SIKLUS MESIN 4-TAK (Bagian Sepuluh)

RELASI EFISIENSI TERMAL DAN RASIO KOMPRESI



Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, krn

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

dan

CR = V2 / V1 = (T3 - T2) / (T4 - T1)

shg

TE = (1 - 1 / CR) x 100%


Seluruh formulasi dan kalkulasi diatas menggunakan aproksimasi ideal dimana panas jenis (spesific heat) dianggap bernilai smdgn 2.

Jika, panas jenis diperhitungkan, maka formula efisiensi termal real menjadi

TE = [1 - 1 / CR^(h-1)] x 100%

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

TE = (1 - 1 / CR) x 100%

Jika CR = 9 dan h = 1,5 [utk udara, nilai h mendekati 1,4], maka

TEi = (1 - 1 / 9) x 100% = 0,889 x 100% = 88,9%
TEr = [1 - 1 / [9^(1,5 - 1)]] x 100% = (1 - 1 / 9^0,5) x 100% = (1 - 1/3) x 100% = (1 - 0,333) x 100% = 0,666 x 100% = 66,6%

Rasio kompresi mesin Suzuki Thunder, berdasarkan data spesifikasi teknik, adalah 9,2, berarti efisiensi termal mesin Suzuki Thunder adalah

TEi = (1 - 1/9,2) x 100% = 0,891 x 100% = 89,1%
TEr = [1 - 1 / [9.2^(1,5 - 1)]] x 100% = (1 - 1 / 9.2^0,5) x 100% = (1 - 1/3,033) x 100% = (1 - 0,33) = 0,67 x 100% = 67%

Kembali pd pernyataan pertama diatas bahwa hampir seluruh kalkulasi diatas menggunakan aproksimasi ideal, namun dlm kenyataan, pd mesin pembakaran dalam 4-tak dgn bahanbakar bensin, banyak faktor lain mesin yg mempengaruhi keseluruhan proses, shg menurunkan efisiesi termal mesin, al.

* 1. dinding silinder adalah bukan metal ideal, shg ada tenaga panas hilang krn penyerapan panas oleh metal dinding silinder.
* 2. gesekan|friksi antara bagian2 mesin tdk nol krn mesin menggunakan oli | minyak pelumas bukan ideal shg tak ada tenaga gerak hilang utk mengatasi gesekan.
* 3. udara yg memasuki silinder mesin, tak berlaku sbg gas ideal yg memiliki kapasitas panas tetap, dimana panas jenis (specific heat) 1,4, dan dimana gas campuran udara dan bahanbakar dlm silinder mengalami turbulensi|gejolak.
* 4. mesin, dlm prakteknya, tak selalu dlm status "idle", tanpa beban, kendaraan tak diam alias bergerak, shg ada akselerasi|percepatan dan dekselerasi|perlambatan dlm gerak mesin, shg seluruh proses adalah tak "quasi-static" alias berlangsung dgn perubahan labil.



Jadi, dlm praktek, secara teknis, mesin dgn efisiensi antara 60% s/d 70% sdh dianggap cukup efisien, atau memiliki efisiensi normal.

Efisiensi termal mesin dpt ditingkatkan dgn bbrp cara,al.

* 1. meningkatkan rasio kompresi antara 9 dan 10 [hrs turun mesin].
* 2. meningkatkan suhu penyalaan dan pembakaran via peningkatan tegangan elektroda busi, dgn cara menambahkan SPB (spark-plug booster) antara koil dan busi, dan mengganti busi dgn yg lbh tahan panas.
* 3. meniadakan endapan kerak arang|karbon dlm ruang silinder mesin, dgn cara meningkatkan pembakaran menjadi lbh sempurna, al via cara 2.
* 4. melapisi permukaan metal mesin dgn bahan gel anti-friksi [minimasi friksi].
* 5. meningkatkan nilai kekentaan|viskositas oli | minyak pelumas, dgn mengganti pelumas dgn yg memiliki viskositas lbh kental pd suhu tinggi.
* 6. meningkatkan nilai oktan bahanbakar, shg tak terjadi pembakaran dini (pre-ignition) yg menimbulkan letupan (detonation) dan ketukan (knocking) pd mesin,
dgn cara mengganti bahanbakar dgn yg memiliki nilai oktan lbih tinggi [tapi tentu dgn harga lbh mahal].
* 7. melumasi dgn baik seluruh bagian bergerak | mekanisme kendaraan, dan memelihara agar tekanan angin ban selalu pd ukuran tepat [ini juga minimasi friksi].

SIKLUS MESIN 4-TAK (Bagian Sembilan)

FORMULASI DAN KALKULASI RASIO KOMPRESI MESIN



Merujuk kpd uraian sebelumnya diatas, dari relasi 6 fase termodinamik siklus Otto mesin 4-tak diatas, diperoleh bahwa

V2 / V1 = T2 / T1 = T3 / T4

dan juga bisa diperoleh bahwa

(T2 - T1) / T2 = (T3 - T4) / T3

atau

1 - T1/T2 = 1 - T4/T3

Nilai perbandingan V2 / V1 adalah rasio ekspansi|pemuaian (expansion ratio, XR, Rx) atau rasio kompresi|pemampatan (compression ratio, CR, Rc) isentropik volume silinder.

Berdasarkan dua relasi diatas diperoleh bahwa

CR = V2 / V1 = (T3 - T2) / (T4 - T1)

Dgn kata lain, rasio ekspansi atau rasio kompresi isentropik volume silinder adalah perbandingan volume total silinder dan volume kamar bakar (combustion chamber}, yg mana setara dgn perbandingan beda suhu pemampatan dan beda suhu pembuangan.

Utk lbh jelas, silahkan lihat kembali ilustrasi dlm diagram PVT.



Dlm kenyataan, pd mesin pembakaran dalam 4-tak dgn bahanbakar bensin, rasio kompresi tak dapat dibuat lbh besar drpd 10, krn jika rasio kompresi lbh besar drpd 10, maka peningkatan suhu dlm proses kompresi gas campuran udara dan bahanbakar akan dpt memanaskan dan membakar gas tsb sebelum gas tsb dibakar oleh percikan listrik busi, shg menimbulkan penyalaan dini (premature ignition) atau pra-penyalaan (pre-ignition) shg terjadi letupan (detonation) yg menimbulkan suara ketukan (knocking) dan gelitik (pinking) pd mesin.