65
3.7.6 Perhitungan Termodinamika pada Ruang Bakar
Adapun untuk perhitungan termodinamika pada ruang bakar adalah menggunakan siklus tekanan terbatas dengan turbocarjer yang ditunjukkan pada
gambar 3.3 yaitu :
a Kondisi udara yang disuplai kompresor
Pa P
5 02
10 011
, 2
× =
T
02
= 395,49 K Kerapatan udara keluar kompresor
02 02
RT P
= ρ
dimana : R = konstanta gas universal sebesar 0,287 KJkg.K
02
T = temperatur yang disuplai kompresor K P
02
= tekanan setelah keluar kompresor dari rumus di atas, maka dapat dicari;
49 ,
395 287
, 10
011 ,
2
5
K K
kg kJ
Pa ×
= ρ
77 ,
1 =
ρ kgm
3
b Keadaan titik 1
Tekanan masuk ruang bakar dapat ditentukan, adalah P
1
= P
sup
- ΔP
ΔP = Penurunan tekanan pada pipa masuk
Universitas Sumatera Utara
66
Penurunan tekanan pada pipa masuk adalah : ΔP = 0,03 ~ 0,05 P
sup
ΔP = 0,05 P
sup
direncanakan ΔP = 0,05
Pa
5
10 011
, 2
× ΔP = 0,1005 x 10
5
Pa sehingga tekanan masuk ruang bakar adalah
P
1
= 2,011 x 10
5
Pa - 0,1005 x 10
5
Pa P
1
= 1,9105 x 10
5
Pa Kondisi temperatur masuk ruang bakar dapat diuraikan sesuai dengan
persamaan berikut ini : T
1
=
r r
r w
o
T t
T γ
γ +
+ ∆
+ 1
dimana :
r
γ = Koefisien gas sisa pembakaran, 0 untuk sistem turbocarjer Δt
w
= Kenaikan temperatur akibat kontak dinding silinder dengan piston .yaitu sebesar 10 ~ 15 K, dalam hal ini 15 K direncanakan
T
r
= Temperatur yang terkandung didalam gas sisa, untuk motor diesel sebesar 700 ~ 800 K
Dari rumus di atas temperatur udara masuk ruang bakar dapat dicari : T
1
= 1
15 K
395,49 +
+ + K
T
1
= 410,49 K
Universitas Sumatera Utara
67
dan kerapatan udara masuk ruang bakar adalah,
1 1
RT P
= ρ
49 ,
410 287
, 10
9105 ,
1
5
K kgK
kJ Pa
× =
ρ
62 ,
1 =
ρ kgm
3
volume spesifik pada titik 1 dapat dicari :
1 1
1
P RT
= ν
Pa K
kg kJ
5 1
10 9105
, 1
49 ,
410 287
, ×
= ν
kg m
617 ,
3 1
= ν
Pada suhu T
1
= 410,49 K, maka dengan cara interpolasi diperoleh : 785
, 293
1
= U
kJkg 616
, 411
1
= h
kJkg 171
, 4
Pr
1
= 4817
, 282
1
=
r
v
c Keadaan titik 2 Pada titik 2 terjadi langkah kompresi secara isentropik yaitu dari titik 1 ke
titik 2. Dimana telah diketahui sebelumnya bahwa,
r = perbandingan kompresi r = 18
Universitas Sumatera Utara
68
hubungan kompresi rasio adalah : r =
2 1
V V
= 18 dimana :
V
1
= Volume langkah m
3
V
2
= Volume sisa m
3
Pada keadaan langkah kompresi isentropis berlaku hubungan :
2 1
2 1
V V
r r
= υ
υ
1 2
1 2
V V
r r
υ υ =
18 417
, 282
2
=
r
υ
6934 ,
15
2
=
r
υ Pada
6934 ,
15
2
=
r
υ dengan cara interpolasi, maka diperoleh :
T
2
= 1169,0 K 857
, 905
2
= U
kJkg P
r2
= 213,95 459
, 1241
2
= h
kJkg untuk 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
× =
171 ,
4 95
, 213
10 9105
, 1
5 2
Pa P
× =
5 2
10 998
, 97
× =
P Pa
Universitas Sumatera Utara
69
maka volume spesifik pada titik 2: r
v v =
2 1
18 =
kg m
v 617
,
3 2
=
2
v 0,0342 m
3
kg
d Kondisi titik 2-3a-3
Pada kondisi ini pembakaran bahan bakar dan udara berlangsung pada volume konstan pemasukan kalor pada volume konstan yang kemudian
