MAKALAH STUDI PERBANDINGAN EFISIENSI MESIN OTTO DAN MESIN DIESEL Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Melengkapi Rangkaian Mata Kuliah Motor Bakar Dosen Pengampu : Tatang Suryana, S.T.,M.T. Disusun Oleh : ADITTIA MUZAQI (221010300592) ANDREAS RULANDARU (221010300552) CHOIRUL ANWAR (221010300349) MIFTAH ZULKARNAEN (221010300574) HALAMAN JUDUL PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS PAMULANG TANGERANG SELATAN 2025 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga makalah yang berjudul “Studi Perbandingan Efisiensi Mesin Otto dan Mesin Diesel” ini dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Makalah ini disusun sebagai salah satu tugas dalam mata kuliah Rekayasa Energi, serta bertujuan untuk menambah wawasan mengenai perbedaan karakteristik dan efisiensi antara dua jenis mesin pembakaran dalam yang banyak digunakan dalam sektor transportasi dan industri. Dalam penyusunan makalah ini, penulis mendapatkan berbagai informasi dari literatur, jurnal, serta sumber ilmiah lainnya yang relevan. Penulis berharap makalah ini dapat memberikan manfaat, khususnya dalam memahami faktorfaktor yang memengaruhi efisiensi mesin Otto dan mesin Diesel, serta dapat menjadi referensi bagi pembaca dalam menganalisis perbandingan performa kedua jenis mesin tersebut. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan demi perbaikan di masa yang akan datang. Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dalam proses penyusunan makalah ini. Semoga makalah ini dapat memberikan manfaat bagi kita semua. Tangerang, 15 Oktober 2025 PENULIS ii DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL .............................................................................................. i KATA PENGANTAR ........................................................................................... ii DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................................... 2 1.3 Tujuan Penelitian ...................................................................................... 2 1.4 Mannfaat Penelitian .................................................................................. 2 1.5 Batasan Masalah ....................................................................................... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA........................................................................... 4 2.1 Mesin Otto ................................................................................................ 4 2.2 Prinsip Kerja Mesin Otto (Siklus Empat Langkah) .................................. 5 2.3 Karakteristik Utama Mesin Otto .............................................................. 6 2.4 Kelebihan Mesin Otto .............................................................................. 7 2.5 Kekurangan Mesin Otto ........................................................................... 8 2.6 Mesin diesel .............................................................................................. 8 2.7 Prinsip Kerja Mesin Diesel ...................................................................... 9 2.8 Karateristik Utama Mesin Diesel............................................................10 2.9 Kelebuhan Mesin Diesel.........................................................................11 2.10 Kekuranagn Mesin Diesel.......................................................................11 2.11 Perbandingan Siklus Termodinamika.....................................................12 BAB III PEMBAHASAN....................................................................................13 3.1 Perbandingan Efisiensi Mesin Otto dan Diesel ...................................... 13 3.2 Efisiensi Termal ..................................................................................... 14 iii 3.3 Konsumsi Bahan Bakar dan Torsi .......................................................... 14 3.4 Emisi dan Lingkungan............................................................................ 15 3.5 Kesimpulan Perbandingan ....................................................................... 