Cara Kerja Mesin Diesel
Mesin diesel ialah mesin penggerak yang bekerja sesuai dengan prinsip hukum Charles atau Charles F. Kettering, di mana pada mulanya sebelum disempurnakan oleh Charles F. Kettering, mesin diesel ini ditemukan oleh Rudolpf Diesel pada tahun 1892, dan telah dipatenkan olehnya di tahun 1893 pada tanggal 23 Februari.
Mesin diesel atau disebut juga mesin pemicu kompresi adalah mesin yang menggunakan panas kompresi supaya tercipta nyala dan pembakaran bahan bakar yang telah dimasukkan ke dalam ruang bakar mesin diesel.
Mesin diesel tidak memerlukan busi seperti yang terdapat pada mesin yang menggunakan bahan bakar bensin atau mesin dengan bahan bakar gas.
Mesin diesel juga mempunyai kemampuan efisiensi terbaik dalam hal efisiensi thermal apabila dibandingkan dengan jenis mesin pembakaran luar dan pembakaran lainnya, di mana hal tersebut disebabkan karena mesin diesel mempunyai rasio kompresi yang sangat tinggi, sebagai contoh mesin diesel berkecepatan rendah seperti yang digunakan pada mesin kapal, bisa mempunyai efisiensi thermal mencapai lebih dari 50 persen.
Selain memiliki efisiensi thermal terbaik, mesin diesel juga mempunyai beragam keuntungan dibandingkan dengan jenis mesin pembakaran lainnya, seperti:
- Membakar lebih sedikit bahan bakar bila dibandingkan dengan mesin bahan bakar bensin untuk menciptakan tenaga yang sama, karena mesin diesel memiliki suhu pembakaran dan rasio kompresi yang lebih tinggi, di mana pada umumnya mesin dengan bahan bakar bensin mempunyai tingkat efisiensi sebesar 30 persen, dan mesin diesel mempunyai efisiensi sebesar 45 persen.
- Tidak adanya tegangan listrik yang tinggi di sistem penyalaan mesin diesel yang menjadikan mesin diesel lebih tahan lama dan mudah untuk digunakan pada lingkungan yang keras, dan juga menghilangkan sumber gangguan pada frekuensi radio yang bisa mengganggu peralatan navigasi dan komunikasi yang disebabkan karena tidak adanya koil, kawat spark plug, dan yang lainnya.
- Menggunakan suku cadang yang telah diperkuat, menjadikan mesin diesel memiliki daya tahan mesin dua (2) kali lebih lama apabila dibandngkan dengan mesin berbahan bakar bensin.
- Bahan bakar mesin diesel lebih mudah didapatkan dan minim biaya untuk menghasilkannya, karena dapat dihasilkan langsung dari minyak bumi. Berbeda dengan mesin bahan bakar bensin yang memerlukan catalytic reforming atau proses mengubah naptha oktan rendah menjadi produk reformat dengan oktan tinggi.
- Bahan bakar yang digunakan pada mesin diesel biasanya dianggap lebih aman, bila dibandingkan dengan bahan bakar yang digunakan untuk mesin bensin. Hal tersebut dikarenakan bahan bakar untuk mesin diesel tidak dapat meledak, tidak menghasilkan uap yang mudah terbakar dalam jumlah yang besar, dan juga mesin diesel tahan terhadap adanya vapor lock.
- Efusiensi pada bahan bakar mesin diesel atau massa yang dibakar per energi yang diciptakan nyaris konstan untuk beban parsial apapun, tidak seperti mesin bensin yang akan proporsional.
- Mesin diesel mengeluarkan panas terbuang lebih sedikit bila dibandingkan dengan mesin dengan bahan bakar bensin.
- Mesin diesel mampu menerima tekanan dari turbocharger atau juga supercharger tanpa adanya batasan atau bisa juga tergantung dari kekuatan komponen mesinnya. Sedangkan pada mesin bahan bakar bensin, tidak dapat menerima tekanan dari dua (2) jenis charger tersebut, dikarenakan dapat menimbulkan detonasi ataupun ketukan pada tekanan tinggi.
- Mesin diesel memiliki gas buang dengan kandungan karbon monoksida yang relatif sedikit bila dibandingkan dengan mesin dengan bahan bakar bensin. Hal tersebut menjadikan mesin diesel bisa digunakan untuk wilayah tambang bawah tanah.
Adapun beberapa hal yang perlu diperhatikan apabila menggunakan mesin diesel, seperti berikut ini:
1. Proses Nyala
Mesin diesel akan sulit untuk hidup apabila mesin dalam kondisi dingin, oleh karena itu beberapa mesin diesel menggunakan tambahan pemanas elektronik kecil di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar mesin diesel sebelum menyalakan mesin.
