67
4.2.6 Efisiensi thermal brake
Efisiensi thermal brake brake thermal eficiency,
b
η merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang
dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
b
η = LHV
m P
f B
. . 3600
dimana:
b
η = Efisiensi termal brake LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar kJkg
Dalam pengujian ini diasumsikan gas buang yang keluar dari knalpot mesin uji masih mengandung uap air uap air yang terbentuk dari proses
pembakaran bahan bakar yang belum sempat mengalami kondensasi didalam silinder sebelum langkah buang terjadi sehingga kalor laten kondensasi uap air
tidak diperhitungkan sebagai nilai kalor pembakaran bahan bakar LHV, Low Heating Value. Hal ini berarti untuk mendapatkan nilai LHV, maka nilai kalor
bahan bakar yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya HHV, High Heating Value dengan menggunakan bom kalorimeter harus dikurangkan dengan
besarnya kalor laten kondensasi uap air yang terbentuk dari proses pembakaran.
LHV = HHV – Qlc Dimana :
Qlc = kalor laten kondensasi uap air.
Dengan mengasumsikan tekanan parsial yang terjadi pada knalpot mesin uji adalah sebesar 20 kNm
2
tekanan parsial yang umumnya terjadi pada knalpot motor bakar, maka dari tabel uap diperoleh besarnya kalor laten kondensasi uap
air yaitu sebesar 2400 kJkg [Lit.9 hal 12]. Bila diasumsikan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran sempurna maka besarnya uap air yang terbentuk dari
pembakaran bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : Berat H dalam bahan bakar =
. .
Z Y
X
O H
C MR
H AR
y
x 100
68 dimana :
x,y, dan z = konstanta jumlah atom
AR H = Berat atom Hidrogen
Z Y
X
O H
C MR
= Berat molekul
Z Y
X
O H
C
Massa air yang terbentuk = ½
x
y
x
berat H dalam bahan bakar
x
massa bahan bakar
Pada tabel 2.2, diperoleh jenis dan persentase komposisi asam-asam lemak pembentuk metil ester berbahan baku minyak kelapa sawit. Berdasarkan reaksi
transesterifikasi gbr. 2.1, dengan mengubah masing-masing asam lemak tersebut kedalam bentuk metil esternya maka diperoleh jumlah kandungan hidrogen dan
persentase beratnya untuk tiap metil ester pembentuk biodiesel sehingga jumlah air yang terbentuk tiap satu satuan massa biodiesel dapat dihitung.
Total massa air yang terbentuk =
× ×
× ×
Σ bakar
bahan massa
lemak asam
ester dalammetil
H berat
y 2
1
Hasil perhitungan total massa air yang terbentuk dari pembakaran tiap satu kilogram 1 kg biodiesel pada proses pembakaran sempurna dapat dilihat pada
tabel 4.7.
69
Tabel 4.7 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel
Jenis asam lemak
dalam biodies
el Bentuk Dimethil Ester
Jum lah
Hid roge
n berat
Hidrog en
Jumlah H
2
O yang terbentuk
Lauric C12
1,83 CH
3
CH
2 10
COOCH
3
26 12,15
0,028905 kg
Myristic C14
1,90 CH
3
CH
2 12
COOCH
3
30
12,397
0,035331 kg
Palmitic C16 : 0
40,09 CH
3
CH
2 14
COOCH
3
34
12,593
0,858251 kg
Stearic C18 : 0
4,32 CH
3
CH
2 16
COOCH3 38
12,752
0,104668 kg
Dimethil Oleic
C18 : 1 41,13
CH
3
CH
2 7
CHCOOCH
3
CH
2 8
COOCH
3
40
11,235
0,924191 kg
Linoleic C18 : 2
10,73 CH
3
CH
2 4
CH=CHCH
2
CH=CHCH
2 7
COOCH
3
34
11,565
0,210957 kg
Total H
2
O yang terbentuk dari pembakaran 1 kg biodiesel
2,162303 kg
Dengan diperolehnya massa air yang terbentuk, maka dapat dihitung besarnya kalor laten kondensasi uap air dari proses pembaran tiap 1 kg.
Q
lc
= 2400 kjkg . 2,162303 = 5189,5272 kJkg.
