MESIN PEMBAKARAN DALAM ATKINSON CYCLE DA
MESIN PEMBAKARAN DALAM
ATKINSON CYCLE DAN MILLER CYCLE
Tugas-UAS
TKT 334 -PERANCANGAN SISTEM TERMAL
Nama
NIM
: Septhio Trifosa Persisco
: 2013-041-040
TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK INDONESIA ATMA JAYA JAKARTA
2016
MESIN PEMBAKARAN DALAM ATKINSON CYCLE & MILLER
CYCLE
1.
Pengertian
Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari
pengembangan gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan
bakar dan udara yang berlangsung di dalam ruang tertutup dalam mesin yang disebut ruang
bakar (combustion chamber). "Mesin pembakaran dalam" sendiri biasanya merujuk kepada
mesin yang pembakarannya dilakukan secara berselang-seling. Yang termasuk dalam mesin
pembakaran dalam adalah mesin empat tak dan mesin dua tak, dan beberapa tipe mesin
lainnya, misalnya mesin enam tak dan juga mesin Wankel. Selain itu, mesin jet dan
beberapa mesin roket termasuk dalam mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam agak berbeda dengan mesin pembakaran luar (contohnya
mesin uap dan mesin Stirling), karena pada mesin pembakaran luar, energinya tidak
disalurkan ke fluida kerja yang tidak bercampur dengan hasil pembakaran. Fluida kerja ini
dapat berupa udara, air panas, air bertekanan, atau cairan natrium yang dipanaskan di
semacam boiler. Secara kontras, sebuah mesin pembakaran luar seperti mesin uap, bekerja
ketika proses pembakaran memanaskan fluida yang bekerja terpisah, seperti air atau uap,
yang kemudian melakukan kerja.
Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen
untuk menekan sebuah piston dan menggerakannya secara berualng, sedangkan sebuah mesin
jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang
pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan. Mesin jet, kebanyakan roket dan
banyak turbin gas termasuk dalam mesin pembakaran dalam, tetapi istilah "mesin
pembakaran dalam" seringkali menuju ke "mesin piston", yang merupakan tipe paling umum
mesin pembakaran dalam.
2.
Mesin Empat Tak (Empat Langkah)
Putara empat tak (Siklus Otto) dari sebuah mesin pembakaran dalam adalah jenis siklus
mesin yang sering digunakan untuk otomotif dan industri sekarang ini. Mesin dikonsepsikan
oleh teknisi Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada 1862, dan secara terpisah, oleh teknisi
Jerman Nikolaus Otto pada 1876. Putaran empat tak lebih irit dan pembakarannya lebih
bersih dari putaran dua tak, tetapi pada putaran empat tak membutuhkan lebih banyak bagian
yang bergerak dan langkah yang lalui dalam satu siklus. Mesin empat tak juga lebih mudah
dibuat dalam konfigurasi multi-silinder dari pada dua tak. Membuatnya sangat berguna dalam
aplikasi kebutuhan tenaga-besar (Hight Power) seperti mobil.
Gambar 1. Langkah Mesin Empat Tak (Intake, Compression, Power, Exhaust)
3.
Atkinson Cycle
Siklus Atkinson adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam yang ditemukan oleh
James Atkinson pada tahun 1882. Mesin Atkinson adalah mesin yang pada dasarnya
menggunakan prinsip kerja yang hampir sama dngan mesin Otto Cycle. Atkinson Cycle
dirancang untuk memberikan efisiensi lebih namun mengurangi densitas daya, atau daya
total.
Pada rancangan Atkinson memiliki perbedaan yang cukup signifikan pada mekanisme
penghubung pada penggerak poros utama (crankshaft). Penggerak piston diatur oleh suatu
pengungkit untuk mendapatkan empat langkah yang diterima oleh piston. Lihat Gambar 2.
