A. Siklus Termodinamika

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus

termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada

kondisi ideal dengan fluida kerja udara.

Idealisasi proses tersebut sebagai berikut:

1. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.

2. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara.

3. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi

perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.

4. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung.

5. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor

4 (empat) langkah.

Gambar 2. 1. Diagram P-V dan T-S siklus otto

(Cengel & Boles, 1994 : 451)

B. Siklus Otto (Siklus udara volume konstan)

Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi pada volume

konstan, sedangkan siklus otto tersebu ada yang berlangsung dengan 4 (empat) langkah

atau 2 (dua) langkah. Untuk mesin 4 (empat) langkah siklus kerja terjadi dengan 4

(empat) langkah piston atau 2 (dua) poros engkol. Adapun langkah dalam siklus otto

yaitu gerakan piston dari titik puncak (TMA=titik mati atas) ke posisi bawah

(TMB=titik mati bawah) dalam silinder.

Gambar 2. 2. Diagram P-V dan T-S siklus otto

(Cengel & Boles, 1994 : 458)

Proses siklus otto sebagai berikut :

Proses 1-2 : proses kompresi isentropic (adiabatic reversible) dimana piston bergerak

menuju (TMA=titik mati atas) mengkompresikan udara sampai volume

clearance sehingga tekanan dan temperatur udara naik.

Proses 2-3 : pemasukan kalor konstan, piston sesaat pada (TMA=titik mati atas)

bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan temperatur

meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus.

Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong piston

turun menuju (TMB=titik mati bawah), energi dilepaskan disekeliling

berupa internal energi.

Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston sesaat pada (TMB=titik

mati bawah) dengan mentransfer kalor ke sekeliling dan kembali

mlangkah pada titik awal.

Siklus Diesel

Prinsip kerja mesin diesel mirip seperti mesin bensin. Perbedaannya terletak pada

langkah awal kompresi alias penekanan adiabatik (penekanan adiabatik = penekanan yang

dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor alias panas tidak sempat mengalir menuju

atau keluar dari sistem. Sistem untuk kasus ini adalah silinder). Kalau dalam mesin bensin,

yang ditekan adalah campuran udara dan uap bensin, maka dalam mesin diesel yang

ditekan hanya udara saja… Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan

udara meningkat. Selanjutnya injector alias penyuntik menyemprotkan solar. Karena suhu

dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke dalam silinder, si

solar langsung terbakar… Tidak perlu pake busi lagi. Perhatikan besarnya tekanan yang

ditunjukkan pada diagram di bawah… bandingkan dengan besarnya tekanan yang

ditunjukkan pada diagram siklus otto

Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal alias sempurna… Mula-mula udara ditekan

secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan – penyuntik alias 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). Selengkapnya bisa

dipelajari di dunia perteknik-otomotifan.

Dari penjelasan yang bertele-tele di atas, kita bisa menyimpulkan bahwa setiap

mesin kalor pada dasarnya memiliki zat kerja tertentu. Zat kerja untuk mesin uap adalah air,

zat kerja untuk mesin bensin adalah udara dan uap bensin, zat kerja untuk mesin diesel

adalah udara dan solar. Zat kerja biasanya menyerap kalor pada suhu yang tinggi (QH),

melakukan usaha alias kerja (W), lalu membuang kalor sisa pada suhu yang lebih rendah

(QL). Karena si energi kekal, maka QH = W + QL.

Penyebab penyimpangan siklus udara (ideal) :

1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tak sempurna

2. Katup tidak dibuka dan ditutup tepat pad TMA dan TMB,

3. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal dengan kalor

spesifik yang konstan selama proses.

4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, ketika torak berada pada posisi TMA,

tidak terdapat pemasukan kalor seperti pd siklus ideal. Kenaikan temperatur dan

tekanan fluida kerja terjadi akibat proses pembakaran bahan bakar dan udara di

dalam silinder.

5. Proses pembakaran memerlukan waktu, jadi berlangsung tidak spontan.

6. Terdapat kerugian kalor akibat ada transfer panas dari fluida kerja ke fluida

pendingin.

7. Terdapat kerugian kalor bersama gas buang.

8. Terdapat kerugian energi akibat gesekan.