Siklus-Siklus Stirling dan Ericsson dan Siklus Otto

Siklus - Siklus Stirling dan Ericsson

 

Siklus – siklus stirling dan ericsson, walaupun tidak banyak digunakan untuk memodelkan mesin – mesin aktual, dibahas untuk mengilustrasikan penggunaan efektif dari regenerator, alat penukar kalor yang menggunakan kalor buang. Suatu diagram skematis ditunjukkan dalam Gbr. 8-12 perhatikan bahwa untuk proses – proses volume konstan dari siklus stirling (Gbr. 8-13) dan proses – proses tekanan konstan dari siklus Ericsson (Gbr. 8-14) perpindahan kalor q_2-3 yang dibutuhkan oleh gas memiliki besar yang sama dengan perpindahan kalor q_4-1 yang dibuang oleh gas.

Ini mendorong penggunaan sebuah regenerator yangs secara internal di dalam siklus tersebut akan memindahkan kalor yang tadinya terbuang dari udara selama proses 4→1 ke udara antara proses 2→3. Hasil nettonya adalah bahwa efisiensi termal dari setiap dari kedua siklus ideal yang ditunjukkan menjadi sama dengan efisiensi dari siklus Carnot yang beroperasi di antara dua temperatur yang sama. Hal ini sangat jelas karena perpindahan kalor yang masuk dan keluar dari setiap siklus terjadi pada temperatur konstan. Jadi efisiensi termalnya adalah

Perhatikan bahwa perpindahan kalor (energi yang dibeli) yang dibutuhkan untuk turbin dapat dipaosk dari luar mesin aktual, yang berarti pembakaran eksternal. Mesin pembakaran eksternal yang demikian memiliki emisi yang terkandung dalam desain regenerator dan kompresor dan turbin isotermal.

Gambar

Siklus Otto

Keempat proses yang membentuk siklus ini ditunjukkan dalam diagram T-s dan P-v dalam Gbr. 8-8. Piston mulai pada keadaan 1 pada BDC dan menekan udara hingga mencapai TDC pada keadaan 2. Kemudian terjadi pembakaran, menyababkan tekanan langsung melompat ke keadaan 3 sementara volume tetap konstan (proses pembakaran ini disimulasikan dengan proses penambahan kalor kuasi-kesetimbangan). Proses yang terjadi selanjutnya adalah langkah daya dengan berekspansinya udara (yang mensimulasikan produk – produk pembakaran) secara isentropik ke keadaan 4. Dalam proses terakhir perpindahan kalor ke lingkungan terjadi dan siklus tersebut menjadi lengkap. Mesin penyalaan-busi (spark-ignition engine) dimodelkan dengan siklus Otto.

Efisiensi termal dari siklus Otto diperoleh dari

 

Dengan memperhatikan bahwa kedua proses perpindahan kalor terjadi selama proses volume konstan, di mana usaha adalah nol, dihasilkan

 

Di mana kita telah mengasumsikan setiap kuantitas memiliki nilai positif. Maka

 

Ini dapat dituliskan

 

Untuk proses isentropik kita memiliki

         dan     

 

Gambar

Tapi, dengan menggunakan V₁ = V₄ dan V₃ = V₂, kita lihat bahwa

  

Jadi,     memberikan efisiensi termal sebagai

 

Jadi kita lihat bahwa efisiensi termal dalam siklus ideal ini hanya bergantung pada rasio kompresi r; makin tinggi rasio kompresinya makin tiggi efisiensi termalnya.

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