Sehingga besarnya CV untuk biodiesel B-04 dapat dihitung sebagai berikut : CV = HHV B-04 – Qlc
= 42.502,233 kJkg – 5189,5275 kJkg = 37.312,705 kJkg
58 Harga CV untuk solar C
12
H
26
dihitung dengan cara yang sama : berat H dalam solar=
26
12
. H
MRC ARH
y X100
= 100
1 .
26 12
. 12
1 .
26 X
+ = 15,29
Jumlah uap air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg solar :
kg kg
9877 ,
1 1
100 29
, 15
26 2
1 =
⋅ ⋅
⋅
Kalor laten kondensasi uap air dari pembakaran tiap 1 kg solar :
lc
q
solar
= 2400 kjkg .1,9877 kg = 4770,48 kj per 1 kg solar
Besarnya CV solar : CV
solar
= HHV
solar
- Q
lc solar
= 44797,54 kjkg – 4770,48 kjkg = 40027,06 kjkg
Sedangkan harga CV untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara biodiesel dengan solar B-04 dihitung dengan rumus pendekatan berikut :
CV
Bxx
= HHV
BXX
- { B.Q
lc 100
B
- S.Q
lc solar
} Dimana :
B = Persentase biodiesel dalam bahan bakar campuran S = Persentase solar dalam bahan bakar campuran
Untuk B-04, B = 0,04 dan S = 0,96
CV
04 −
B
= HHV
04 −
B
- {0,04
lc
Q ⋅
100 B
+ 0,96
lc
Q ⋅
solar
} = 37.312,705 kJkg – {0,04
} 48
, 4770
96 ,
5272 ,
5189 kg
kj kg
kj ⋅
+ ⋅
= 32.525,463 kJkg
59 Setelah diperoleh harga CV untuk masing-masing bahan bakar maka dapat
dihitung besarnya efisiensi thermal brake
b
η .
Untuk Biodiesel B-04, beban 10 kg pada putaran 1000 rpm
b
η = 3600
463 ,
525 .
32 772298
, 5233
, ×
x = 0,0749
= 7,49
Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung efisiensi thermal brake masing-masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran. Hasil
perhitungan efisiensi termal brake dapat dilihat pada tabel 4.8 berikut ini :
Tabel 4.8 Efisiensi thermal brake
b
η pada pengujian biodiesel B-04 dan solar .
Dengan Bahan Bakar Biodiesel B-04 Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10 1000
7,49
1400 47,54
1800 76,83
2200
82,74
2600
86,61
2800 89,33
25 1000
7,79
1400 36,17
1800 63,49
2200
81,89
2600 91,56
2800 94,05
60
Dengan Bahan Bakar Solar Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10 1000
29,20
1400 30,48
1800 30,33
2200 24,97
2600 24,97
2800 26,08
25 1000
69,58
1400 80,45
1800 76,48
2200 75,64
2600
67,89
2800
67,23 •
Pada pembebanan 10 kg gambar 4.12, BTE terendah terjadi saat menggunakan biodiesel B-04 pada putaran 1000 rpm yaitu 7,49 .
Sedangkan BTE tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel B-04 pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 89,33 .
• Pada pembebanan 25 kg gambar 4.13, BTE terendah terjadi saat
menggunakan biodiesel B-04 pada putaran 10000 rpm yaitu 7,79 . Sedangkan BTE tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel B-04
pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 94,05 .
BTE terendah terjadi ketika menggunakan biodiesel B-04 pada beban 10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 7,49 . Harga BTE tertinggi terjadi ketika
menggunakan biodiesel B-04 pada beban 25 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 94,05 .
Efisiensi termal dari biodiesel relatif lebih besar dari efisiensi termal solar, hal ini dapat ditunjukkan dengan lebih besarnya nilai kalor dari biodiesel
dibandingkan dengan solar.
61 Kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi
efisiensi termal, untuk beban konstan daya efektif daya efektif yang dihasilkan relatif konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat waktu proses
pencampuran bahan bakar–udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik, hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan cenderung
mengurangi efisiensi termal.
Pada kondisi penambahan beban pada putaran poros konstan akan terjadi penambahan kandungan oksigen yang terikat pada biodiesel sebanding dengan
penambahan massa bahan bakar, hal ini akan menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang lebih besar, sehingga
meningkatkan efisiensi termal.
Perbandingan harga BTE untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 4.12 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg
62
Gambar 4.13 Grafik BTE vs Putaran untuk beban 25 kg
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang 4.3.1 Kadar Carbon Monoksida CO dalam gas buang
Kategori