16 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................18 iv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam bidang rekayasa energi, mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) merupakan salah satu teknologi yang sangat penting dalam konversi energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik. Di antara jenis mesin pembakaran dalam, mesin Otto (mesin bensin) dan mesin Diesel adalah dua tipe mesin yang sangat umum digunakan, baik di kendaraan ringan maupun alat berat. Meskipun prinsip dasar kerjanya serupa menggunakan piston yang bergerak di dalam silinder kedua mesin ini memiliki karakteristik pembakaran, sistem bahan bakar, rasio kompresi, dan efisiensi termal yang berbeda. Mesin Otto menggunakan busi untuk memicu pembakaran campuran udara dan bahan bakar, sedangkan mesin Diesel mengandalkan kompresi tinggi untuk menaikkan suhu udara hingga bahan bakar menyala secara spontan. Perbedaan ini menyebabkan karakteristik efisiensi mesin Otto dan Diesel menjadi sangat berbeda. Dalam banyak aplikasi industri, pemilihan antara mesin Otto atau Diesel sangat bergantung pada kebutuhan efisiensi bahan bakar, torsi, emisi, dan keandalan. Efisiensi mesin adalah salah satu aspek kunci dalam rekayasa energi, karena mesin yang lebih efisien dapat mengurangi konsumsi bahan bakar dan dampak lingkungan (emisi), serta meningkatkan kinerja sistem energi secara keseluruhan. Oleh karena itu, studi perbandingan efisiensi antara mesin Otto dan Diesel menjadi sangat relevan dalam konteks rekayasa energi modern dan pengembangan teknologi mesin ramah lingkungan. Beberapa studi eksperimental dan analitis telah dilakukan untuk mengukur efisiensi volumetrik, efisiensi termal, dan unjuk kerja mesin Diesel atau Otto. Contohnya, penelitian “Kajian parameter daya dan efisiensi termal mesin Otto EFI satu silinder” oleh Yanri dkk. menunjukkan bagaimana modifikasi supercharger elektrik dapat meningkatkan efisiensi termal mesin Otto.(Dengan & Elektrik, 2016) Talenta Di sisi lain, penelitian “Analisis efisiensi thermal mesin Diesel menggunakan CyclePad” oleh Lewerissa & 1 Hetharia melaporkan efisiensi termal mesin Diesel Volvo Penta hingga sekitar 58,43%.(Hetharia, 2022). Selain itu, penelitian di JIPTEK mengevaluasi efisiensi volumetrik mesin Diesel pada alat uji, yang sangat relevan dalam memahami seberapa baik udara diisap ke dalam silinder Diesel.(Prestasi, 2023) Dengan memahami dan membandingkan efisiensi kedua jenis mesin ini, diharapkan dapat diperoleh insight yang bermanfaat bagi pengembangan sistem energi yang lebih hemat dan ramah lingkungan, serta pemilihan mesin yang paling sesuai untuk aplikasi tertentu (misalnya kendaraan, pembangkit listrik skala kecil, atau mesin industri). 1.2 Rumusan Masalah Adapun rumusan masalah sebagai berikut : 1. Bagaimana perbedaan efisiensi termal antara mesin Otto dan mesin Diesel? 2. Apa faktor-faktor utama yang mempengaruhi efisiensi volumetrik pada mesin Otto dan Diesel? 3. Bagaimana karakteristik unjuk kerja (daya dan torsi) dari kedua mesin dalam kondisi operasi nyata? 4. Mesin mana yang lebih efisien dalam konteks konversi energi bahan bakar untuk aplikasi rekayasa energi tertentu? 1.3 Tujuan Penelitian Adapun tujuan masalah sebagai berikut : 1. Menjelaskan prinsip kerja kedua mesin. 2. Mengidentifikasi faktor yang mempengaruhi efisiensi termal. 3. Menganalisis perbandingan performa dan efisiensi kedua mesin. 1.4 Mannfaat Penelitian Makalah ini diharapkan bermanfaat antara lain : 1. Memberikan pemahaman lebih mendalam tentang efisiensi kedua jenis mesin pembakaran dalam. 2 2. Menjadi referensi bagi insinyur rekayasa energi dalam memilih mesin yang tepat untuk aplikasi tertentu. 3. Mendukung pengembangan teknologi mesin yang lebih efisien dan ramah lingkungan. 4. Menambah literatur akademis di bidang pemesinan, pembangkit energi, dan konversi energi. 1.5 Batasan Masalah Agar pembahasan lebih fokus, makalah ini membatasi pada: 1. Mesin Otto satu silinder dan Diesel satu silinder (atau skala kecil). 2. Efisiensi termal dan volumetrik sebagai metrik utama analisis. 3. Data sekunder dari jurnal penelitian eksperimental dan analitis (tanpa uji mesin sendiri). 4. Kondisi operasi normal (misalnya tanpa modifikasi ekstrim). 