1

BAB I

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam dengan mengumpulkan dan mencari hubungan di antaranya untuk memperoleh manfaat. Pemahaman Fisika ditujukan kepada kemampuan mahasiswa untuk memahami hukum-hukum Fisika. Penerapan Fisika dalam kehidupan sehari-hari, penerapan fisika dalamteknologi, pengembangan Fisika dan pengembangan kemampuan diri dalam bidang keahlian khusus.

Termodinamika (bahasa Yunani: thermos = panas and dynamic = perubahan) adalah fisika energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan proses. Termodinamika berhubungan dekat dengan mekanika statistik di mana banyak hubungan termodinamika berasal. Pada sistem di mana terjadi proses perubahan wujud atau pertukaran energi, termodinamika klasik tidak berhubungan dengan kinetika reaksi (kecepatan suatu proses reaksi berlangsung). Karena alasan ini, penggunaan istilah termodinamika biasanya merujuk pada termodinamika setimbang. Dengan hubungan ini, konsep utama dalam termodinamika adalah proses kuasistatik, yang diidealkan, proses super pelan. Proses termodinamika bergantung-waktu dipelajari dalam termodinamika tak-setimbang. Karena termodinamika tidak berhubungan dengan konsep waktu, telah diusulkan bahwa termodinamika setimbang seharusnya dinamakan termostatik.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.

Rumusan Masalah

Adapun masalah yang dibahas dalam makalah ini adalah :

Menjelaskan konsep dasar termodinamikaMenjelaskan Hokum I TermodinamikaMenjelaskan apa itu Mesin Kalor dan aplikasinyaMenjelaskan apa yang dimaksud dengan mesin dieselKeunggulan dan kelemahan mesin dieselPrinsip Kerja Mesin diesel

Metode Penulisan

Dalam penyusunan makalah ini, pemakalah membuka jurnal dan aplikasisanya dalam internet. Dimana pemakalah juga mencari sumber lain di internet yang relevan dengan pembahasan pemakalah.

Tujuan Penulisan

Adapun tujuan pembuatan makalah ini adalah :

Menyelesaikan tugas kapita selekta fisikaMemberikan informasi tentang jurnal dan aplikasi fisika kepada khalayak umum mengenai Hukum I TermodinamikaMenjelaskan apa itu Mesin Kalor dan aplikasinyaMenjelaskan apa yang dimaksud dengan mesin dieselKeunggulan dan kelemahan mesin dieselPrinsip Kerja Mesin diesel

BAB II

LANDASAN TEORI

Hukum I Termodinamika

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa besarnya kalor yang masuk sistem akan digunakan untuk meningkatkan energi dalam sistem dan sisanya lagi digunakan untuk melakukan usaha. Secara matematis, persamaan Hukum I Termodinamika dinyatakan sebagai berikut

Dalam kehidupan sehari-hari, banyak peristiwa yang berhubungan dengan Hukum I Termodinamika, sebagai contoh adalah peristiwa di dalam mesin. Sebelum dapat melakukan usaha, sistem tersebut harus dipanaskan terlebih dahulu. Hal inilah yang menjadi salah satu alasan orang-orang memanaskan motornya terlebih dahulu sebelum digunakan. Dengan adanya pemanasan terlebih dahulu, maka energi dalam gas akan meningkat dan stabil, sehingga usaha yang dihasilkan lebih besar dan lancar.

Mesin Kalor

Mesin kalor merupakan suatu perangkat yang mampu mengubah kalor menjadi usaha. Munculnya ide mesin kalor berawal dari siklus carnot. Siklus carnot bersifat reversible, yang merupakan kajian mesin kalor secara teoritis. Pada kenyatannya suatu mesin kalor bersifat irreversible, contohnya adalah mesin otto yang dipakai untuk kendaraan berbahan bakar bensin dan siklus diesel yang dipakai peda kendaraan berbahan bakar solar.

Salah satu hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan mesin adalah efisiensi. Efisiensi suatu mesin kalor merupakan perbandingan antara usaha yang dihasilkan terhadap kalor masukan dikalikan 100%. Secara matematis, efisiensi mesin kalor dinyatakan sebagai berikut

BAB III

APLIKASI

Mesin Diesel

Mesin dieseladalah sejenismesin pembakaran dalam. Lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (sepertibusi).

Mesin ini ditemukan pada tahun1892olehRudolf Diesel, yang menerimapatenpada23 Februari1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun1900dengan menggunakan minyak kacang (lihatbiodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan olehCharles F. Kettering.

