Cari Tahu Yuk, Bagaimana Hubungan Hukum Termodinamika II dengan Mesin Kendaraan Bermotor?

0
651

Oleh : Alfrindah, Dea, Elfrida, Hasri, Kristian, Suria
Penulis adalah mahasiswa program Studi Kimia Murni Universitas Negeri Medan

****

Sebelum kita cari tahu hubungan antara hukum termodinamika II dengan mesin kendaraan bermotor, kita kenalan dulu dengan hukum II termodinamika yuk!

Termodinamika berasal dari bahasa Yunani di mana Thermos yang artinya panas dan Dynamic yang artinya perubahan. Termodinamika adalah suatu ilmu yang menggambarkan usaha  untuk mengubah kalor (perpindahan energi yang disebabkan perbedaan suhu) menjadi energi serta sifat-sifat pendukungnya. Termodinamika berhubungan erat dengan fisika energi, panas, kerja, entropi dan kespontanan proses.

Prinsip termodinamika sebenarnya yaitu hal alami yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari. Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, termodinamika direkayasa sedemikian rupa sehingga menjadi suatu bentuk mekanisme yang bisa membantu manusia dalam kegiatannya. Salah satunya mesin kendaraan bermotor yang berdasarkan prinsip termodinamika II.

Hukum II Termodinamika

Hukum kedua ini membatasi perubahan energi mana yang bisa terjadi dan yang tidak. Pembatasan ini dinyatakan dengan berbagi cara, yaitu :

“Hukum II termodinamika menyatakan dalam aliran kalor, Kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya”

Hukum II termodinamika dalam pernyataannya tentang mesin kalor, tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar.

Apa itu mesin motor?

Mesin motor disebut juga motor bakar atau motor bensin adalah salah satu jenis mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Sebelum menjadi tenaga mekanis, energi kimia bahan bakar diubah dulu menjadi energi termal atau panas melalui pembakaran bahan bakar dengan udara.

Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume kontan.

Bagaimana prinsip kerja motor bensin (mesin motor)?

Pada motor bensin, bensin dibakar untuk memperoleh energi thermal. Energi ini selanjutnya digunakan untuk melakukan gerakan mekanik. Prinsip kerja motor bensin, secara sederhana dapat dijelaskan sebagai berikut:

Campuran udara dan bensin dari karburator di hisap masuk ke dalam silinder, dimampatkan oleh gerak naik torak, dibakar untuk memperoleh tenaga panas. Bila torak bergerak turun naik di dalam silinder dan menerima tekanan tinggi akibat pembakaran, maka suatu tenaga kerja pada torak memungkinkan torak terdorong ke bawah. batang torak dan poros engkol berfungsi untuk merubah gerakan turun naik menjadi gerakan putar, torak akan menggerakkan batang torak dan akan memutarkan poros engkol. Dan juga diperlukan untuk membuang gas-gas sisa pembakaran dan penyediaan campuran udara bensin pada saat-saat yang tepat untuk menjaga agar torak dapat bergerak secara periodik dan melakukan kerja tetap.

Masukan campuran udara dan bensin ke dalam silinder, sampai pada kompresi, pembakaran dan pengeluaran gas-gas sisa pembakaran dari dalam silinder inilah yang disebut dengan “siklus mesin”. Pada motor bensin terdapat dua macam tipe yaitu: motor bakar 4 tak dan motor bakar 2 tak. Pada motor 4 tak, untuk melakukan satu siklus memerlukan 4 gerakan torak atau dua kali putaran poros engkol, sedangkan pada motor 2 tak, untuk melakukan satu siklus hanya memerlukan 2 gerakan torak atau satu putaran poros engkol.

Bagaimana hubungan mesin bensin dengan hukum termodinamika?

Hubungannya dengan Hukum Termodinamika ke-II adalah Siklus udara volume konstan yang terjadi pada mesin kendaraan bermotor adalah siklus ideal yang menerima tambahan panas yang terjadi secara konstan ketika piston dalam posisi titik mati atas (TMA). Siklus udara volume konstan dapat digambarkan dalam diagram P – V dan diagram T – S.

Siklus ideal (siklus Otto) merupakan siklus motor bakar yang banyak digunakan untuk motor bakar dengan bahan bakar bensin. Ada beberapa proses yang berlangsung pada siklus Otto ini seperti pada gambar diatas yaitu sifat ideal yang dipergunakan dan keterangan mengenai proses siklusnya:

  1. Proses 0 – 1 adalah langkah hisap tekanan konstan yaitu campuran bahan bakar dan udara yang di hisap ke dalam silinder.
  2. Proses 1 – 2 adalah langkah kompresi adiabatik reversibel yaitu campuran bahan bakar dan udara dikompresikan. Proses kompresi yang berlangsung secara isentropic (adiabatic reversible) dimana seluruh katup isap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Udara dan bahan bakar dimampatkan, dimana temperature dan tekanan pada tingkat 2 lebih tinggi dari tingkat 1.
  3. Proses 2 – 3 adalah proses pembakaran volume konstan, campuran udara dan bahan bakar dinyalakan dengan bunga api. Proses pembakaran yang berlangsung secara isovolumetrik (volume konstan).  Pada proses ini terjadi pengapian campuran bahan bakar dan udara oleh busi. Kalor dipindahkan ke system yang mengakibatkan peningkatan temperature, tekanan dan entropi.
  4. Proses 3 – 4 adalah langkah ekspansi adiabatik reversibel, kerja y. Proses ekspansi yang berlangsung secara isentropic.  Dimana gas hasil pembakaran berekspansi secara isentropic dan juga disebut langkah kerja dimana tekanan dan temperature akan menurun.  Hingga akhir proses ekspansi, katup isap dan buang tetap tertutup.

Secara spesifik pada prosesnya, langkah ke-1 Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar dapat dilihat pada katub hisap.

Langkah ke-2 Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi (pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar). Langkah ke-3 Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses yang akan menghasilkan tenaga. Langkah ke-4 Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mendorong sisa gas pembakaran menuju ke katup keluar yang sedang terbuka untuk diteruskan ke katub pembuangan.

DAFTAR PUSTAKA:

Fahrisal. Pembuatan Alat Uji Prestasi Mesin Motor Bakar Bensin Yamaha Lexam 115 Cc Jurnal Pembuatan alat uji prestasi mesin motor bakar bensin Yamaha lexam115cc

Fathun. 2020. Mesin bensin kendaraan ringan. Yogyakarta : Mirra Buana Media

Wibowo, R., dkk.  2012 . Pengaruh Pemanasan Bahan Bakar Dengan Radiator Sebagai Upaya Meningkatkan Kinerja Mesin Bensin. PROTON. 4(2). 42-47

TINGGALKAN KOMENTAR

Please enter your comment!
Please enter your name here