dilanjutkan dengan tekanan konstan yaitu dari titik 2-3a dan 3a-3, sehingga perbandingan tekanan maksimum dirumuskan :
2 3
2 3
P P
P P
a
= =
λ
Untuk λ = Mesin dengan pengabutan mekanis peningkatan tekanannya
1,7 ~ 2,2 dalam hal ini direncanakan 1,7 sehingga tekanan maksimum yang diperoleh adalah
=
a
P
3
P
2
× λ
=
a
P
3
1,7 x
5
10 998
, 97
× Pa
59 ,
166
3
=
a
P x 10
5
Pa keadaan tekanan titik 3a = titik 3, yaitu pada tekanan konstan maka besar
tekanan P
3
= P
3a
. P
3
=
Pa P
a 5
3
10 597
, 166
× =
Universitas Sumatera Utara
70
Hubungan antara temperatur titik 2 – 3a adalah pada volume konstan, maka :
λ =
=
2 2
3 3
2 3
v P
v P
T T
a a
a
dimana : λ = laju ledakan sehingga, temperatur T
3a
dapat dicari:
2 3
T T
a
= × λ
7 ,
1 ,
1169
3
× =
K T
a
K T
a
= 3
, 1987
3
pada suhu K
T
a
= 3
, 1987
3
dengan cara interpolasi maka diperoleh: kg
kJ U
a
482 ,
1666
3
= kg
kJ h
a
250 ,
2236
3
= Pemasukan kalor pada titik 2 - 3a – 3, yaitu:
a a
in
q q
q
3 3
2 3
− −
+ =
dimana :
in
q = panas yang masuk ke dalam siklus, panas yang masuk ke dalam siklus dapat dituliskan pada persamaan berikut ini :
in
q = FA LHV
in
q = 0,0335 41868 kJkg
in
q = 1381,644 kJKg
Universitas Sumatera Utara
71
Sehingga enthalpi pada titik 3 dapat 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
Pa kg
kJ h
644 ,
1381 ]
0342 ,
10 597
, 166
857 ,
905 [
5 3
= ×
+ −
=
3
h 2857,26 kJkg
pada kg
kJ h
26 ,
2857
3
= dengan cara interpolasi maka diperoleh:
K T
74 ,
2479
3
= =
96 ,
4271
3 r
p 3876
,
3
=
r
v kg
kJ U
48 ,
2145
3
=
e Kondisi Titik 4
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
=
K K
V V
a
3 ,
1987 74
, 2479
3 3
=
247 ,
1
3 3
=
a
V V
Universitas Sumatera Utara
72
=
3 3
2 1
3 4
V V
V V
V V
a
= 247
, 1
1 18
3 4
V V
43 ,
14
3 4
= V
V
dan 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
=
3876 ,
43 ,
14
4
=
r
v 593
, 5
4
=
r
v pada
93 ,
5
4
=
r
v dengan cara interpolasi maka diperoleh :
K T
74 ,
1091
4
= kg
kJ h
626 ,
1151
4
= 2966
, 130
4
=
r
p kg
kJ U
2625 ,
838
4
= Tekanan pada titik 4, pada keadaan ekspansi isentropik berlaku rumus
3 4
3 4
P P
P P
r r
=
=
3 4
3 4
r r
P P
P P
96 ,
4271 10
75 ,
166 2966
, 130
5 4
Pa P
× =
5 4
10 08
, 5
× =
P Pa
Universitas Sumatera Utara
73
f Kondisi titik 5’ Berlaku rumus idealisasi isentropik, yaitu
4 5
4 5
P P
P P
r r
=
Dimana telah diketahui bahwa tekanan masuk turbin P
5 ’
= 1,659 x 10
5
Pa Maka
4 5
4 5
P P
P P
r r
=
4 4
5 5
r r
P P
P P
=
2966 ,
130 10
08 ,
5 10
659 ,
1
5 5
5
× ×
=
r
P
804 ,
42
5
=
r
P pada
804 ,
42
5
=
r
P dengan cara interpolasi maka diperoleh :
17 ,
790
5
= T
K Kerja indikator thermal siklus dapat dicari dari persamaan berikut ini :
[ ]
1 4
3 3
2 3
U U
h h
U U
W
a a
id
− −
− +
− =
=
id
W [166,482 kJkg – 905,857 kJkg + 2857,26 kJkg – 2236,2504
kJkg – 838,2625 kJkg – 293,785 kJkg] 15
, 737
=
id
W kJkg
Universitas Sumatera Utara
74
Tekanan indikator rata-rata, diperoleh dengan persamaan berikut ini
1 1
1
r W
P
id it
− =
υ
4 3
10 18
1 1
617 ,
. 102
15 ,
737 −
= kg
m kJ
m kg
kg kJ
P
it
24 ,
11 =
it
P kgcm
2
3.7.7 Tekanan Indikator Rata-Rata
Kategori