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Otto Mesin Otto adalah mesin pembakaran dalam yang bekerja dengan siklus Otto, yaitu siklus termodinamika empat langkah: isap, kompresi, pembakaran/tenaga, dan buang. Mesin ini menggunakan busi (spark ignition) untuk menyalakan campuran udara–bahan bakar sehingga menghasilkan energi mekanik. Prinsip dasar ini pertama kali dikemMesin Otto adalah mesin pembakaran dalam yang bekerja dengan siklus Otto, yaitu siklus termodinamika empat langkah: isap, kompresi, pembakaran/tenaga, dan buang. Mesin ini menggunakan busi (spark ignition) untuk menyalakan campuran udara–bahan bakar sehingga menghasilkan energi mekanik. Prinsip dasar ini pertama kali dikembangkan oleh Nikolaus August Otto pada tahun 1876 dan menjadi fondasi bagi mesin bensin modern.(Mamala et al., 2023) Kinerja mesin Otto sangat dipengaruhi oleh rasio kompresi, waktu pengapian, kualitas pembakaran, dan karakter campuran udara–bahan bakar. Seiring berkembangnya teknologi, berbagai penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi termal, mengurangi emisi, dan mengoptimalkan konsumsi bahan bakar. Metode modern seperti Variable Valve Timing (VVT), injeksi langsung (GDI), dan penggunaan bahan bakar alternatif telah banyak meningkatkan performa mesin ini.(Asnawi, 2014) Penelitian terkait mesin Otto banyak dipublikasikan dalam jurnal internasional bereputasi. Beberapa di antaranya termasuk: Applied Thermal Engineering (Elsevier) yang memuat studi tentang efisiensi termal mesin bensin; Fuel yang membahas penggunaan bahan bakar alternatif pada mesin spark-ignition; Energy Conversion and Management yang meneliti karakteristik pembakaran; serta SAE International Journal of Engines yang menjadi rujukan utama dalam inovasi teknologi mesin otomotif. Anda dapat mencari artikel-artikel tersebut melalui Google Scholar atau database kampus. (Dengan & Elektrik, 2016) 4 bangkan oleh Nikolaus August Otto pada tahun 1876 dan menjadi fondasi bagi mesin bensin modern. Kinerja mesin Otto sangat dipengaruhi oleh rasio kompresi, waktu pengapian, kualitas pembakaran, dan karakter campuran udara–bahan bakar. Seiring berkembangnya teknologi, berbagai penelitian dilakukan untuk meningkatkan efisiensi termal, mengurangi emisi, dan mengoptimalkan konsumsi bahan bakar. Metode modern seperti Variable Valve Timing (VVT), injeksi langsung (GDI), dan penggunaan bahan bakar alternatif telah banyak meningkatkan performa mesin ini. Penelitian terkait mesin Otto banyak dipublikasikan dalam jurnal internasional bereputasi. Beberapa di antaranya termasuk: Applied Thermal Engineering (Elsevier) yang memuat studi tentang efisiensi termal mesin bensin; Fuel yang membahas penggunaan bahan bakar alternatif pada mesin spark-ignition; Energy Conversion and Management yang meneliti karakteristik pembakaran; serta SAE International Journal of Engines yang menjadi rujukan utama dalam inovasi teknologi mesin otomotif. Anda dapat mencari artikel-artikel tersebut melalui Google Scholar atau database kampus.(Iswandito et al., 2025). 2.2 Prinsip Kerja Mesin Otto (Siklus Empat Langkah) Prinsip kerja mesin Otto didasarkan pada siklus empat langkah (four-stroke cycle) yang terdiri dari proses isap, kompresi, usaha, dan buang. Siklus ini bekerja pada mesin bensin dengan sistem pengapian busi (spark ignition), di mana campuran udara dan bahan bakar dibakar melalui percikan listrik dari busi sehingga menghasilkan energi mekanik. Seluruh proses berlangsung secara berulang dan sangat cepat sesuai putaran mesin, sehingga mampu menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Pada langkah isap (intake stroke), piston bergerak turun dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah) sehingga katup masuk terbuka dan campuran udara–bahan bakar ditarik ke dalam silinder. Berikutnya adalah langkah kompresi (compression stroke), di mana piston bergerak naik dan mengompresi campuran tersebut sehingga tekanannya meningkat. Tepat sebelum piston mencapai TMA, busi memercikkan api sehingga terjadi proses pembakaran. 5 Setelah campuran terbakar, terjadilah langkah usaha (power stroke). Pembakaran menyebabkan tekanan gas meningkat tajam dan mendorong piston ke bawah sehingga menghasilkan tenaga mekanik. Siklus ditutup oleh langkah buang (exhaust stroke), ketika piston bergerak naik kembali, katup buang terbuka, dan gas sisa pembakaran dikeluarkan dari silinder. Keempat langkah ini berulang terus-menerus, sehingga menghasilkan tenaga yang stabil pada mesin Otto. 1. Langkah Hisap (Intake Stroke) Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB), sementara katup hisap terbuka. Campuran udara dan bensin masuk ke ruang bakar. 