SIKLUS MESIN 4-TAK (Bagian Delapan)

FORMULASI DAN KALKULASI EFISIENSI TERMAL VIA BEDA TEMPERATUR



Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, aliran tenaga panas masukan|input Q1 berlangsung selama proses pemanasan dan penyalaan dan pembakaran dalam garis T2-T3 dan tenaga panas keluaran|output Q2 berlangsung selama proses pendinginan dan pembuangan T4-T1.

Relasi termodinamik menunjukkan bahwa kuantitas tenaga panas Q1 dan Q2 memiliki hubungan langsung dengan suhu panas T2 dan T3 dan T4 dan T1, dimana kuantitas tenaga panas masukan|input Q1 dgn perubahan suhu pemanasan T2 dan T3, dan kuantitas tenaga panas keluaran|output Q2 dgn perubahan suhu pendingan T4 dan T1.

Proses pemasukan|pengambilan gas campuran bahanbakar dan udara dlm garis T0-T1, dan proses pengeluaran|pembuangan sisa gas pembakaran dlm garis T1-T0, bukan merupakan sistem tertutup termodinamik (thermodynamic closed system), tp sistem terbuka termodinamik (thermodynamic open system), shg bukan merupakan bagian inti dr konversi energi dlm siklus Otto yg merupakan sistem tertutup termodinamik. Dua proses ini mengambil tenaga|energi mesin shg mengurangi efisiensi.


Relasi termodinamik menunjukkan bahwa efisiensi termal (thermal efficiency TE, Et) siklus Otto dlm sistem ini adalah, persentasi perbandingan kuantitas tenaga mekanik keluaran (mechanical energy quantity output) dan kuantitas tenaga panas masukan (heat energy quantity input), yg bila dijabarkan secara matematik fisika adalah sbb.

TE = W / Q1 x 100% = [(Q1 - Q2) / Q2] x 100% = [1 - Q2 / Q1] x 100%

dimana jika W = Q1 atau Q2 = 0, maka efisiensi 100%.

Jika dinyatakan hubungan dalam suhu, maka

TE = [1 - (T4 - T1) / (T3 - T2)] x 100%

shg efisiensi termal setara dgn persentasi satu dikurangi perbandingan beda suhu pembuangan dan beda suhu pemampatan.

Tp ini adalah formula aproksimasi gas ideal. Utk gas real berlaku formula sbb.

TE = [1 - [(T4 - T1) / (T3 - T2)]^(h-1)] x 100%

dimana h adalah panas jenis gas campuran udara dan bahanbakar, yg mana utk nilah h = 2,

TE = [1 - (T4 - T1) / (T3 - T2)] x 100%



Sbg contoh, suhu pemasukan gas campuran bahanbakar dan udara T1 adalah sekitar 25 derajat, kemudian memanas selama kompresi menjadi T2 sekitar 230 C. Lalu ketika penyalaan dan pembakaran memanas menjadi T3 sekitar 644 C, dan kemudian mendingin selama pengeluaran menjadi T4 sekitar 70 C, sampai akhirnya kembali mencapai T1 sekitar 25 C.

Jadi, krn,

T1 = 25
T2 = 230
T3 = 644
T4 = 70

TEi = [1 - (70 - 25) / (644 - 230)] x 100% = [1 - 45 / 414] x 100% = [1 - 0,109] x 100% = 0,891 x 100% = 89,1%
TEr = [1 - [(70 - 25) / (644 - 230)]^0,5] x 100% = [1 - (45 / 414)^0,5] x 100% = [1 - 0,33] x 100% = 0,67 x 100% = 67%

dimana,

TEi = efisiensi termal ideal
TEr = efisiensi termal real