Dengan rancangan yang sedemikian rupa, rasio ekspansi dapat berbeda dari rasio kompresi
dan dengan langkah ekspansi (power) lebih panjang dari langkah kompresi (compression)
lalu waktu (timing) intake valve yang lambat menutup pada saat kompresi berjalan membuat
gas yang sudah masuk ke silinder akan kembali tertiup ke saluran intake peristiwa ini
membuat saluran intake memiliki tekanan yang lebih besar, pada saat melakukan proses
pemasukan (intake) gas kedalam silinder tidak akan membebani power yang telah dihasilkan.
dengan begitu mesin dapat mencapai efisiensi termal yang lebih besar dibandingkan mesin
dengan siklus Otto.
Gambar 2. Atkinson Engine yang telah Dipatenkan
Mesin dengan siklus Otto memiliki efisiensi termal seiktar 20%, namun pada siklus
Atkinson efisiensi termal meningkat menjadi lebih dari 30%, akibat dari tetap terbukanya
katup masuk (valve intake) pada saat melakukan kompresi. Menjadi keuntungan lebih karena
pada saat melakukan intake mengurangi beban dan kerja yang dihasilkan dari piston.
Gambar 3. Diagram P-V pada Siklus Ideal Atkinson
The ideal Atkinson cycle consists of following operations:
1–2 Isentropic, orreversible, adiabaticcompression
2–3 Isochoric heating (Qp)
3–4 Isobaric heating (Qp')
4–5 Isentropic expansion
5–6 Isochoric cooling (Qo)
6–1 Isobaric cooling (Qo')
Secara sederhana siklus Atkinson memperluas bidang kerja yang dihasilkan. Lihat
Gambar 4. Sehingga efisiensi termal yang didapatkan akan semakin lebih besar.
Gambar 4. Bentuk Sederhana Diagram P-V dalam Siklus Otto dan Siklus Atkinson
Di zaman sekarang ini telah banyak mesin pembakaran dalam khususnya pada otomotif
telah menggunakan valve timing yang tidak konvensional lagi (variable valve timing).
Berbagai perkembangan gerak katup yang sudah semakin canggih seperti VVti, Mivec,
Vanos, dan lain-lain. Sehingga dengan mudahnya mengatur waktu open-close valve. Tanpa
harus memperpendek proses kompresi (udara terkompresi menjadi lebih sedikit)
atau
langkah ekspansi (power), sehingga pemperbaiki efisiensi bahan bakar yang sebelumnya
merupakan efek negatif dari siklus Atkinson sebenarnya.
4.
Miller Cycle
Dalam dunia engineering siklus Miller merupakan siklus termodinamika yang
digunakan dalam jenis mesin pembakaran dalam. Siklus ini telah dipatenkan oleh Ralph
Miller, insinyur asal Amerika pada tahun 1957. Pada dasarnya Miller Cycle hampir sama
dengan prinsip Siklus Atkinson, yaitu dengan mengatur timing valve lebih lama terbuka pada
saat terjadinya proses kompresi, sehingga sebagian gas dipaksa masuk kembali melalui katup
intake yang masih terbuka, akibatnya kehilangan sebagian gas yang berada di dalam silinder
untuk melakukan kompresi. Namun dalam siklus Miller masalah tersebut dapat diimbangi
dengan menggunakan supercharger.
Supercharger (dikenal dengan blower) adalah sebuah kompresor gas yang digunakan
untuk memompa udara ke silinder mesin pembakaran dalam (ruang bakar). Massa oksigen
tambahan yang dipaksa masuk ke silinder membuat mesin membakar lebih banyak bahan
bakar, dan meningkatkan efisiensi volumetrik mesin dan membuatnya lebih bertenaga.
Sebuah supercharger ditenagai secara mekanik oleh sabuk-puli, rantai-sproket, maupun
mekanisme roda gigi dari poros engkol mesin. Supercharger mirip dengan turbocharger,
tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin.
Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin
Gambar 5. Komponen Supercharger (atas) dan Turbocharger (bawah)
Dengan demikian beban yang dialami saat kompresi semakin berkurang, dan power
yang dihasilkan semakin bertambah. Dalam hal ini rasio ekspansi akan menjadi lebih besar
dari pada rasio kompresi.
