Siklus Ideal dan Siklus Aktual pada Analisis Motor Bakar

Siklus Ideal dan siklus Aktual pada Analisis Motor Bakar (Mesin 4 Tak) – Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam internal combustion engine sangat kompleks untuk dianalisis menurut teori, untuk memudahkan dalam menganalisis maka perlu dibayangkan suatu keadaan yang ideal. Makin ideal suatu keadaan makin mudah dianalisis, tapi dengan sendirinya akan jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya. 

Umumnya untuk menganalisis motor bakar digunakan siklus udara sebagai siklus yang ideal. Perhitungan termodinamika sangatlah penting, karena dengan mengetahui perhitungan termodinamika maka kita akan mengetahui seberapa besar prestasi engine yang dihasilkan.

Siklus standar udara sangat bermanfaat karena siklus ini memberikan kecenderungan, yaitu apabila perbandingan kompresi naik efisiensi siklus juga naik.

Siklus Ideal

Siklus udara sebagai siklus yang ideal umumnya digunakan untuk menganalisis motor bakar. Siklus udara menggambarkan beberapa keadaan yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya mengenai:Urutan proses.Perbandingan kompresi.Pemilihan temperatur dan tekanan pada suatu keadaan.Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara.

Siklus udara volume konstan (siklus Otto) dapat digambarkan dengan grafik P vs V, di mana sifat ideal yang digunakan adalah sebagai berikut:Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstanLangkah isap (0-1) pada tekanan konstan (proses isobarik)Langkah kompresi (1-2) proses isentropikProses pembakaran pada volume konstan (2-3)Langkah kerja (3-4) proses isentropikProses pembuangan (4-1) pengeluaran kalor pada volume konstan (proses isokhorik)Langkah buang (1-0) pada tekanan konstan (proses isobarik)Diagram P vs V Siklus Ideal

Keterangan:

P0 = Tekanan Fluida (kg/m2)

P1 = Tekanan akhir langkah isap (kg/m2)

P2 = Tekanan saat langkah kompresi (kg/m2)

P3 = Tekanan pada akhir proses pembakaran (kg/m2)

P4 = Tekanan akhir langkah usaha (kg/m2)

T1 = Temperatur awal pemasukan (K)

T2 = Temperatur pemampatan (K)

T3 = Temperatur hasil pembakaran (K)

T4 = Temperatur (K)

TMA = Titik Mati Atas

TMB = Titik Mati Bawah

qm = Jumlah kalor yang dimasukan (kcal/kg)

qk = Jumlah kalor yang dikeluakan (kcal/kg)

Vs = Volume sisa (cm3)

V1 = Volume langkah torak (cm3)

V2 = Volume ruang bakar (cm3)

Siklus Sebenarnya

Diagram P vs V Siklus Sebenarnya

Siklus sebenarnya terjadi pada keadaan yang sesungguhnya, pada siklus sebenarnya terjadi kerugian yang disebabkan beberapa hal, antara lain:Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tidak dapat sempurnaKatup tidak dibuka dan ditutup tepat pada TMA dan TMB karena pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.

Kerugian tersebut dapat diperkecil jika bila saat pembukaan dan penutupan katup disesuaikan dengan beban dan kecepatan torak.Fluida kerja bukanlah udara yang dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik yang konstan selama siklus berlangsung.

Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA, tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udaraProses pembakaran memerlukan waktu, jadi tidak berlangsung sekaligus.

Akibatnya proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar yang berubah ubah karena gerakan torak. Dengan demikian proses pembakaran harus dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum TMA.

Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida kerja ke fluida pendingin.Terdapat kerugian energi karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding salurannya.

Berdasarkan semua hal di atas, bentuk diagram P vs V dari siklus yang sebenarnya tidak sama dengan diagram P vs V dari siklus ideal. Siklus yang sebenarnya tidak pernah merupakan siklus volume konstan. Penyimpangan tersebut menimbulkan kerugian energi maka diusahakan supaya siklus yang sebenarnya mendekati siklus udara yang ideal.