Energi yang masuk kedalam sebuah mesin �
��
berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara luar digunakan untuk
menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia untuk pembakaran didalam ruang bakar. Untuk itu dibutuhkan jumlah
oksigen dan bahan bakar yang tepat dan dapat dirumuskan sebagai
berikut:
��� =
�̇
�
�̇
�
=
�
�
�
�
.............................................................................. 2.9
�̇
�
=
�
�
�
�
+ �
�
�.�
�
…………………………………………………….2.10 Dimana:
�
�
= massa udara di dalam silinder per siklus
ṁ
�
= laju aliran udara didalam mesin
�
�
= massa bahan bakar di dalam silinder per siklus
�̇
�
= laju aliran bahan bakar di dalam mesin �
�
= tekanan udara masuk silinder
�
�
= volume langkah displacement
�
�
= volume sisa
� = konstanta udara �
�
= temperatur udara masuk silinder
2.4 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 nilai
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 : HHV = 33950 + 144200 H
2
-
�
2
8
+ 9400 S…………………………2.12 Dimana:
HHV = Nilai kalor atas kJkg C
= Persentase karbon dalam bahan bakar H
2
= Persentase hidrogen dalam bahan bakar O
2
= 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 kNm
2
tekanan yang umum timbul pada gas buang adalah sebesar 2400 kJkg, sehingga
besarnya nilai kalor bawah LHV dapat dihitung berdasarkan persamaan
berikut :
LHV = HHV – 2400 M + 9 H
2
...................................................... 2.13
Dimana:
LHV = Nilai Kalor Bawah kJkg
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 Society of Mechanical Engineers menentukan penggunaan
nilai kalor atas HHV, sedangkan peraturan SAE Society of Automotive Engineers
menentukan penggunaan nilai kalor bawah LHV. Nilai Kalor heating value
suatu bahan bakar dapat juga diperoleh dengan menggunakan peralatan di laboratorium, yaitu bom calorimeter
oksigen. Nilai kalor yang diperoleh melalui peralatan ini adalah nilai kalor
atas atau highest heating value HHV dan dapat dihitung dengan rumus,
yaitu :
HHV = T
2
– T
1
– T
kp
c
v
……………………………………………2.14
Dimana : T
1
= Suhu air pendingin sebelum dinyalakan
o
C T
2
= Suhu air pendingin sesudah dinyalakan
o
C T
kp
= Kenaikan suhu kawat penyala = 0,05
o
C c
v
= Panas jenis alat = 73529,6 kJkg
o
C
Sedangkan nilai kalor bawah atau lowest heating value LHV dihitung dengan persamaan :
LHV = HHV – 3240………………………………….………………2.15
Bila dilakukan pengujian 5 kali, maka :
HHV
rata-rata
=
∑ ���
�=5 � =1
15
……………………………………………2.16 dan
LHV
rata-rata
= HHV
rata-rata
– 3240……………………………………2.17
2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto
