mesin V8 untuk truk dan kendaraan berat lainnya.