Gambar 6. Diagram P vs V Miller Cycle Patent
5.
Simpulan
Berikut merupakan kesimpulan mengenai Siklus Atkinson dan Siklus Miller:
Siklus Atkinson dan silkus Miller sama-sama suatu metode dalam rekayasa mesin
bakar pembakaran dalam yang berguna untuk mengembangkan tingkat efisiensi
yang telah ada sebelumnya.
Siklus Miller merupakan versi modern dari siklus Atkinson, yang mana
menggunakan perangkat tambahan seperti supercharge guna mengurangi kelemahan
yang ada pada siklus Atkinson
Semakin berkembangnya teknologi, terutama pada perangkat mesin bakar
pembakaran dalam, maka akan semakin mudah dalam merekayasa mekanisme juga
efisiensi yang diinginkan.
Siklur Miller merupakan pilihan modern yang sangat berguna hingga saat ini,
terlebih perkembangan mesin bakar pembakaran dalam yang semakin pesat, untuk
meningkatkan efisiensi, menghemat bahan bakar, ramah lingkungan, dan aman.
3.1.
Daftar Pustaka
Wikipedia.
Mei
2016.
Motor
Bakar
Pembakaran
https://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar_pembakaran_dalam#Tipetipe_mesin_pembakaran_dalam [Diakses pada 24 Mei 2016]
Dalam
Wikipedia. Mei 2016. Atkinson Cycle. https://en.wikipedia.org/wiki/Atkinson_cycle
[Diakses pada 24 Mei 2016]
Wikipedia. Mei 2016. Miller Cycle. https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_cycle
[Diakses pada 24 Mei 2016]
Google
Patent,
Mei
2016.
Miller
cycle
engine
http://www.google.com/patents/US20120279218 [Diakses pada 24 Mei 2016]
ATKINSON CYCLE DAN MILLER CYCLE
Tugas-UAS
TKT 334 -PERANCANGAN SISTEM TERMAL
Nama
NIM
: Septhio Trifosa Persisco
: 2013-041-040
TEKNIK MESIN – FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK INDONESIA ATMA JAYA JAKARTA
2016
MESIN PEMBAKARAN DALAM ATKINSON CYCLE & MILLER
CYCLE
1.
Pengertian
Mesin pembakaran dalam adalah sebuah mesin yang sumber tenaganya berasal dari
pengembangan gas-gas panas bertekanan tinggi hasil pembakaran campuran bahan
bakar dan udara yang berlangsung di dalam ruang tertutup dalam mesin yang disebut ruang
bakar (combustion chamber). "Mesin pembakaran dalam" sendiri biasanya merujuk kepada
mesin yang pembakarannya dilakukan secara berselang-seling. Yang termasuk dalam mesin
pembakaran dalam adalah mesin empat tak dan mesin dua tak, dan beberapa tipe mesin
lainnya, misalnya mesin enam tak dan juga mesin Wankel. Selain itu, mesin jet dan
beberapa mesin roket termasuk dalam mesin pembakaran dalam.
Mesin pembakaran dalam agak berbeda dengan mesin pembakaran luar (contohnya
mesin uap dan mesin Stirling), karena pada mesin pembakaran luar, energinya tidak
disalurkan ke fluida kerja yang tidak bercampur dengan hasil pembakaran. Fluida kerja ini
dapat berupa udara, air panas, air bertekanan, atau cairan natrium yang dipanaskan di
semacam boiler. Secara kontras, sebuah mesin pembakaran luar seperti mesin uap, bekerja
ketika proses pembakaran memanaskan fluida yang bekerja terpisah, seperti air atau uap,
yang kemudian melakukan kerja.
Sebuah mesin piston bekerja dengan membakar bahan bakar hidrokarbon atau hidrogen
untuk menekan sebuah piston dan menggerakannya secara berualng, sedangkan sebuah mesin
jet bekerja dengan panas pembakaran yang mendorong bagian dalam nozzle dan ruang
pembakaran, sehingga mendorong mesin ke depan. Mesin jet, kebanyakan roket dan
banyak turbin gas termasuk dalam mesin pembakaran dalam, tetapi istilah "mesin
pembakaran dalam" seringkali menuju ke "mesin piston", yang merupakan tipe paling umum
mesin pembakaran dalam.
