Siklus Diesel

Jika rasio cukup besar, temperatur udara di dalam silinder ketika piston mendekati TDC akan melebihi temperatur pengapian dari bahan bakar diesel. Ini akan terjadi jika rasio kompresi adalah sekitar 14 atau lebih. Tidak dibutuhkan pengapian eksternal; bahan bakar diese hanya diinjeksikan ke dalam silinder dan pembakaran terjadi karena temperatur yang tinggi dari udara terkompresi. Jenis mesin ini disebut sebagai mesin penyalaan – kompresi (compression – ignition engine). Siklus ideal yang digunakan untuk memodelkan mesin pengapian – kompresi adalah siklus Diesel, yag ditunjukkan Gbr. 8-9. Perbedaan antara siklus ini dengan siklus Otto adalah bahwa, dalam siklus Diesel, kalor ditambahkan selama proses tekanan konstan.

Siklus diawali dengan piston pada BDC, keadaan 1 : kompresi udara terjadi secara isentropik ke keadaan 2 pada TDC; penambahan kalor terjadi (ini memodelkan injeksi dan pembakaran bahan bakar) pada tekanan konstan hingga keadaan 3 tercapai; ekspansi terjadi secara isentropik ke keadaan 4 pada BDC; pembuangan kalor volume konstan menyelesaikan siklus dan mengembalikan udara ke keadaan awalnya. Perhatikan bahwa langkah daya mencakup proses penambahan kalor dan proses ekspansi.

Gambar

Efisiensi termal dari siklus Diesel diekspresikan sebagai

Untuk proses volume knstan dan proses tekanan konstan

Maka efisiensinya adalah

 
Ini dapat dituliskan dalam bentuk        

 

 Ekspresi untuk efisiensi termal ini seringkali dituliskan dalam suku – suku rasio kompresi r dan rasio potong (cuttof) r_c yang didefinisikan sebagai V₃/V₂; diperoleh hasil

 

Dari ekspresi ini kita lihat bahwa, untuk suatu rasio kompresi r, efisiensi dari siklus diesel lebih kecil daripada efisiensi siklus Otto. Sebagai contoh, jika r = 10 dan r_c = 2, efisiensi siklus Otto adalah 60,2 persen dan efisiensi siklus Diesel adalah 53,4 persen.

Gambar

Dengan meningkatnya r_c, efisiensi siklus diesel berkurang. Akan tetapi dalam prakteknya rasio kompresi sekitar 20 dapat dicapai dalam mesin Diesel.; dengan menggunakan r = 20 dan r_c = 2 kita akan memperoleh η = 64,7 persen. Jadi, karena rasio – rasio kompresi yang lebih tinggi, mesin Diesel umumnya beroperasi pada efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan semin bensin.

Penurunan dalam efisiensi mesin diesel dengan kenaikan r_c juga dapat dilihat dengan memperhatikan diagram T-s yang ditunjukkan dalam Gbr. 8-10. Jika kita menaikkan r_c, ujung dari proses penambahan kalor berpindah ke keadaan 3’. Keluaran usaha yang meningkat direpresentasikan oleh luas 3 – 3’ – 4’ – 4 – 3. Penambahan kalor meningkat cukup banyak, seperti yang diepresentasikan oleh luas 3 – 3’ – a – b – 3. Efek nettonya adalah penurunan efisiensi siklus yang tentu saja disebabkan oleh konvergensi garis – garis tekanan konstan dan volume konstan pada diagram T-s. untuk siklus Otto perhatikan bahwa dua garis volume konstan divergen, sehingga menyebabkan kenaikan efisiensi siklus dengan kenaikan T_3.

_{Sumber: Potter, Merle C dan Somerton, Craig W. 2008. Termodinamika Teknik. Erlangga: Jakarta.}