Penerapan Proses Adiabatik

Mesin Diesel

a. Sejarah Mesin Diesel

Rudolf Diesel lahir di Paris tahun 1858 sebagai keluarga ekspatriat Jerman. Ia melanjutkan studi di Politeknik Munchen. Setelah lulus dia bekerja sebagai teknisi kulkas, namun bakatnya terdapat dalam mendesain mesin. Diesel mendesain banyak mesin panas, termasuk mesin udara bertenaga solar. tahun 1892 ia menerima paten dari Jerman, Swiss, Inggris, dan Amerika Serikat untuk karyanya "Method of and Apparatus for Converting Heat into Work" (Metode dan Alat untuk Mengubah Panas menjadi Kerja). Tahun 1893 ia menemukan sebuah "mesin pembakaran-lambat" yang pertama-tama mengkompres udara sehingga menaikkan temperaturnya sampai di atas titik nyala, lalu secara bertahap memasukkan bahan bakar ke dalam ruang bakar. Tahun 1894 dan 1895 ia membuat paten di beberapa negara untuk mesin yang ia temukan, pertama di Spanyol (No. 16.654), Perancis (No. 243.531) dan Belgia (No. 113.139) bulan Desember 1894, Jerman (No. 86.633) tahun 1895, dan Amerika Serikat (No. 608.845) tahun 1898. Ia mengoperasikan mesin pertamanya tahun 1897.

Di Augsburg, 10 Agustus 1893, Rudolf Diesel menciptakan mesin pertamanya, sebuah silinder tunggal 10-foot (3.0 m) berbahan besi dengan roda gila pada dasarnya. Diesel memerlukan waktu 2 tahun untuk menyempurnakan mesinnya dan pada tahun 1896 ia mendemonstrasikan model lainnya dengan efisiensi teoritis 75%, sangat jauh bila dibandingkan dengan mesin uap yang hanya 10%. Tahun 1898, Diesel telah menjadi jutawan. Mesin buatannya telah digunakan untuk menggerakkan transportasi jalur pipa, pembangkit listrik dan air, mobil, truk, dan kapal, kemudian juga menyebar sampai pertambangan, ladang minyak, pabrik, dan transportasi antar benua.

b. Komponen-Komponen Mesin Diesel

Motor diesel diciptakan oleh seorang warga Jerman bernama Rudolf Diese, dimana pada tahun 1898 berhasil menunjukkan karyanya. Latar belakang Rudolf Diesel membuat mesin tersebut karena ia berkesimpulan bahwa mesin uap semasa itu amat memboroskan bahan bakar, karena rendemennya (efesiensinya) yang rendah. Hingga ia berkehendak untuk membuat suatu mesin yang pemakaian bahan bakarnya rendah dan dapat merubah panas menjadi panas berguna. Sampai saat ini motor diesel merupakan jenis motor yang dekat dengan populer, karena pemakaian bahan bakarnya yang mudah dan lebih irit.

Motor diesel biasanya juga disebut "motor pernyalaan-kompresi" ("compression - Ignition engine") oleh karena cara penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai dari akibat proses kompresi. Motor empat tak adalah motor yang setiap siklus kerjanya diselesaikan dalam empat langkah torak dan dua kali putaran poros engkol.

Komponen Utama Mesin Diesel, yaitu :

1. Torak

Torak bergerak bolak-balik dari TMA ke TMB atau sebaliknya dan menyebabkan terjadinya perubahan volume baik diatas torak maupun dibawah torak. Selain itu juga menyebabkan perubahan tekanan. Pada torak terdapat ring yang berfungsi sebagai perapat antara silinder dan torak.

2. Silinder

Merupakan sebuah ruangan tempat udara yang dikompresikan dan bercampur dengan bahan bakar untuk menghasilkan daya dan merupakan tempat penggerak piston.

3. Katup

Terdapat dua jenis katup yaitu katup masuk dan katup buang. Katup masuk adalah tempat udara masuk kedalam silinder, sedangkan katup buang adalah tempat daya hasil pembakaran dikeluarkan.

4. Engkol

Batang engkol berfungsi untuk menghubungkan atau meneruskan gerak bolak-balik kedalam poros engkol. Sebuah komponen yang gerak bolak-balik piston menjadi gerak putaran yang meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.

c. Prinsip Kerja Mesin Diesel

Diagram siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal. Urutan kerja mesin diesel berurutan dari nomor 1-4 searah jarum jam. Dalam siklus mesin diesel, pembakaran terjadi dalam tekanan tetap dan pembuangan terjadi dalam volume tetap. Tenaga yang dihasilkan setiap siklus ini adalah area di dalam garis siklus.

Mesin diesel menggunakan prinsip kerja hukum Charles, yaitu ketika udara dikompresi maka suhunya akan meningkat. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat dengan rasio kompresi antara 15:1 dan 22:1 sehingga menghasilkan tekanan 40-bar (4.0 MPa; 580 psi), dibandingkan dengan mesin bensin yang hanya 8 to 14 bars (0.80 to 1.40 MPa; 120 to 200 psi). Tekanan tinggi ini akan menaikkan suhu udara sampai 550 °C (1,022 °F). Beberapa saat sebelum piston memasuki proses kompresi, bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar langsung dalam tekanan tinggi melalui nozzle dan injektor supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Injektor memastikan bahwa bahan bakar terpecah menjadi butiran-butiran kecil dan tersebar merata. Uap bahan bakar kemudian menyala akibat udara yang terkompresi tinggi di dalam ruang bakar. Awal penguapan bahan bakar ini menyebabkan sebuah waktu tunggu selagi penyalaan, suara detonasi yang muncul pada mesin diesel adalah ketika uap mencapai suhu nyala dan menyebabkan naiknya tekanan diatas piston secara mendadak. Oleh karena itu, 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.
Tingginya kompresi menyebabkan pembakaran dapat terjadi tanpa dibutuhkan sistem penyala terpisah (pada mesin bensin digunakan busi), sehingga rasio kompresi yang tinggi meningkatkan efisiensi mesin. Meninggikan rasio kompresi pada mesin bensin hanya terbatas untuk mencegah kerusakan pra-pernyalaan.