Adapun beberapa mesin diesel juga menambahkan pemanas resistive grid pada intake mainfold supaya udara masuk ke mesin diesel mencapai suhu yang optimal untuk menyalakan mesin diesel.
2. Pengentalan
Di wilayah dengan cuaca yang sangat dingin, bahan bakar mesin diesel dapat mengental dan dapat meningkatkan viscositas dan bisa tercipta kristal lilin atau juga gel, di mana kristal tersebut bisa terbentuk di sepanjang jalur bahan bakar yaitu khususnya pada saringan, membuat mesin susah untuk dinyalakan apabila dalam kondisi cuaca atau suhu yang dingin.
Solusi dari adanya pengentalan tersebut yaitu bisa diatasi dengan beberapa cara, seperti menambahkan pemanas menggunakan listrik di tangki bahan bakar dan juga di sepanjang jalur bahan bakar secara elektronik, kemudian bisa dengan menggunakan bahan bakar diesel untuk musim dingin atau dengan mencampurkan bahan bakar diesel dengan minyak tanah.
Terdapat 2 cara kerja mesin diesel yang dibedakan berdasarkan jenis mesin diesel, sebagai berikut:
a. Mesin Diesel Dua Tak
Mesin diesel dua tak, ialah mesin diesel yang hanya mempunyai dua langkah di setiap satu kali siklusnya, yaitu di setiap putaran engkol, selalu terjadi pembakaran di dalamnya, sehingga konsumsi bahan bakar pada mesin diesel dua tak lebih boros dibandingkan dengan mesin diesel empat tak.
Meskipun mesin diesel dua dan empat tak mempunyai kapasitas mesin yang sama, akan tetapi tenaga yang dihasilkan oleh mesin diesel dua tak ini lebih besar dibandingkan dengan yang dihasilkan oleh mesin diesel empat tak.
Prinsip cara kerja mesin diesel dua tak yaitu dengan mengubah energi panas (kimiawi) menjadi energi gerak dengan menggunakan satu kali putaran engkol, di mana terdapat energi panas yang didapatkan dari pembakaran antara bahan bakar mesin diesel dengan oksigen melalui proses kompresi, dan hasil dari pembakaran tersebut dapat menciptakan daya ekspansi yang bertujuan untuk mendorong piston untuk dapat bergerak.
Adapun cara kerja mesin diesel dua tak ini hanya berjalan dua langkah saja, yaitu dengan:
1. Langkah Hisap dan Langkah Kompresi
Langkah hisap, yaitu suatu proses masuknya udara ke dalam silinder mesin, dan langkah kompresi yaitu suatu proses pemadatan udara ke bentuk yang lebih padat dari sebelumnya, yang menjadikan suhu udara meningkat. Kedua proses langkah tersebut terjadi di satu langkah secara bergantian.
Proses langkah hisap dan kompresi ini dimulai dari piston yang berada di Titik Mati Bawah (TMB). Ketika piston berada di TMB, maka udara akan masuk melalui lubang udara yang ada di sekitar dinding silinder. Udara tersebut bisa terdorong masuk karena adanya blower atau turbo di saluran intake yang menjadikan udara terdorong ke arah mesin.
Kemudian adanya pergerakan piston yang naik, menjadikan lubang udara tertutup oleh dinding piston. Saat piston baru bergerak seperempat ke Titik Mati Atas (TMA), maka proses kompresi udara akan dimulai. Kemudian saat piston mencapai TMA, udara sudah berhasil dipadatkan, yang menjadikan suhunya naik, dan siap untuk melalui proses pembakaran.
2. Langkah Usaha dan Langkah Buang
Langkah usaha ialah suatu proses terjadinya pembakaran, dan langkah buang ialah proses pembuangan gas sisa dari pembakaran yang dihasilkan dari mesin ke knalpot.
Langkah usaha ini bisa terjadi apabila piston telah mencapai TMA di akhir kompresi. Pada saat itu, injektor akan mengabutkan bahan bakar mesin diesel ke dalam udara bertekanan tinggi, dan menghasilkan bahan bakar diesel tersebut terbakar dengan sendirinya.
Bahan bakar mesin diesel tersebut bisa terbakar dikarenakan suhu udara yang dikompresikan melebihi titik nyala bahan bakar mesin diesel, yang kemudian membara bila dimasukkan ke dalam udara dengan suhu tinggi, dan untuk hasil dari pembakaran tersebut akan menghasilkan daya ekspansi yang mendorong piston bergerak ke TMB.