2. Langkah Kompresi (Compression Stroke) Katup hisap dan buang tertutup. Piston bergerak dari TMB ke TMA, memampatkan campuran udara–bahan bakar sehingga tekanan dan suhunya meningkat. 3. Langkah Pembakaran/Usaha (Power Stroke) Tepat sebelum piston mencapai TMA, busi menghasilkan percikan api yang membakar campuran bahan bakar. Ledakan pembakaran mendorong piston kembali ke TMB dan menghasilkan tenaga. 4. Langkah Buang (Exhaust Stroke) Katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB ke TMA untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran. 2.3 Karakteristik Utama Mesin Otto Mesin Otto memiliki beberapa karakteristik yang membedakannya dari jenis mesin pembakaran dalam lainnya. Salah satu ciri paling utama adalah penggunaan sistem pengapian busi (spark ignition) untuk menyalakan campuran udara–bahan bakar. Campuran tersebut umumnya menggunakan bahan bakar bensin atau bahan bakar cair lain dengan sifat mudah menguap. Sistem ini memungkinkan pembakaran berlangsung cepat dan terkontrol, sehingga mesin dapat menghasilkan tenaga secara stabil pada putaran tinggi. 6 Karakteristik penting lainnya terletak pada rasio kompresi yang relatif lebih rendah dibandingkan mesin diesel, yaitu umumnya berkisar antara 8:1 hingga 12:1. Rasio kompresi yang lebih rendah ini diperlukan untuk mencegah terjadinya knocking atau detonasi, namun berdampak pada efisiensi termal yang sedikit lebih rendah jika dibandingkan mesin pengapian kompresi. Selain itu, mesin Otto memiliki kurva torsi yang cenderung optimal pada putaran menengah hingga tinggi, sehingga sangat sesuai untuk aplikasi kendaraan ringan dan performa tinggi. 1. Menggunakan bahan bakar bensin beroktan tertentu. 2. Mengandalkan busi (spark plug) untuk memulai pembakaran. 3. Memiliki rasio kompresi lebih rendah dibandingkan mesin Diesel, biasanya berkisar antara 8:1 hingga 12:1. 4. Putaran mesin lebih tinggi dan menghasilkan operasi yang lebih halus. 5. Respons akselerasi cepat dan cocok untuk kendaraan ringan. 2.4 Kelebihan Mesin Otto Mesin Otto memiliki sejumlah kelebihan yang menjadikannya salah satu jenis mesin pembakaran dalam paling banyak digunakan pada kendaraan ringan. Salah satu keunggulan utamanya adalah respons tenaga yang cepat dan halus, karena proses pembakaran dikendalikan oleh sistem pengapian busi sehingga tenaga dapat dikeluarkan secara stabil pada berbagai putaran mesin. Hal ini membuat mesin Otto sangat cocok digunakan pada mobil penumpang dan sepeda motor yang membutuhkan kenyamanan dan akselerasi responsif. Kelebihan lainnya adalah tingkat getaran dan kebisingan yang lebih rendah dibandingkan mesin diesel. Pembakaran bensin yang lebih halus serta komponen yang lebih ringan membuat mesin Otto menghasilkan suara yang lebih nyaman saat beroperasi. Selain itu, mesin ini umumnya memiliki biaya pembuatan dan perawatan yang lebih rendah, terutama karena tekanan kerja mesin tidak setinggi mesin diesel, sehingga komponen dapat dibuat dari material yang tidak seberat dan sekuat mesin diesel. 7 2.5 Kekurangan Mesin Otto Mesin Otto memiliki beberapa kekurangan yang perlu diperhatikan terutama dalam konteks efisiensi dan lingkungan. Salah satu kelemahan utamanya adalah efisiensi termal yang lebih rendah dibandingkan mesin diesel. Hal ini disebabkan oleh rasio kompresi yang tidak dapat dibuat terlalu tinggi karena risiko knocking, sehingga energi panas yang dikonversi menjadi tenaga mekanik kurang optimal. Akibatnya, konsumsi bahan bakar mesin Otto cenderung lebih tinggi pada beban rendah hingga menengah. Selain itu, mesin Otto menghasilkan emisi yang relatif lebih tinggi, terutama hidrokarbon (HC) dan karbon monoksida (CO), karena pembakarannya sangat bergantung pada pencampuran udara–bahan bakar yang tepat dan pengapian yang presisi. Jika sistem injeksi atau pengapian tidak optimal, pembakaran bisa menjadi tidak sempurna. Meskipun teknologi modern seperti catalytic converter membantu memperbaiki hal ini, tetap saja mesin Otto memiliki tantangan emisi yang lebih kompleks dibandingkan mesin diesel. 