TINJAUAN PUSTAKA
2.3 Dual Fuel System
2.4.2 Performansi Mesin Diesel a.Nilai Kalor Bahan Bakar
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan dibawah 2.1 ini :
HHV = 33950 + 144200 (H2-�2
8) + 9400 S ... (2.1)
Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar S = Persentase sulfur dalam bahan bakar
Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada
didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.2) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical
Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan
peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
b. Daya Poros
Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :
�
�=
2�.(�.�)60 ... (2.3) Dimana :
PB = daya ( W )
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm ) c. Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer.
Gambar 2. 8 Skema operasi dynamometer
Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. PB = 2�.( �.� ) 60 ... (2.4) T =��.60 2�.� ... (2.5) Dimana : PB = Daya Listrik ( W ) T = Torsi ( Nm ) N = Putaran mesin ( rpm )
d. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. SFC = ��̇ � 103 �� ... (2.6)
ṁ
f=
��� � 8 � 10−3 �� 3600
... (2.7) Dengan :SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)
ṁf= konsumsi bahan bakar sgf = spesifik grafity t = waktu (jam)
e. Efisiensi Thermal
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka:
ηb = ��
�� . ��
�
3600 ... (2.8)f. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)
Energi yang masuk kedalam sebuah mesin ��� berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang
dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:
��� =
�� ��=
ṁ� ṁ� ... .(2.9)�
�=
��(��+��) �.�� ……….(2.10)Dimana: �� = massa udara di dalam silinder per siklus �� = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus ṁ� = laju aliran udara didalam mesin
ṁ� = laju aliran bahan bakar di dalam mesin �� = tekanan udara masuk silinder
�� = temperatur udara masuk silinder � = konstanta udara
�� = volume langkah (displacement) �� = volume sisa
g. Efisiensi Volumetris
Salah satu proses yang paling penting untuk menentukan berapa besar daya dan performansi yang dihasilkan dari sebuah mesin yaitu dengan mendapatkan kwantitas udara yang paling maksimal yang digunakan pada setiap siklus yang masuk ke ruang bakar. Semakin banyak udara sama dengan menambah konsumsi bahan bakar dan akan menghasilkan semakin banyak daya yang bisa dikonversi dari hasil pembakaran. Efisiensi volumetris dapat dicari dengan menggunakan rumus:
�
�= n . ṁ
�/ ϼ
a. Vd . N
………..(2.11)Dimana: �� = massa udara di dalam silinder per siklus (kg) ṁ� = laju aliran udara didalam mesin (kg/s)
n = jumlah putaran per siklus N = putaran mesin (rpm)
ϼa = densitas udara (kg/m3) �� = efisiensi volumetris