Efisiensi Mesin Diesel

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Mesin diesel merupakan salah satu jenis mesin reciprocating dengan pembakaran internal. Fluida kerjanya adalah udara tanpa mengalami perubahan fasa sehingga termasuk dalam mesin daya gas. Dalam analisis termodinamika, peritungan proses-proses dalam siklusnya sangatlah rumit. Oleh karena itu analisisnya dapat disederhanakan menjadi siklus diesel ideal yang mengasumsikan pembakaran terjadi secara isobarik sehingga tekanannya konstan. Sedangakan pembuangan kalor terjadi secara isokhorik sehingga volume konstan. Selain itu, kompresi dan ekspansi secara isentropik (adiabatik reversible). Penyerderhanaan ini dapat dilihat di gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1. Penyederhanaan siklus diesel dalam diagram P-v

Siklus Diesel ideal ini terdiri dari empat proses, yaitu:

1. Proses dari titik 1 ke titik 2 yaitu proses kompresi secara isentropik. Proses ini menggambarkan bahwa volume dalam sistem piston silinder mengecil sehingga tekanan dan temperatur meningkat.

2. Proses dari titik 2 ke titik 3 yaitu proses penerimaan kalor disertai ekspansi secara isobarik. Proses ini menggambarkan pembakaran bahan bakar udara di dalam piston. Bahan bakar diesel diinjeksikan ke ruang bakar, sehingga pembakaran terjadi karena tekanan dan temperatur udara titik dua sangat tinggi

.

3. Proses dari titik 3 ke titik 4 yaitu proses ekspansi secara isentropik. Proses ini menggambarkan ekspansi yang dihasilkan dari pembakaran sebelumnya. Tekanan dan temperatur yang tinggi dengan hasil pembakaran memaksa sistem ekspansi.

4. Proses dari titik 4 ke titik 1 yaitu proses pembuangan kalor secara isokhorik. Proses ini menggambarkan pembuangan gas hasil pembakaran. Hasil pembakaran bahan bakar yang biasanya karbondioksida dan air dibuang keluar sistem.

Dalam mesin reciprocating dikenal istilah rasio kompresi r, yaitu perbandingan antara volume maximum dan volume minimum.

Untuk mesin diesel, yang pembakaran bahan bakarnya diasumsikan berlangsung secara isobarik pada tekanan yang konstan, dikenal rasio cut-off yaitu perbandingan volume sesudah dan sebelum pembakaran terjadi.

Setelah disederhanakan seperti ini, maka efisiensi lebih memungkinkan untuk dicari, yaitu:

Mesin Diesel

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Mesin Diesel juga salah satu mesin yang banyak diterapkan pada dunia otomotif. Selain itu, mesin ini juga sering kali ditemui pada pembangkit listrik yang cukup portable. Mesin diesel juga merupakan salah satu mesin reciprocating, yaitu mesin yang gerakan putarannya terjadi karena adanya pergerakan piston dalam silinder. Hal yang menarik adalah kereta diesel (kereta api) yang digunakan untuk perjalanan jarak jauh menggunakan mesin diesel untuk pembangkitan listrik yang kemudian disambungkan ke motor listrik sebagai penggerak.

Prinsip Kerja

Secara umum mesin diesel hampir sama dengan mesin Otto yaitu terdiri dari sebuah sistem silinder piston, katup hisap, dan katup buang. Namun, perbedaannya adalah tidak ada busi (pemantik) di mesin ini. Hal ini dikarenakan pembakaran bahan bakar di mesin diesel terjadi karena kompresinya. Pada titik tekanan tertentu bahan bakar diesel akan meledak yang kemudian energi yang dihasilkan inilah yang digunakan untuk menghasilkan kerja. Perbedaan kedua adalah bahan bakar diesel masuk ke dalam ruang bakar bukan pada langkah hisap, melainkan pada pembakaran dengan injeksi bahan bakar.

Pada saat beroperasi mesin diesel mengalami empat proses utama yang membentuk sebuah siklus termodinamika. Keempat proses itu dapat dijelaskan dalam gambar 1. Pada saat volume sistem minimum maka piston berada di titik mati atas (TMA). Sebaliknya pada saat volume sistem maximum posisi piston berada di titk mati bawah (TMB).

Gambar 1. Pinsip kerja mesin Diesel

Langkah I adalah langkah hisap. Dalam proses ini katup hisap dalam kondisi terbuka, katup buang dalam kondisi tertutup, dan piston bergerak kebawah (volume membesar) dari volume minimum ke volume maximum sehingga memaksa udara yang kaya akan oksigen masuk ke ruang bakar.

Langkah II adalah langkah kompresi. Dalam proses ini kedua katup dalam kondisi tertutup dan piston bergerak ke atas (volume mengecil) dari volume maximum ke volume minimum sehingga tekanan dan temperatur udara di dalam ruang bakar jadi meningkat sehingga jika ada bahan bakar di dalamnya maka akan mudah terbakar.

Langkah III adalah langkah pembakaran disertai ekspansi. Dalam proses ini bahan bakar dipakasa masuk oleh injektor sehinga terbakar akibat tekanan dan temperatur yang tinggi di dalam ruang bakar. Pada saat pembakaran terjadi tekanan ruang bakar relatif tidak berubah. Akibatnya sistem menerima kalor, temperatur meningkat, dan kemudian menyebabkan piston terdorong ke bawah (volume maximum).

Langkah IV adalah langkah buang. Dalam proses ini posisi katup buang terbuka, katup hisap tertutup, dan piston bergerak ke atas. Akibatnya hasil pembakaran bahan bakar dibuang melalui katup buang. Kemudian kembali ke langkah I.

Siklus daya gas sering kali dijelaskan dalam grafik tekanan-volume. Untuk siklus Otto dapat dilihat pada gambar 2.

Gambar 2. Siklus Otto dalam grafik tekanan – volume