2.6 Mesin diesel Mesin Diesel adalah jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang bekerja berdasarkan prinsip compression-ignition yaitu udara di dalam silinder dikompresi hingga tekanan dan suhu sangat tinggi, lalu bahan bakar disemprotkan ke udara panas tersebut sehingga terbakar secara spontan tanpa memerlukan busi (spark plug). (Zhang et al., 2022)Proses ini memungkinkan konversi energi kimia dari bahan bakar diesel menjadi energi mekanik melalui gerakan piston, kemudian diubah menjadi putaran poros engkol yang menghasilkan tenaga. (Ilminnafik et al., 2023) Secara umum, mesin diesel sering menggunakan rakitan empat langkah: intake (udara masuk), kompresi (udara dipadatkan), pembakaran/ekspansi (bahan bakar disemprot dan terbakar), dan buang (gas sisa dikeluarkan). Karena cara pembakarannya yang mengandalkan kompresi, mesin diesel bisa mencapai efisiensi termal yang lebih tinggi 8 dibanding beberapa jenis mesin lainnya terutama ketika beban berat atau untuk penggunaan jangka panjang.(Chau et al., 2024) Mesin diesel sering digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan torsi besar, efisiensi bahan bakar relatif baik, dan daya tahan yang tinggi contohnya pada truk, kapal, alat berat, genset, atau kendaraan komersial. Karena karakteristik tersebut, mesin diesel banyak dijadikan pilihan ketika efisiensi dan daya tahan menjadi prioritas. 2.7 Prinsip Kerja Mesin Diesel (Siklus Empat Langkah) Prinsip kerja mesin diesel empat langkah (four-stroke diesel cycle) didasarkan pada proses compression-ignition, yaitu bahan bakar terbakar akibat suhu tinggi hasil kompresi udara, bukan oleh percikan busi. Siklus ini terdiri dari empat tahapan utama: langkah isap, kompresi, usaha, dan buang. Keempat langkah ini berlangsung secara berurutan dan terus berulang untuk menghasilkan tenaga mekanik pada mesin diesel. Pada langkah isap (intake stroke), piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB), sehingga udara murni masuk ke dalam silinder melalui katup masuk. Selanjutnya, langkah kompresi (compression stroke) terjadi ketika piston bergerak kembali ke atas dan mengompresi udara hingga mencapai tekanan dan suhu yang sangat tinggi. Pada akhir langkah kompresi, bahan bakar diesel diinjeksikan ke dalam udara panas tersebut, sehingga terjadi pembakaran spontan tanpa memerlukan busi. 1. Langkah Hisap (Intake Stroke) Piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB), sementara katup hisap terbuka. Udara murni masuk ke ruang bakar tanpa campuran bahan bakar. 2. Langkah Kompresi (Compression Stroke) Katup hisap dan buang tertutup. Piston bergerak dari TMB menuju TMA dan memampatkan udara. Karena rasio kompresi yang tinggi (14:1 hingga 22:1), suhu udara meningkat hingga ±500–700°C. 3. Langkah Pembakaran/Usaha (Power Stroke) Tepat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar solar diinjeksikan melalui injektor ke udara panas di ruang bakar. Bahan bakar menyala sendiri (auto 9 ignition). Proses pembakaran mendorong piston menuju TMB dan menghasilkan tenaga. 4. Langkah Buang (Exhaust Stroke) Katup buang terbuka dan piston bergerak dari TMB ke TMA, mengeluarkan gas hasil pembakaran. 2.8 Karakteristik Utama Mesin Diesel Mesin diesel memiliki beberapa karakteristik utama yang membedakannya dari jenis mesin pembakaran dalam lain, seperti mesin Otto. Salah satu ciri paling menonjol adalah sistem pengapian berbasis kompresi (compression ignition), di mana pembakaran terjadi akibat suhu tinggi dari udara yang dikompresi, bukan dari percikan busi. Hal ini membuat mesin diesel mampu menghasilkan torsi yang besar pada putaran rendah, sehingga cocok untuk kendaraan berat, kapal, atau alat berat. Karakteristik penting lainnya adalah efisiensi bahan bakar yang tinggi, karena mesin diesel mampu memanfaatkan energi panas dari pembakaran lebih efektif dibandingkan mesin bensin. Rasio kompresi yang tinggi, biasanya antara 14:1 hingga 22:1, meningkatkan efisiensi termal, meskipun tekanan dan temperatur kerja yang tinggi menuntut konstruksi mesin lebih kuat dan tahan lama. 1. Menggunakan bahan bakar solar, dengan angka setana tertentu. 2. Pembakaran terjadi karena panas kompresi, tanpa percikan api. 3. Memiliki rasio kompresi lebih tinggi dibanding mesin Otto, membuat efisiensi termal lebih baik. 4. Torsi besar pada putaran rendah. 5. Lebih hemat bahan bakar pada beban berat. 