Namun, sebelum piston berada di TMB, katup buang akan terbuka, di mana pada posisi itu, lubang udara juga akan terbuka, disebabkan karena posisi piston berada di bawah, sehingga udara yang dikeluarkan oleh blower akan mendorong gas hasil sisa pembakaran untuk keluar melewati katup buang, dan katup buang tersebut akan tertutup di saat piston kembali naik ke TMA.
Proses tersebut akan terus berjalan hingga suplai bahan bakar mesin diesel itu diberhentikan atau juga habis.
b. Mesin Diesel Empat Tak
Mesin diesel empat (4) tak, yaitu mesin diesel yang membutuhkan dua kali putaran engkol dalam proses satu siklus kerja mesin. Mesin diesel empat tak menghasilkan satu kali pembakaran di setiap dua kali engkol, menjadikan bahan bakar yang dikeluarkan menjadi lebih sedikit, dengan konsekuensi tenaga tidak lebih besar dibandingkan dengan mesin diesel dua tak.
Kemudian, untuk cara kerja mesin diesel empat tak, memiliki empat langkah atau 4-stroke, yaitu:
1. Langkah Hisap
Langkah hisap, yaitu proses masuk udara ke dalam ruang silinder. Masuknya udara tersebut terjadi saat piston bergerak dari TMA ke TMB. Gerakan tersebut menjadikan volume di dalam silinder mesin membesar yang menjadikan udara dari luar masuk melalui intake valve.
2. Langkah Kompresi
Yaitu proses pemadatan udara di dalam ruang silinder yang diperlukan untuk proses pembakaran bahan bakar mesin diesel.
Perlu adanya self combustion atau melakukan pembakaran tanpa adanya bantuan percikan api dari busi yang didapatkan dari proses pemadatan udara yang menjadikan suhunya naik melewati titik bahan bakar diesel. Hal tersebut menjadikan bahan bakar diesel yang dimasukkan ke dalam udara bersuhu tinggi dapat terbakar dengan sendirinya.
Langkah kompresi ini berjalan setelah proses langkah hisap, yaitu saat piston sudah sampai pada Titik Mati Bawah (TMB) di akhir langkah hisap, yang kemudian piston akan kembali naik ke TMA (Titik Mati Atas), yang menjadikan adanya penyempitan pada volume silinder. Pada saat itu, intake maupun exhaust valve akan tertutup, sehingga penyempitan ruang silinder itu akan memadatkan udara yang ada di dalamnya.
3. Langkah usaha
Langkah usaha ini bisa disebut juga sebagai langkah pembakaran, yaitu suatu proses terjadinya pembakaran di dalam mesin, di mana pada proses ini bahan bakar diesel dimasukkan melalui injektor ke dalam ruang bakar. Udara akan mengalami peningkatan suhu karena terus dipadatkan.
Kemudian saat piston sampai pada TMA, udara tersebut sudah berada pada level suhu tertingginya atau melebihi titik didih bahan bakar mesin diesel itu. Di saat itu, bahan bakar diesel dikabutkan melalui injektor yang kemudian menghasilkan daya ekspansi, dan daya ekspansi itu akan membuat piston terdorong menuju ke bawah, hingga mencapai TMB.
4. Langkah buang;
Langkah buang merupakan proses keluarnya gas sisa hasil pembakaran dari dalam ruang bakar, yang terjadi ketika piston kembali naik menuju TMA setelah terkena daya ekspansi pembakaran.
Cara Kerja Mesin Biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar alternatif yang dihasilkan dari bahan alami terbarukan seperti minyak nabati dan hewani. Biodiesel adalah minyak dari tumbuhan atau hewan yang dipakai sebagai alternatif pengganti solar untuk armada dengan mesin diesel.
Biodiesel berasal dari bahan baku minyak sawit mentah (Crude Palm Oil), minyak jarak, minyak nyamplung, minyak kelapa, minyak ikan hingga Palm Fatty Acid Distillate (PFAD).
Biodiesel adalah minyak dari tumbuhan atau hewan yang dipakai sebagai alternatif pengganti solar untuk armada dengan mesin diesel. Biodiesel berasal dari bahan baku minyak sawit mentah (Crude Palm Oil), minyak jarak, minyak nyamplung, minyak kelapa, minyak ikan hingga Palm Fatty Acid Distillate (PFAD).
Baca juga: Pengaruh Emisi Kendaraan Bensin dan Diesel terhadap Kesehatan Udara di DKI Jakarta
Sumber dan Jenis Biodiesel
Sesuai pengertiannya, biodiesel bersumber dari minyak nabati dan hewani. Tidak seperti bioetanol yang menghasilkan kandungan seragam meski berbeda bahan baku, sumber bahan baku biodiesel bakal menentukan sifat kimia yang berbeda satu dengan yang lainnya.
