Contoh Soal Siklus Otto Ideal

Google Image- Siklus Otto Ideal Cover

Siklus otto ideal untuk mesin dengan perapian percikan bunga api (Busi)

Siklus otto adalah siklus ideal motor bensin dengan penyalaan percikan bunga api untuk proses pengapiannya, Nikolaus A. Otto telah sukses membuat mesin 4-Langkah pada tahun 1876 di Jerman dengan menggunakan siklus yang di usulkan oleh orang francis Beau de Rochas pada tahun 1862. Siklus motor bensin 4-Langkah dan proses-nya dapat kita lihat pada gambar berikut.

Google Image- Siklus Otto Ideal

Gambar diatas merupakan gambar Aktual dan ideal dari mesin 4-Langkah dengan perapian percikan bunga api. Pada motor bensin 4-Langkah atau biasanya orang menyebutnya 4 Tak terdapat 4 langkah atau siklus yang menjadi nama dari motor itu sendiri (4-Langkah), langkah-langkahnya adalah

1-Langkah Hisap (Campuran Udara Bahan Bakar)
2-Langkah Kompresi (Menekan Campuran Udara Bahan Bakar)
3-Langkah/Prose Ekspansi (Langkah Kerja, Piston Terdorong dari Tma ke Tmb)
4-Langkah/Proses Buang (Membuang gas Sisa hasil Pembakaran)

Dengan mengunakan siklus otto ideal kitra dapat mengetahui
a. Temperatur maksimum yang terjadi pada proses perapian di dalam piston
b. Tekanan maksimum yang terjadi selama siklus berlangsung
c. Keja bersi yang dihasilkan
d. Efisiensi Termal
e. Tekanan efektif rata-rata dari siklus tersebut
Untuk mendapatkan nilai tersebut kita membutuhkan Table A-17 Gas Ideal Udara sebagai berikut

Google Image- Table A-17

Google Image- Table A-17

Contoh soal dari siklus otto ideal:
Sebuah siklus otto ideal memiliki rasio kompresi = 8. Di awal langkah kompresi, udara memiliki tekanan 100 kPa dan Temperatur 17 °C dan panas sebesar 800 kJ/kg ditransfer ke udara selama proses penambahan panas volume konstan. Mempertimbangkan Variasi panas spesifik udara terhadap temperatur, tentukan:

a). Temperatur dan tekanan maksimal yang terjadi selama siklus tersebut
b). Kerja bersih
c). Efisiensi termal
d). Tekanan efektif rata-rata siklus tersebut

Diketahui :
r = 8 (Rasio kompresi)
Q_in = 800 kJ/Kg (Panas Masuk)
P = 100 kPa (Tekanan Awal)
T = 17 + 273 =290 K (Temperatur awal)

Kita mengetahui bahwa suhu awal T₁ = 290 K. Dengan menggunakan Table A-17 kita dapat mengetahui Vr (Volume spesifik relatif) dan U (Energi dalam)
Pada table A-17 T₁ = 290K dari T₁ diperoleh :
U₁ = 206,91Kj/Kg
V_r1 = 676,1
(Catatan: Gunakan interpolasi apabila ada selisi angka pada table A-17)

Proses 1-2 Proses Kompresi (Isentropik)
Untuk mendapatkan nilai Vr₂, T₂ dan U₂ menggunakan persamaan

Seletah diketahui nilai Vr₂. Dengan menggunakan Table A-17 kita dapat mengetahui nilai T₂ dan U₂ dengan nilai Vr ₂ = 84,51 diperoleh:
T₂ = 652,4 K (Temperatur pada titik 2 proses 1-2)
U₂ = 475,11 kJ/kg
Untuk mengetahui tekanan yang terjadi pada titik 2 maka kita cari nilai P₂ Dengan menggunakan Rumus Sebagai berikut:

Proses 2-3 Pembakaran (Volume konstan)
Untuk mengetahui nilai Vr₃ , T₃ dan U₃ maka digunakan rumus sebagai berikut
Q_in = U₃ – U₂
U₃ = Q_in + U₂
U₃ = 800 kJ/kg + 475,11 kJ/kg
U₃ = 1275,11 kJ/kg setelah diketahui nilai U₃. Tentukan nilai Vr₃ dan T₃ dengan menggunakan Table A-17. Maka diketahui nilai
Vr₃ = 6,108
T₃ = 1575,1 K

Untuk mengetahui tekanan yang terjadi pada titik 3 maka kita cari nilai P₃ Dengan menggunakan Rumus Sebagai berikut:

Proses 3-4 Ekspansi (Isentropik)
Untuk mengetahui nilai Vr₄ , T₄ dan U₄ maka digunakan rumus sebagai berikut

Setelah diketahui nilai Vr₄, Kita ketahui nilai T₄ dan U₄ dengan menggunakan table A-17, dari table A-17 diketahui nilai
T₄ = 795, 6 K
U₄ = 588,74 kJ/kg

Proses 4-1 Proses buang volume konstan
Q_out = U₄ – U₁
Q_out = 588,74 – 206,91
Q_out = 381,83 kJ/kg

a). Temperatur dan tekanan maksimal yang terjadi pada siklus tersebut adalah
T₄ = 795,6 K (Temperatur Maksimal)
P₃ = 4338 kPa atau 4,3 MPa (Tekanan Maksimal)

b). Kerja Bersih
W_net = Q_in - Q_out
W_net = 800 kJ/kg – 381,83 kJ/kg
W_net = 418,17 kJ/kg

c). Efisiensi Termal
ƞ_th =W_net / Q_in
ƞ_th =418,17 / 800
ƞ_th = 0,52 atau 52%

d). Tekanan Efektif Rata-rata Siklus tersebut (MEP)
MEP = W_net / (V₁ – V₂) (catatan: V ₁ = R.T₁ / P₁)
MEP = 418,17 / (0,832 . (1- (1/8))
MEP = 574,40 kPa

Demikian penjelasan dari contoh soal Siklus Otto Ideal, semoga penjelasan yang kami berikan dapat dimengerti dan di pahami oleh adik dan teman-teman semua, apabila ada kesalahan dalam penulisan dan perhitungan mohon dikoreksi dan berikan masukan ataupun pendapat pada kolom komentar, Terimakasih.
Info lebih lanjut tentang termodinamika : www.mechengunila.com