2.
Mesin Empat Tak (Empat Langkah)
Putara empat tak (Siklus Otto) dari sebuah mesin pembakaran dalam adalah jenis siklus
mesin yang sering digunakan untuk otomotif dan industri sekarang ini. Mesin dikonsepsikan
oleh teknisi Perancis, Alphonse Beau de Rochas pada 1862, dan secara terpisah, oleh teknisi
Jerman Nikolaus Otto pada 1876. Putaran empat tak lebih irit dan pembakarannya lebih
bersih dari putaran dua tak, tetapi pada putaran empat tak membutuhkan lebih banyak bagian
yang bergerak dan langkah yang lalui dalam satu siklus. Mesin empat tak juga lebih mudah
dibuat dalam konfigurasi multi-silinder dari pada dua tak. Membuatnya sangat berguna dalam
aplikasi kebutuhan tenaga-besar (Hight Power) seperti mobil.
Gambar 1. Langkah Mesin Empat Tak (Intake, Compression, Power, Exhaust)
3.
Atkinson Cycle
Siklus Atkinson adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam yang ditemukan oleh
James Atkinson pada tahun 1882. Mesin Atkinson adalah mesin yang pada dasarnya
menggunakan prinsip kerja yang hampir sama dngan mesin Otto Cycle. Atkinson Cycle
dirancang untuk memberikan efisiensi lebih namun mengurangi densitas daya, atau daya
total.
Pada rancangan Atkinson memiliki perbedaan yang cukup signifikan pada mekanisme
penghubung pada penggerak poros utama (crankshaft). Penggerak piston diatur oleh suatu
pengungkit untuk mendapatkan empat langkah yang diterima oleh piston. Lihat Gambar 2.
Dengan rancangan yang sedemikian rupa, rasio ekspansi dapat berbeda dari rasio kompresi
dan dengan langkah ekspansi (power) lebih panjang dari langkah kompresi (compression)
lalu waktu (timing) intake valve yang lambat menutup pada saat kompresi berjalan membuat
gas yang sudah masuk ke silinder akan kembali tertiup ke saluran intake peristiwa ini
membuat saluran intake memiliki tekanan yang lebih besar, pada saat melakukan proses
pemasukan (intake) gas kedalam silinder tidak akan membebani power yang telah dihasilkan.
dengan begitu mesin dapat mencapai efisiensi termal yang lebih besar dibandingkan mesin
dengan siklus Otto.
Gambar 2. Atkinson Engine yang telah Dipatenkan
Mesin dengan siklus Otto memiliki efisiensi termal seiktar 20%, namun pada siklus
Atkinson efisiensi termal meningkat menjadi lebih dari 30%, akibat dari tetap terbukanya
katup masuk (valve intake) pada saat melakukan kompresi. Menjadi keuntungan lebih karena
pada saat melakukan intake mengurangi beban dan kerja yang dihasilkan dari piston.
Gambar 3. Diagram P-V pada Siklus Ideal Atkinson
The ideal Atkinson cycle consists of following operations:
1–2 Isentropic, orreversible, adiabaticcompression
2–3 Isochoric heating (Qp)
3–4 Isobaric heating (Qp')
4–5 Isentropic expansion
5–6 Isochoric cooling (Qo)
6–1 Isobaric cooling (Qo')
Secara sederhana siklus Atkinson memperluas bidang kerja yang dihasilkan. Lihat
Gambar 4. Sehingga efisiensi termal yang didapatkan akan semakin lebih besar.
Gambar 4. Bentuk Sederhana Diagram P-V dalam Siklus Otto dan Siklus Atkinson
Di zaman sekarang ini telah banyak mesin pembakaran dalam khususnya pada otomotif
telah menggunakan valve timing yang tidak konvensional lagi (variable valve timing).
