Siklus Standar Udara

Judul kali ini akan diiperkenalkan mengenai mesin-mesin yang menggunakan gas sebagai fluida kerjanya. Mesin - mesin penyalaan busi (spark-ignition) yang membakar bensin dan mesin-mesin penyalaan kompresi (compression ignition) yang membakar minyak bahan bakar adalah dua jenis mesin seperti ini yang panling umum. 

Pengoperasian suatu mesin gas dapat dianalisis dengan mengasumsikan bahwa fluida kerjanya memang melewati suatu siklus termodinamika lengkap. Siklus tersebut seringkali disebut siklus standar udara. Semua siklus standar udara yang akan di bahas memiliki fitur-fitur tertentu yang sama.

• Udara adalah fluida kerja di keseluruhan siklus. Massa dari kuantitas kecil bahan bakar yang diinjeksi dianggap dapat diabaikan.
• Tidak terdapat proses masuk atau proses keluar
• Proses pembakaran digantikan dengan proses perpindahan kalor di mana energi di pindahkan dari sumber eksternal. Proses tersebut bisa volume konstan atau tekanan konstan atau kombinasinya.
• Proses pembuangan, yang digunakan untuk mengembalikan udara ke keadaan awalnya, digantikan dengan perpindahan kalor ke lingkungan.
• Semua proses diaumsikan berada dalam kondisi kuasi-kesetimbangan.
• Udara diasumsikan sebagai gas ideal dengan kalor-kalor spesifik konstan.

Sejumlah mesin yang akan dibahas memanfaatkan sistem tertutup dengan rangkaian piston-silinder, seperti ditunjukkan dalam Gbr. 8-7. Siklus yang ditunjukkan pada diagram P-v dan T-s di dalam gambar ini hanyalah bersifat representatif. Diameter dari piston disebut bore dan jarak yang ditempuh oleh pergerakan piston ke satu arah disebut langkah piston (stroke). Ketika piston berada di titik mati atas (top dead center - TDC), volume yang diisi oleh udara adalah yang minimum; volume ini disebut sebagai volume sisa (clearance volume). Ketika piston bergerak ke titik mati bawah (bottom dead center - BDC), udara mengisi volume maksimum. Selisih antara volume maksimum dan volume sisa adalah volume perpindahan (displacement). Volume sisa seringkali secara implisit dituliskan sebagai persen clearance c, rasio dari volume sisa terhadap volume perpindahan. Rasio kompresi r didefinisikan sebagai rasio dari volume yang diisi oleh udara pada BDC terhadap volume yang diisi oleh udara pada TDC, artinya mengacu ke Gbr. 8-7,

Tekanan efektif rata-rata (mean effective pressure - MEP) adalah kuantitas lain yang sering digunakan untuk memberikan rating pada mesin-mesin piston-silinder; ini adalah tekanan yang jika bekerja pada piston selama langkah daya, akan menghasilkan sejumlah usaha yang besarnya sama dengan yang sebenarnya dihasilkan selama keseluruhan siklus. Jadi

W_siklus = (MEP) (V_BDC – V_TDC)

Dalam Gbr. 8-7 ini berarti bahwa luas tertutup dari siklus aktual adalah sama dengan luas di bawah garis putus-putus MEP.

GAMBAR



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