Prinsip Kerja dan Siklus Mesin Striling

Mesin Stirling didefinisikan sebagai mesin regenerasi udara panas siklus tertutup. Dalam konteks ini, siklus tertutup berarti bahwa fluida kerjanya secara permanen terkurung di dalam system. Mesin stirling adalah mesin kalor yang unik karena efisiensi teoretisnya mendekati efisiensi teoretis maksimum, yang lebih dikenal dengan efisiensi mesin carnot. Mesin stirling ditemukan tahun 1816 oleh Robert Stirling (1790-1878). Saat itu disebut mesin udara dengan model mesin pembakaran luar siklus tertutup.

 

Mesin stirling bekerja karena adanya ekspansi gas ketika dipanaskan dan diikuti kompresi gas ketika didinginkan. Mesin itu berisi sejumlah gas yang dipindahkan antara sisi dingin dan panas terus-menerus. Perpindahan gas ini dimungkinkan karena adanya piston displacer yang memindahkan gas antara dua sisi dan piston power mengubah volume internal karena ekspansi dan kontraksi gas. Piston yang berpindah disebut sebagai regenerator yang dapat membangkitkan kembali udara.

Prinsip kerja mesin stirling adalah memanfaatkan adanya perubahan tekanan dan volume pada gas dalam system tertutup. Gas pada sisitem dikontakan pada reservoir panas sehingga system menyerap panas. Panas yang dihasilkan disimpan di dalam sebuah regenerator. Akibat adanya panas ini menyebabkan volume gas bertambah. Karena system dalam keadaan tertutup maka tidak ada gas yang keluar sehingga pertambahan volume gas karena pemanasan menimbulkan perubahan tekanan yang cukup besar. Tekanan yang dihasilkan ini kemudian digunakan untuk menggerakan piston. Sementara itu gas penggerak menyusup ke ruangan yang dingin, dengan melepas panas pada saat bersamaan. Karena penurunan suhu ini volume gas berkurang dan sisitem menerima kerja kompresi yang menyebabkan volume gas kembali ke keadaan awal. Keadan tersebut terjadi berulang secara periodik sehingga terjadi gerakan piston yang dapat dimanfaatkan sebagai pembangkit listrik dengan menghubungkannya ke turbin.

 

Siklus Mesin Stirling

Siklus Stirling terdiri atas empat tahap termodinamika antara lain;

1. Poin 1-2, Perluasan Isotermal.

Udara berekspansi secara isotermal, pada temperatur konstan T₁ dari v₁ ke v₂. Kalor yang diberikan sumber eksternal diserap selama proses.

Kerja yang dilakukan selama proses 1-2 :

 

2. Poin 2-3, Isokhorik.

Udara lewat melalui regenerator dan didinginkan pada volume konstan ke temperatur T₃. Pada proses ini kalor dibuang ke generator.

Kerja ygang dilakukan selama proses 2-3 :

3. Poin 3-4, Kompresi Isotermal.

Udara dikompresi secara isotermal di dalam tabung dari V₃ ke V₄. Lagi kalor dibuang oleh udara.

Kerja yang dilakukan selama proses 3-4 :

4. Poin 4-1, Isokhorik.

Udara dipanaskan pada volume konstan ke temperatur T₁ dengan melewatkan udara ke regenerator dalam arah yang berlawanan dengan proses 2-3. Pada proses ini kalor diserap oleh udara dari regenerator.

Kerja yang dilakukan selama proses 4-1 :

Sehingga kerja total system adalah :