Berbagai perkembangan gerak katup yang sudah semakin canggih seperti VVti, Mivec,
Vanos, dan lain-lain. Sehingga dengan mudahnya mengatur waktu open-close valve. Tanpa
harus memperpendek proses kompresi (udara terkompresi menjadi lebih sedikit)
atau
langkah ekspansi (power), sehingga pemperbaiki efisiensi bahan bakar yang sebelumnya
merupakan efek negatif dari siklus Atkinson sebenarnya.
4.
Miller Cycle
Dalam dunia engineering siklus Miller merupakan siklus termodinamika yang
digunakan dalam jenis mesin pembakaran dalam. Siklus ini telah dipatenkan oleh Ralph
Miller, insinyur asal Amerika pada tahun 1957. Pada dasarnya Miller Cycle hampir sama
dengan prinsip Siklus Atkinson, yaitu dengan mengatur timing valve lebih lama terbuka pada
saat terjadinya proses kompresi, sehingga sebagian gas dipaksa masuk kembali melalui katup
intake yang masih terbuka, akibatnya kehilangan sebagian gas yang berada di dalam silinder
untuk melakukan kompresi. Namun dalam siklus Miller masalah tersebut dapat diimbangi
dengan menggunakan supercharger.
Supercharger (dikenal dengan blower) adalah sebuah kompresor gas yang digunakan
untuk memompa udara ke silinder mesin pembakaran dalam (ruang bakar). Massa oksigen
tambahan yang dipaksa masuk ke silinder membuat mesin membakar lebih banyak bahan
bakar, dan meningkatkan efisiensi volumetrik mesin dan membuatnya lebih bertenaga.
Sebuah supercharger ditenagai secara mekanik oleh sabuk-puli, rantai-sproket, maupun
mekanisme roda gigi dari poros engkol mesin. Supercharger mirip dengan turbocharger,
tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin.
Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin
Gambar 5. Komponen Supercharger (atas) dan Turbocharger (bawah)
Dengan demikian beban yang dialami saat kompresi semakin berkurang, dan power
yang dihasilkan semakin bertambah. Dalam hal ini rasio ekspansi akan menjadi lebih besar
dari pada rasio kompresi.
Gambar 6. Diagram P vs V Miller Cycle Patent
5.
Simpulan
Berikut merupakan kesimpulan mengenai Siklus Atkinson dan Siklus Miller:
Siklus Atkinson dan silkus Miller sama-sama suatu metode dalam rekayasa mesin
bakar pembakaran dalam yang berguna untuk mengembangkan tingkat efisiensi
yang telah ada sebelumnya.
Siklus Miller merupakan versi modern dari siklus Atkinson, yang mana
menggunakan perangkat tambahan seperti supercharge guna mengurangi kelemahan
yang ada pada siklus Atkinson
Semakin berkembangnya teknologi, terutama pada perangkat mesin bakar
pembakaran dalam, maka akan semakin mudah dalam merekayasa mekanisme juga
efisiensi yang diinginkan.
Siklur Miller merupakan pilihan modern yang sangat berguna hingga saat ini,
terlebih perkembangan mesin bakar pembakaran dalam yang semakin pesat, untuk
meningkatkan efisiensi, menghemat bahan bakar, ramah lingkungan, dan aman.
3.1.
Daftar Pustaka
Wikipedia.
Mei
2016.
Motor
Bakar
Pembakaran
https://id.wikipedia.org/wiki/Motor_bakar_pembakaran_dalam#Tipetipe_mesin_pembakaran_dalam [Diakses pada 24 Mei 2016]
Dalam
Wikipedia. Mei 2016. Atkinson Cycle. https://en.wikipedia.org/wiki/Atkinson_cycle
[Diakses pada 24 Mei 2016]
Wikipedia. Mei 2016. Miller Cycle. https://en.wikipedia.org/wiki/Miller_cycle
[Diakses pada 24 Mei 2016]
Patent,
Mei
2016.
Miller
cycle
engine
http://www.google.com/patents/US20120279218 [Diakses pada 24 Mei 2016]