Siklus Diesel

Siklus Diesel

            Ditemukan pada tahun 1890 oleh seorang berkebangsaan Jerman yaitu Rudolph Diesel. Sama halnya dengan siklus otto, siklus diesel merupakan siklus bolak-balik (reciprocating), namun pada siklus ini terdapat pengapian kompresi yang berbeda dengan siklus otto (menggunakan spark plug). Pada siklus diesel ini spark plug dan karburator digantikan oleh injektor bahan bakar.

Siklus diesel dapat dirancang dengan rasio kompresi yang tinggi (pada umumnya 12-24). Diagram perbandingan T-S dan P-V dapat dilihat pada gambar:

 Berbeda pada siklus otto, siklus diesel terdapat rasio pancung (cutoff ratio) yang terjadi pada proses pembakaran seperti yang terlihat pada diagram diatas proses 2-3. Untuk proses pada siklus diesel 4 langkah dapat dilihat pada gambar:

Pada gambar pertama (kiri ke kanan) merupakan langkah kompresi setelah udara masuk ke dalam ruang bakar. Udara ini dikompresi hingga mempunyai tekanan yang sangat tinggi sekali. Pada gambar kedua merupakan proses injeksi bahan bakar. Akibat tekanan udara yang sangat tinggi sekali dan injeksi dari bahan bakar tersebut menyebabkan terjadinya pembakaran. Pada gambar ketiga merupakan langkah tenaga dimana akibat ledakan dari pembakaran tadi piston didorong ke bawah dan menyebabkan terjadinya daya/power. Pada gambar keempat merupakan langkah buang, dimana sisa dari pembakaran dibuang ke lingkungan.

Untuk kompresi rasio yang sama siklus diesel mempunyai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan siklus otto. Adapun rumus untuk mencari efisiensi siklus diesel adalah:

 

Efisiensi siklus diesel yang tinggi menyebabkan siklus ini digunakan untuk mesin-mesin dengan kapasitas besar. Seperti yang terdapat pada truk, lokomotif, mesin kapal, dan pembangkit tenaga listrik darurat (genset).

Contoh kasus:

 Sebuah siklus diesel ideal dengan udara sebagai fluida kerja memiliki rasio kompresi 18 dan rasio pancung 2. Pada awal proses kompresi, fluida bekerja pada tekanan 14.7 psia, 80^oF, dan 117 in³. Dengan asumsi udara standar tentukan:

 ·       Temperatur dan tekanan udara pada akhir proses

·         Kerja bersih dan efisiensi termal siklus

·         Tekanan efektif rata-rata (MEP)

Solusi:

            Karena untuk mempermudah perhitungan keadaan terjadi pada standar udara. Sehingga R= 0.3704 psia.f³/lbm.R dan terjadi pada temperature kamar dengan c_p= 0.240 btu/lbm, c_v= 0.171 btu/lbm, k= 1.4 (bisa dilihat pada table termodinamika). Sedangkan perubahan energy kinetik dan potensial dapat diabaikan. Kemudian gambarkan diagram P-V siklus diesel ideal.

 Dari diagram diatas dapat kita peroleh:

Pada proses 1-2 terjadi kompresi isentropic gas ideal dengan panas spesifik konstan, sehingga:

 

Pada proses 2-3 terjadi penambahan panas ideal (tekanan konstan) sehingga:

Pada proses 3-4 terjadi ekspansi isentropic gas ideal dengan panas spesifik konstan, sehingga dapat diperoleh temperatur dan tekanan akhir proses (T₄ dan P₄):

Kerja bersih dari siklus adalah perubahan dari panas masuk dan keluar, untuk mencarinya dalam kasus ini kita harus mencari massa dari fluida:

 Pada proses 4-1 terjadi pembuangan panas ke lingkungan dengan volume konstan, sehingga:

 

Pada akhirnya dapat kita cari kerja bersih dan efisiensi siklus diesel ideal serta MEP (mean effective pressure):

 

Gambar diperoleh dari buku termodinamika 'Chengel'.