Mesin diesel merupakan mesin kalor yang menggunakan tekanan (kompresi) untuk menciptakan temperatur tinggi dalam ruang mesin, sehingga dapat membakar bahan bakar yang diinjeksikan ke dalam ruang mesin tersebut secara spontan. Oleh karena itu kompresi yang dihasilkan pada ruang mesin jauh lebih tinggi dibandingkan dengan kompresi pada mesin bensin. Kompresi yang tinggi ini memerlukan tingkat kekuatan alat yang tinggi pula.

Gambar 1. Mesin diesel

Mesin diesel memiliki tingkat efisiensi termal terbaik dibandingkan mesin-mesin kalor lainnya karena memiliki rasio kompresi yang sangat tinggi. Mesin diesel kecepatan rendah, seperti mesin kapal mampu menghasilkan efisiensi lebih dari 50%.

Keunggulan dan Kelemahan Mesin Diesel

Keunggulan

Kelemahan

Memiliki tingkat efisiensi tinggi dibandingkan mesin kalor lainnya, sehingga irit bahan bakarMemerlukan bahan bakar dengan bilangan oktan yang tidak terlalu tinggi, sehingga bahan bakar diesel lebih murah dibandingkan bahan bakar mesin kalor lainnya.Tahan lama pada temperatur tinggi, karena komponen mesin dirancang untuk temperatur tinggi, sehingga tahan untuk digunakan dalam jangka waktu lama

Komponen - komponen mesin memiliki harga yang cukup mahal karena dedesain untuk dapat bekerja dengan bagus pada tekanan tinggiAdanya emisi gas buangan yang tinggi akibat pengaruh mutu bahan bakar, di mana mutu bahan bakar diesel (solar) lebih rendah daripada bensinTingkat kenyamanan kurang jika digunakan dalam kendaraan bermotor. Hal ini disebabkan karena getaran mesin yang terlalu tinggi

Prinsip Kerja

Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.

Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakan dan udara akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel (sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto).

Pada mesin Diesel, dibuat ruangan sedemikian rupa sehigga pada ruang itu akan terjadi peningkata suhu hingga mencapai titik nyala yang sanggup membakar minyak bahan bakar. Pemampatan yang biasanya digunakan hingga mencapai kondisi terbakar itu biasanya 18 hingga 25 kali dari volume ruangan normal. Sementara suhunya bisa naik mencapai 500 oC . Cara kerjanya mudah, minyak solar yang sudah dicampur udara (seperti yang keluar dari semprotan obat nyamuk) disemprotkan ke dalam ruangan yang telah mampat dan bersuhu tinggi, sehingga dapat langsung membuat kabut solar tadi meledak dan mendorong piston yang kemudian akan menggerakkan poros-poros roda, singkatnya menjadi tenaga. Kejadian ini berulang-ulang dan tenaga yang muncul pun dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan mobil, generator listrik, dan sebagainya.

Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat.

Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.

Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen : Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.

Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu para putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat berkerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka bisa mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik. Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih mencapai tujuan ini melalui elektronik kontrol modul (ECM) atau elektronik kontrol unit (ECU) yang merupakan komputer dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidrolik untuk mengatur kecepatan mesin.

Langkah kerja mesin disel secara umum adalah :

Motor diesel empat langkah bekerja bila melakukan empat kali gerakan (dua kali putaran engkol) menghasilkan satu kali kerja. Secara skematis prinsip kerja motor diesel empat langkah dapat dijelaskan sebagai berikut:

Langkah hisap

Pada langkah ini katup masuk membuka dan katup buang tertutup. Udara mengalir ke dalam silinder.

Langkah kompresi

Pada langkah ini kedua katup menutup, piston bergerak dari titik TBM ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder. 50 setelah mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan.

Langkah ekspansi

Karena injeksi bahan bakar kedalam silinder yang bertemperatur tinggi, bahan bakar terbakar dan berekspansi menekan piston untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB. Kedua katup tertutup pada langkah ini.

Langkah buang

Ketika piston hampir mencapai TMB, katub buang terbuka, katub masuk tetap tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMA sisa pembakaran terbuang keluar ruang bakar. Akhir langkah ini adalah ketika piston mencapai TMA. Siklus kemudian berulang lagi.

Gambar 2.2 Siklus Motor Diesel 4 langkah

BAB IV

PENUTUP

Simpulan

Mesin kalor merupakan suatu perangkat yang mampu mengubah kalor menjadi usaha.

Mesin dieseladalah sejenismesin pembakaran dalam. Lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (sepertibusi).

Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya memiliki satu torak.