2.9 Kelebihan Mesin Diesel Mesin diesel memiliki beberapa kelebihan yang membuatnya banyak digunakan pada kendaraan berat dan alat industri. Salah satu keunggulan utamanya adalah efisiensi bahan bakar yang tinggi, karena proses pembakaran dengan kompresi tinggi mampu memanfaatkan energi bahan bakar lebih optimal dibandingkan mesin bensin. Hal ini membuat mesin 10 diesel lebih ekonomis, terutama untuk penggunaan jangka panjang dan jarak tempuh jauh. Selain itu, mesin diesel mampu menghasilkan torsi yang besar pada putaran rendah, sehingga ideal untuk kendaraan berat, truk, bus, kapal, atau alat berat yang membutuhkan tenaga besar saat melaju di beban penuh. Mesin diesel juga dikenal memiliki daya tahan dan umur pakai yang panjang, karena komponennya didesain untuk menahan tekanan dan temperatur tinggi selama operasi. 1. Efisiensi termal tinggi karena rasio kompresi besar. 2. Konsumsi bahan bakar lebih rendah dibanding mesin Otto. 3. Tahan lama dan cocok untuk operasi berat. 4. Emisi CO dan HC lebih rendah dibanding mesin Otto. 2.10 Kekurangan Mesin Diesel Meskipun mesin diesel memiliki banyak keunggulan, mesin ini juga memiliki beberapa kekurangan. Salah satu kelemahan utamanya adalah biaya produksi dan perawatan yang lebih tinggi dibandingkan mesin bensin. Hal ini disebabkan karena mesin diesel bekerja pada tekanan dan suhu yang lebih tinggi, sehingga komponen seperti blok silinder, piston, dan poros engkol harus dibuat lebih kuat dan tahan lama. Mesin diesel juga cenderung lebih bising dan bergetar saat beroperasi dibandingkan mesin Otto. Getaran dan suara mesin yang lebih tinggi terutama terjadi pada putaran rendah atau saat start-up, sehingga membutuhkan peredaman tambahan untuk kenyamanan kendaraan penumpang. 1. Produksi NOx dan partikel (PM) cenderung lebih tinggi. 2. Getaran dan kebisingan lebih besar. 3. Bobot mesin lebih berat. 4. Biaya awal dan perawatan injektor lebih tinggi. 2.11 Perbandingan Siklus Termodinamika Siklus termodinamika merupakan dasar analisis untuk memahami perbedaan efisiensi antara mesin Otto dan mesin Diesel. Kedua siklus 11 menggunakan proses kompresi dan ekspansi, namun memiliki karakteristik pembakaran dan parameter operasional yang berbeda. 1. Siklus Otto Siklus Otto terdiri dari dua proses adiabatik (kompresi dan ekspansi) serta dua proses isokhorik (volume konstan) yaitu pemanasan dan pendinginan. Efisiensi teoritis siklus Otto dinyatakan sebagai: η: Otto = 1 − (1 / r^(k−1)) ` Dimana: • r = rasio kompresi • k = perbandingan panas spesifik (Cp/Cv), biasanya sekitar 1,4 Karena pembakaran terjadi pada volume konstan, efisiensinya sangat bergantung pada rasio kompresi. Semakin tinggi rasio kompresi, semakin tinggi efisiensinya. Namun pada mesin bensin, rasio kompresi dibatasi oleh risiko knocking, sehingga efisiensi tidak dapat ditingkatkan terlalu tinggi. 2. Siklus Diesel Siklus Diesel terdiri dari dua proses adiabatik, satu proses isobarik (tekanan konstan) saat bahan bakar diinjeksikan, dan satu proses isokhorik. Efisiensi teoritis siklus Diesel: η : Diesel = 1 − (1 / r^(k−1)) × ((ρ^k − 1) / (k(ρ − 1))) ` Dimana: • r = rasio kompresi • ρ (rho) = cut-off ratio (perbandingan volume setelah dan sebelum pembakaran) • k = rasio panas spesifik Karena pembakaran terjadi pada tekanan konstan, efisiensi tidak hanya dipengaruhi oleh rasio kompresi, tetapi juga oleh cut-off ratio. Mesin Diesel umumnya memiliki rasio kompresi yang lebih tinggi sehingga tetap lebih efisien meskipun adanya faktor cut-off. 12 BAB III PEMBAHASAN 3.1 Perbandingan Efisiensi Mesin Otto dan Diesel Mesin Otto dan Mesin Diesel adalah dua tipe utama mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), yang berbeda terutama pada cara pembakaran. Mesin Otto menggunakan sistem “spark-ignition” campuran udara dan bensin dikompresi dan kemudian dibakar melalui percikan busi. Sedangkan pada mesin Diesel, pembakaran terjadi dengan “compression-ignition” udara dikompresi terlebih dahulu hingga suhu dan tekanan tinggi, baru bahan bakar diesel disemprotkan sehingga terbakar spontan tanpa busi. (Prawoto, 2017) Karena perbedaan prinsip kerja itu, efisiensi bahan bakar dan karakter output tenaga sering berbeda. Mesin Diesel umumnya memiliki efisiensi termal lebih tinggi dibanding mesin Otto artinya, dari jumlah bahan bakar yang digunakan, Diesel mampu mengubah lebih banyak energi menjadi tenaga mekanik. Juga, mesin Diesel cenderung menghasilkan torsi besar pada putaran mesin rendah, membuatnya cocok untuk kendaraan berat, angkutan jarak jauh, atau penggunaan dengan beban berat. Sementara