SIKLUS MESIN 4-TAK (Bagian Dua)

FORMULA DASAR TERMODINAMIK GAS IDEAL

Utk informasi anda saja, bagian ini mengandung batasan istilah (term definition) proses dlm termodinamika yg digunakan utk menjelaskan rangkaian proses berlangsung dlm mesin bakar bensin 4-tak, dan formula matematik fisika, dasar termodinamika, yd digunakan utk melakukan perhitungan teknik dan memperoleh kesimpulan.

Dlm sistem termodinamik ada bbrp istilah utk proses, yg dlm konteks ini, al sbb.

reversibel (reversible): proses bisa-dibalik, bisa-dikembalikan, bisa bolak-balik.
ireversibel (irreversible): proses tak bisa-dibalik.
quasi-statik (quasi-static): proses dgn statik infinitesimal, hampir statik, hampir stabil.
adiabatik (adiabatic): proses dgn aliran panas (heat flow) atau perpindahan panas (heat transfer), dimana efek kompresi adiabatik adalah pemanasan gas, dan sebaliknya, efek ekspansi adiabatik adalah pendinginan gas.
isentropik (isentropic): proses pd entropi tetap (constant entropy). Suatu proses adibatik reversibel adalah isentropik, dimana selama berlangsung perubahan adibatik, entropi tetap tak berubah.
isobarik (isobaric) atau isopiestik (isopiestic): proses pd tekanan tetap (constant pressure).
isotermik, isotermal (isothermic, isothermal): proses pd suhu tetap (constant temperature).
isovolumik, isovolumetrik (isovolumic, isovolumetric) atau isokorik (isochoric): proses pd volume tetap (constan volume).


Disini tak akan dibahas lbh lanjut ttg bbg istilah termodinamik ini, cukup hanya sbg pengetahuan dasar utk membedakan kelangsungan suatu proses termodinamik dlm mesin pembakaran dalam 4-tak dgn bahanbakar bensin akan dikupas secara rinci disini.


Berikut adalah formula dasar termodinamika.

Buat yg gerah dgn matematika, cukup sbg pengetahuan saja, dan silahkan lewatkan, dan lihat ringkasan dan kesimpulan pd bagian akhir.


Sistem termodinamik adalah merupakan fungsi 4-dimensional dlm suatu sistem tertutup,

f (P, V, T, m) = 0

dengan formula dasar keseimbangan termodinamik (themodynamic equilibrium)

P . V = m . R . T

dimana,

p = pressure (tekanan, desakan), dlm unit Pa (Pascal) atau N/m2 (Newton per square metre).
T = temperature (suhu), dlm unit K (Kelvin) atau C (Celcius, Centigrade).
V = volume (isi, kandungan), dlm unit m3 (cubic metre).
m = mass (masa, bobot), dlm unit kg (kilogramme).
R = universal gas constant (konstanta gas universal), dlm unit Pa.m3/kg.K.

Unit|satuan ukuran digunakan disini adalah unit sistem internasional (SI unit, systeme international d'unites). Dlm rekayasa termodinamik (thermodynamic engineering) digunakan satuan rekayasa Inggris (British engineering unit). Dlm uraian ini tak dibahas lbh jauh ttg unit ukuran, dan diluar cakupan tulisan ini.

Jika kandungan panas jenis gas diperhitungkan, maka formula diatas menjadi

P . V^h = m . R . T = K

dan

h = cp / cv
R = cp - cv, utk gas ideal.

dimana,

h = panas jenis (specific heat) gas, rasio tampungan|kapasitas panas jenis gas.
c = tampungan|kapasitas panas jenis (specific heat capacity) gas.
cp= c pd tekanan tetap; kapasitas panas jenis isobarik.
cv= c pd volume tetap; kapasitas panas jenis isovolumik.
C = tampungan|kapasitas panas (heat capacity, thermal capacity) gas, yakni kuantitas panas dibutuhkan utk meningkat 1 derajat suhu suatu gas.
K = tetapan|konstanta (constant).

Q = C . T
dQ = C . dT

dimana,

Q = kuantitas panas (quantity of heat, heat quantity).
dQ= perubahan kuantitas panas.
dT= perubahan suhu (temperature difference).

Q = S . T
dQ = dS . T

S = Q / T
dS = dQ /T

dimana,

S = entropi (entropy), ukuran relativ kuantitas energi tak-bisa-diperoleh dlm suatu sistem.
dS= perubahan entropi.

H = U P . V

dimana,

H = entalpi (enthalpy), kandungan panas (heat content).
U = tenaga internal (internal energy).


catatan penulisan:
tanda . atau * atau x berarti kali.
tanda ^ atau ** berarti pangkat (exponent).
tanda ^(1/2) atau **0,5 berarti pangkat setengah atau akar kuadrat (square root).

SIKLUS MESIN 4-TAK (source suzuki-thunder forum)

FASE TERMODINAMIK SIKLUS OTTO DALAM SIKLUS MESIN 4-TAK,
FORMULASI DAN KALKULASI RASIO KOMPRESI DAN EFISIENSI TERMAL MESIN,
DAN EFEK NUFTON SPB TERHADAP KINERJA MESIN


BAGIAN PERTAMA

Perilaku mesin bensin 4-tak dpt dijabarkan dlm termodinamika menggunakan formula matematika fisika sederhana.

Untuk menyederhanakan masalah dan memudahkan perhitungan, dilakuan pendekatan dgn pengandaian keadaan ideal, sbb.





1. dinding silinder adalah metal ideal, shg tak ada tenaga panas hilang krn penyerapan panas oleh metal dinding silinder.
2. gesekan|friksi antara bagian2 mesin dianggap nol atau mendekati nol krn mesin menggunakan oli | minyak pelumas ideal shg tak ada tenaga gerak hilang utk mengatasi gesekan.
3. udara yg memasuki silinder mesin, berlaku sbg gas ideal yg memiliki kapasitas panas tetap, dimana koeefisien panas jenis (specific heat) dianggap smdgn 2.
4 mesin dlm status "idle", tanpa beban, kendaraan diam, shg tak ada akselerasi|percepatan dan dekselerasi|perlambatan dlm gerak mesin, shg seluruh proses adalah "quasi-static" alias berlangsung dgn perubahan stabil penuh.


Dgn menggunakan semua asumsi diatas, siklus mesin 4-tak dpt dijabarkan dlm termodinamika sbg 6 fase siklus Otto standar-udara (air-standard Otto Cycle), yg terdiri dari 6 proses sederhana gas ideal, sbb.




1.X. pengambilan|pemasukan | penyedotan gas [campuran bahanbakar dan udara].
2.X. pemampatan|kompresi gas
3.A. pemanasan dan pembakaran gas
3.B. pendayaan|konversi gas, dr tenaga panas ke tenaga gerak.
4.A. pendinginan gas sisa pembakaran.
4.B. pembuangan|pengeluaran gas sisa pembakaran.

6 fase siklus Otto ini dpt digambarkan dlm diagram PVT (pressure, volume, temperature; tekanan, isi, suhu) 3-dimensi, atau diagram PV 2-dimensi sbb.





dimana, masing2 proses digambarkan dgn garis PVT atau kurva PVT.

1.X. garis. T0-T1
2.X. kurva T1-T2
3.A. garis. T2-T3
3.B. kurva T3-T4
4.A. garis. T4-T1
4.B. garis. T1-T0


Lihat gambar.