Sumber olahan biodiesel dari bahan pangan di antaranya kacang, sawit, kelapa, kacang, kelor, saga utan, kasumba/kembang pulu, dan lain sebagainya. Adapun sumber non-pangan di antaranya kemiri, nimba, kapok, jarak pagar, nyamplung, kesambi, randu alas, jarak gurita, jarak landi, dan lain sebagainya.
Sementara minyak nabati atau golongan lemak nabati adalah contoh tanaman yang dapat dengan mudah ditanam dan tumbuh di sekitar kita. Penggunaan bahan baku dari tumbuhan lebih dominan dan sudah digunakan untuk skala industri. Biodiesel dari minyak kelapa sawit menjadi salah satu bahan baku yang cukup produktif. Berikut sejumlah jenis dan contoh biodiesel:
1. Biodiesel B20
Biodiesel 20 merupakan produk hasil pencampuran 20% Biodiesel dengan 80% bahan bakar minyak jenis solar. Program pemerintah ini diberlakukan sejak Januari 2016 sesuai Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Nomor 12 tahun 2015 tentang Perubahan Ketiga atas Peraturan Menteri ESDM nomor 32 tahun 2008.
2. Biodiesel B30 dan B35
Biodiesel B30 merupakan produk hasil pencampuran 30% biodiesel dengan 70% bahan bakar minyak jenis solar. Program ini aktif berjalan di Januari 2020 sesuai Peraturan Menteri Energi dan Sumber Daya Mineral (ESDM) Nomor 12 tahun 2015 tentang Perubahan Ketiga atas Peraturan Menteri ESDM nomor 32 tahun 2008.
Sejak Desember 2022 hingga Januari 2023, pemerintah Indonesia mulai gencar menyuarakan transisi B30 menjadi B35 untuk digunakan masyarakat luas.
Komposisi B35 terdiri dari 35% BBN/biodiesel dan 65% solar. B35 sendiri akan mulai bisa digunakan masyarakat umum per 1 Februari 2023.
3. Biodiesel B100
Biodiesel B100 merupakan bahan bakar nabati untuk aplikasi mesin diesel berupa ester metil asam lemak (fatty acid methyl ester atau FAME) yang terbuat dari minyak nabati atau lemak hewani melalui proses esterifikasi atau transesterifikasi.
Cara Kerja Mesin Biodiesel
Biodiesel meningkatkan angka setana bahan bakar dan meningkatkan pelumasan bahan bakar. Angka setana yang lebih tinggi berarti mesin lebih mudah dinyalakan dan mengurangi penundaan pengapian. Mesin diesel bergatung pada pelumasan bahan bakar untuk mencegah komponen yang bergerak cepat aus.
Simpulan
Jurnal Muara Sains, Teknologi, Kedokteran dan Ilmu Kesehatan 1 (1), 48-58, 2017
Tulisan ini meneliti kinerja mesin diesel satu silinder menggunakan campuran bahan bakar biodiesel randu dengan solar. Tes dilakukan dengan berbagai perbandingan biodiesel-diesel (B10, B20 dan B30).
Sebuah model artificial neural network (ANN) yang didasarkan pada algoritma back-propagasi standar digunakan untuk memprediksi kinerja mesin menggunakan MATLAB.
Untuk memperoleh data untuk pelatihan dan pengujian yang diusulkan ANN, kecepatan mesin yang berbeda (1400-2200 rpm) dipilih sebagai parameter masukan, sedangkan kinerja mesin (BSFC dan BTE) dipilih sebagai parameter keluaran untuk ANN pemodelan dari mesin diesel.
Kinerja mesin (BSFC dan BTE) ANN telah divalidasi dengan membandingkan hasil prediksi dengan hasil eksperimen. Hasil penelitian menunjukkan bahwa koefisien korelasi BSFC dan BTE masing masing adalah 0, 99249 dan 0, 99457.
Nilai MAPE (mean absolute persentase kesalahan) BSFC dan BTE adalah 0, 57467 dan 0, 33424 dan root mean square (RSME) nilai di bawah 5% oleh model, yang diterima. Studi ini menunjukkan bahwa pemodelan teknik sebagai pendekatan dalam energi alternatif dapat memberikan peningkatan keuntungan dari kehandalan dalam prediksi kinerja mesin pembakaran dalam.
Penulis: Andy Rianata
Mahasiswa Teknik Mesin, Universitas Muhammadiyah Prof. Dr. HAMKA
Editor: Salwa Alifah Yusrina
Bahasa: Rahmat Al Kafi
Ikuti berita terbaru Media Mahasiswa Indonesia di Google News
⚡ Baca Lebih Cepat Artikel MMI di Ponsel Anda!
Ikuti Channel WhatsApp
Media Mahasiswa Indonesia (MMI):
KLIK DI SINI