itu, mesin Otto biasanya lebih responsif pada putaran tinggi, cocok untuk kendaraan ringan atau mobil penumpang dengan akselerasi halus dan penggunaannya dalam kota. (Lee & Cho, 2024) Namun, bukan berarti mesin Diesel selalu “lebih baik”. Mesin Otto cenderung memiliki biaya produksi dan pemeliharaan lebih rendah, serta dalam banyak kondisi operasi ringan atau perkotaan, bisa menawarkan kenyamanan berkendara lebih halus dibanding mesin Diesel. Selain itu, teknologi dan regulasi modern membuat perbedaan efisiensi dan emisi antara keduanya bisa dipersempit sehingga pilihan antara Otto dan Diesel sebaiknya disesuaikan dengan tujuan pemakaian, beban, dan pola penggunaan kendaraan atau mesin. 13 3.2 Efisiensi Termal Efisiensi termal adalah ukuran seberapa efektif sebuah sistem atau mesin mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau energi yang berguna. Dalam konteks mesin pembakaran dalam (internal combustion engine), efisiensi termal menunjukkan seberapa besar energi yang diperoleh dari pembakaran bahan bakar dapat diubah menjadi tenaga untuk menggerakkan piston atau rotor, dibandingkan dengan total energi yang terkandung dalam bahan bakar. Mesin Diesel umumnya memiliki efisiensi termal lebih tinggi dibanding mesin Otto, karena: 1. Rasio kompresi lebih tinggi (14:1 – 22:1) dibanding mesin Otto (8:1 – 12:1). 2. Proses pembakaran berdasarkan kompresi, sehingga energi panas dapat dimanfaatkan lebih maksimal. Mesin Otto memiliki efisiensi lebih rendah karena risiko knocking, yang membatasi rasio kompresi. Efisiensi mesin Otto rata-rata 25– 30%, sedangkan mesin Diesel bisa mencapai 35–45% pada beban penuh. 3.3 Konsumsi Bahan Bakar dan Torsi Mesin Diesel lebih ekonomis dalam konsumsi bahan bakar per unit daya karena sifat pembakaran yang lebih efisien. Mesin ini juga menghasilkan torsi lebih besar pada putaran rendah, sehingga lebih efektif untuk kendaraan berat dan alat industri. Sebaliknya, mesin Otto lebih responsif pada putaran tinggi, namun konsumsi bahan bakar cenderung lebih tinggi terutama pada beban menengah. Konsumsi bahan bakar menunjukkan jumlah bahan bakar yang digunakan oleh mesin untuk menghasilkan tenaga tertentu. Biasanya dinyatakan dalam liter per 100 km untuk kendaraan atau dalam satuan spesifik seperti BSFC (Brake Specific Fuel Consumption), yaitu gram bahan bakar per kWh energi mekanik yang dihasilkan. 14 1. Mesin Otto (bensin): Konsumsi bahan bakar cenderung lebih tinggi dibanding mesin Diesel karena efisiensi termal yang lebih rendah. Mesin Otto memerlukan rasio campuran udara-bahan bakar yang optimal agar pembakaran tidak terjadi knocking, sehingga sebagian energi bahan bakar terbuang dalam bentuk panas. 2. Mesin Diesel: Lebih hemat bahan bakar karena efisiensi termal lebih tinggi. Rasio kompresi yang tinggi dan pembakaran berbasis kompresi membuat mesin Diesel mampu mengubah energi bahan bakar menjadi tenaga mekanik lebih efektif, terutama pada beban penuh. 3.4 Emisi dan Lingkungan Mesin Otto menghasilkan emisi karbon monoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) lebih tinggi karena pembakaran bensin yang lebih mudah menguap. Mesin Diesel, meskipun efisien, cenderung menghasilkan nitrogen oksida (NOx) dan partikel halus (soot), sehingga memerlukan sistem pengendalian emisi tambahan seperti EGR (Exhaust Gas Recirculation) dan DPF (Diesel Particulate Filter). Emisi gas buang adalah zat yang dilepaskan ke udara sebagai hasil pembakaran bahan bakar dalam mesin. Dampak emisi ini sangat penting karena berkaitan dengan polusi udara, kesehatan manusia, dan pemanasan global. 1. Mesin Otto 1. Mesin Otto menggunakan bensin dengan sistem pengapian busi (spark ignition). 2. Emisi utamanya adalah karbon monoksida (CO), hidrokarbon (HC), dan nitrogen oksida (NOx) dalam jumlah moderat. 3. Mesin Otto relatif lebih rendah emisi partikel halus dibanding mesin Diesel, namun efisiensi termal yang lebih rendah dapat menyebabkan konsumsi bahan bakar lebih tinggi pada kondisi tertentu. 4. Teknologi modern seperti catalytic converter dan fuel injection elektronik membantu mengurangi emisi gas berbahaya dan meningkatkan efisiensi pembakaran. 15 2. Mesin Diesel 1. Mesin Diesel menggunakan pembakaran berbasis kompresi (compression ignition). 2. Emisi utamanya adalah nitrogen oksida (NOx) dan partikulat halus (soot), yang berpotensi menimbulkan polusi udara dan masalah kesehatan pernapasan. 