Perhitungan termodinamika di dalam ruang bakar a Kondisi langkah isap titik 0

82

3.8.1 Perhitungan termodinamika di dalam ruang bakar a Kondisi langkah isap titik 0

dimana : 5 10 01325 , 1 × = P Pa T = 303 K Kerapatan udara luar adalah 01 01 T R P × = ρ 303 287 , 10 01325 , 1 5 K kgK kJ Pa × = ρ 16 , 1 = ρ kgm 3 b Kondisi titik 1 Kondisi temperatur masuk ruang bakar dapat dituliskan sesuai dengan persamaan berikut ini T 1 = r r r w o T t T γ γ + + ∆ + 1 Keterangan r γ = Koefisien gas sisa pembakaran, 0 untuk sistem turbocarjer Δt w = Kenaikan temperatur akibat kontak dinding silinder dengan piston yaitu sebesar 10 ~ 20 K, dalam hal ini 15 K direncanakan T r = Temperatur yang terkandung didalam gas sisa, untuk motor diesel sebesar 700 ~ 800 K Universitas Sumatera Utara 83 Sehingga temperatur udara masuk ruang bakar adalah T 1 = 1 15 303K + + + K T 1 = 318 K Kerapatan udara masuk ruang bakar 1 1 1 RT P = ρ 318 287 , 10 01325 , 1 5 1 K kgK kJ Pa × = ρ 11 , 1 1 = ρ kgm 3 Dimana volume spesifik pada keadaan ini dapat ditentukan dalam persamaan berikut : 1 1 P RT = ν Pa K kg kJ 5 1 10 01325 , 1 318 287 , × = ν 9 , 1 = ν m 3 kg Pada T 1 = 318 K, dengan cara interpolasi maka diperoleh 289 , 227 1 = U kJkg 565 , 318 1 = h kJkg 36895 , 1 Pr 1 = 404 , 155 1 = r V Universitas Sumatera Utara 84 c Kondisi titik 2 Pada kondisi titik 2 ini merupakan langkah kompresi yang terjadi secara isentropik. Dimana diketahui, r = Perbandingan kompresi r = 2 1 V V r = 18 Keterangan V 1 = Volume langkah m 3 V 2 = Volume sisa m 3 Dimana pada keadaan kompresi isentropik, berlaku hubungan 2 1 2 1 V V r r = υ υ 1 2 1 2 V V r r υ υ = 18 404 , 155 2 = r υ 63357 , 8 2 = r υ pada 63357 , 8 2 = r υ dengan cara interpolasi tabel Lampiran 5 diperoleh T 2 = 944,27 K P r2 = 73,179 956 , 711 2 = U kJkgs 994 , 982 2 = h kJkg Universitas Sumatera Utara 85 Kondisi tekanan pada titik 2 pada keadaan isentropik berlaku hubungan : 1 2 1 2 2 P P P P r r = 1 2 1 2 r r P P P P × = 36895 , 1 179 , 73 10 01325 , 1 5 2 Pa P × = 5 2 10 16 , 54 × = P Pa volume spesifik pada titik 2: r v v = 2 1 18 = kg m v 913 , 3 2 kg m v 0507 , 3 2 = d Kondisi Titik 2 – 3a - 3 Pada kondisi titik 2 - 3a terjadi pemasukan kalor pada volume konstan dan dilanjutkan dengan pemasukan kalor pada tekanan konstan yaitu terjadi pada titik 3a – 3, sehingga perbandingan tekanan maksimum : 2 3 2 3 P P P P a = = λ dimana λ = Mesin dengan pengabutan mekanis peningkatan tekanannya 1,7 ~ 2,2 dalam hal ini dipilih λ = 1,7 Universitas Sumatera Utara 86 Sehingga tekanan maksimum yang diperoleh adalah : 7 , 1 2 3 = P P a 7 , 1 10 16 , 54 5 3 × = Pa P a Pa P a 5 3 10 07 , 92 × = karena pada titik 3a = titik 3 pada tekanan konstan maka besar tekanan P 3 = P 3a . P 3 = Pa P a 5 3 10 07 , 92 × = Hubungan antara temperatur titik 2 – 3a adalah pada volume konstan. λ = = 2 2 3 3 2 3 v P v P T T a a a dimana : λ dinamai ”laju ledakan” sehingga, temperatur T 3a dapat dicari: λ = 2 3 T T a 7 , 1 27 , 944 3 = K T a K T a = 25 , 1605 3 pada K T a = 25 , 1605 3 dengan cara interpolasi maka diperoleh : kg kJ U a 75 , 1302 3 = kg kJ h a 43 , 1763 3 = pemasukan kalor pada titik 2 - 3a – 3, berlaku rumus : a a in q q q 3 3 2 3 − − + = Universitas Sumatera Utara 87 Dimana in q kalor yang masuk memenuhi persamaan berikut : in q = FA LHV in q = 0,0335 41868 kJkg in q = 1381,644 kJKg Sehingga enthalpi pada titik 3 ditentukan oleh persamaan berikut ini : [ ] 3 3 2 3 a a in h h U U q − + − = [ ] 3 3 3 3 3 3 2 3 a a a a in P U P U U U q ν ν + − + + − = in a q P U h = + − 3 3 2 3 ν [ ] kg kJ x kg kJ h 644 , 1381 05 , 10 07 , 92 956 , 711 5 3 = + − = 3 h 2553,95 kJkg Pada h 3 = 2553,95 kJkg , dengan cara interpolasi maka diperoleh : 66 , 2240 3 = T K 5482 , 3 = r υ 72 , 2728 3 = r P 8053 , 1910 3 = u kJkg e Kondisi Titik 4 Dimana pada persamaan gas ideal diketahui bahwa : 3 3 3 3 3 3 T V P T V P a a a = dimana pada keadaan tekanan konstan berlaku rumus : 3 3 3 3 T V T V a a = Universitas Sumatera Utara 88 K K V V a 25 , 1605 66 , 2240 3 3 = 395 , 1 3 3 = a V V         = 3 3 2 1 3 4 V V V V V V a       = 395 , 1 1 18 3 4 V V 90322 , 12 3 4 = = β V V untuk keadaan ekspansi isentropik berlaku rumus : 3 4 3 4 r r v v V V = 3 3 4 4 r r v V V v = 54820 , 90322 , 12 4 = r v 0735 , 7 4 = r v pada 0735 , 7 4 = r v dengan cara interpolasi maka diperoleh : K T 71 , 1009 4 = 2999 , 95 4 = r p kg kJ U 4949 , 767 4 = Universitas Sumatera Utara 89 pada kondisi expansi isentopik berlaku rumus yaitu :     = 3 4 3 4 P P p p r r sehingga:       = 3 4 3 4 r r P P P P       × = 72 , 2728 2999 , 95 10 07 , 92 5 4 Pa P 5 4 10 21 , 3 × = P Pa Kerja indikator thermal siklus ditentukan melalui persamaan berikut ini : [ ] 1 4 3 3 2 3 U U h h U U W a a id − − − + − = = id W [1302,75 kJkg – 711,956 kJkg + 2553,95 kJkg-1763,43 kJkg- 767,4949 kJkg-227,289 kJkg] 108 , 641 = id W kJkg Tekanan indikator rata-rata, diperoleh dengan persamaan berikut ini : 1 1 1 r W P id it − = υ 4 3 10 18 1 1 9 , . 102 108 , 641 − = kg m kJ m kg kg kJ P it 6 , 7 = it P kgcm 2 Universitas Sumatera Utara 90

3.8.2 Tekanan Indikator Rata-Rata