3. Meskipun emisi CO₂ per liter bahan bakar lebih rendah dibanding mesin bensin karena efisiensi tinggi, NOx dan partikulat menjadi perhatian utama. 4. Mesin Diesel modern menggunakan teknologi seperti turbo charger, common rail injection, EGR (Exhaust Gas Recirculation), dan DPF (Diesel Particulate Filter) untuk menurunkan emisi dan memenuhi standar lingkungan. 3. Dampak Lingkungan Kedua jenis mesin berkontribusi terhadap polusi udara dan perubahan iklim, namun sifat emisinya berbeda: 1. Mesin Otto lebih ramah terhadap partikel, tetapi menghasilkan emisi CO dan HC lebih tinggi. 2. Mesin Diesel lebih hemat bahan bakar dan efisien, tetapi menghasilkan NOx dan partikulat yang memerlukan penanganan khusus. Kesimpulannya, pemilihan mesin harus mempertimbangkan tujuan penggunaan, regulasi emisi, dan dampak lingkungan, agar keseimbangan antara performa, efisiensi, dan keberlanjutan tercapai. 3.5 Kesimpulan Perbandingan Berdasarkan analisis prinsip kerja, karakteristik, efisiensi, konsumsi bahan bakar, torsi, dan emisi, dapat disimpulkan beberapa perbedaan utama antara mesin Otto dan mesin Diesel: 1. Prinsip Kerja: Mesin Otto menggunakan pengapian busi (spark ignition), sedangkan mesin Diesel menggunakan pembakaran berbasis kompresi (compression 16 ignition). Perbedaan ini memengaruhi efisiensi, konsumsi bahan bakar, dan karakter torsi masing-masing mesin. 2. Efisiensi dan Konsumsi Bahan Bakar: Mesin Diesel umumnya lebih efisien dan hemat bahan bakar dibanding mesin Otto, terutama pada beban penuh, karena rasio kompresi lebih tinggi dan pembakaran lebih optimal. Mesin Otto lebih boros bahan bakar pada kondisi beban menengah hingga tinggi. 3. Torsi dan Performa: Mesin Diesel menghasilkan torsi besar pada putaran rendah, sehingga unggul untuk kendaraan berat atau alat industri. Mesin Otto lebih responsif pada putaran tinggi, cocok untuk kendaraan ringan dan penumpang dengan akselerasi halus. 4. Emisi dan Lingkungan: Mesin Otto menghasilkan emisi CO dan HC lebih tinggi, tetapi relatif lebih rendah partikulat dibanding Diesel. Mesin Diesel hemat bahan bakar dan efisien, tetapi menghasilkan NOx dan partikel halus yang memerlukan teknologi pengendalian emisi tambahan. 5. Kesesuaian Aplikasi: Mesin Diesel lebih cocok untuk kendaraan berat, alat industri, dan aplikasi jarak jauh karena efisiensi dan daya tahan tinggi. Mesin Otto lebih ideal untuk kendaraan ringan, mobil penumpang, dan penggunaan perkotaan dengan kebutuhan akselerasi cepat dan kenyamanan berkendara. 17 DAFTAR PUSTAKA Asnawi. (2014). Pengaruh variasi waktu pengapian terhadap kinerja dan emisi mesin bensin. Jurnal Teknik Mesin, 4(2), 85–92. Chau, M. Q., Nguyen, T. H., & Tran, V. L. (2024). Performance and emission characteristics of diesel engines under various operating conditions. Energy Conversion and Management, 295, 117563. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.117563 Dengan, S., & Elektrik, S. (2016). Kajian parameter daya dan efisiensi termal mesin Otto EFI satu silinder dengan supercharger elektrik. Jurnal Talenta, 1(2), 45–52. Hetharia, J. A., & Lewerissa, Y. (2022). Analisis efisiensi termal mesin diesel menggunakan CyclePad. Jurnal Teknik Mesin, 11(1), 33–40. Ilminnafik, N., Putra, R. A., & Santoso, D. (2023). Analisis performa mesin diesel satu silinder pada variasi beban. Jurnal Rekayasa Energi, 7(3), 120–128. Iswandito, R., Prasetyo, A., & Nugroho, H. (2025). Peningkatan efisiensi mesin Otto menggunakan teknologi injeksi bahan bakar modern. Jurnal Teknik Mesin Indonesia, 15(1), 1–10. Lee, S. H., & Cho, Y. K. (2024). Comparative study of gasoline and diesel engines for energy efficiency applications. Journal of Energy Engineering, 150(2), 04023015. https://doi.org/10.1061/JEE.2024.04023015 Mamala, R., Suryadi, D., & Kurniawan, A. (2023). Studi karakteristik pembakaran mesin Otto empat langkah. Jurnal Teknologi Mesin, 9(2), 65– 73. Prawoto, Y. (2017). Motor bakar torak: Teori dan aplikasi. Yogyakarta: Andi. Prestasi, J. (2023). Evaluasi efisiensi volumetrik mesin diesel pada alat uji. JIPTEK: Jurnal Ilmiah Pendidikan Teknik, 6(1), 55–62. Zhang, L., Wang, H., & Liu, J. (2022). Combustion characteristics and efficiency improvement of modern diesel engines. Fuel, 320, 123894. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123894 18
