Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Padat Pada Mesin Pembakaran

8 bentuk kering atau bubur dengan minyak diesel atau air. Sumber daya ini relatif murah dan sebagian besar masih tersedia di seluruh dunia dibandingkan dengan minyak mentah. Periode pertama, sebagian besar dibuat di Jerman dengan batubara kering, dan berakhir dengan Perang Dunia II dan menyebabkan banyak perbaikan ICE berbahan bakar debu batu bara bereksperimen dengan R. Diesel. pemakaian mesin adalah hambatan teknis yang penting dan tampaknya telah diselesaikan antara tahun 1930 dan tahun 1940. Periode kedua dilakukan di Amerika Serikat antara tahun 1945 dan 1973 penelitian mencari penyebab penurunan dari keausan mesin ke tingkat lebih lanjut yang diamati dengan solar murni . Masalah utama, yaitu ukuran bahan bakar dan penyampaian ke silinder dengan waktu yang tepat , namun belum terpecahkan . Untuk alasan ini , penelitian lain yang dipimpin di Amerika Serikat selama periode yang sama berfokus pada penggunaan batu bara bentuk bubuk dalam suspensi dalam bahan bakar diesel atau air . Kombinasi seperti ini disebut Coal Diesel slurries CDS dan Coal Water slurries CWS . Selama dua periode ini, studi kebanyakan eksperimental. Periode ketiga dari tahun 1973 sampai sekarang dan meliputi tes skala penuh mesin dengan slurries serta beberapa studi teoritis dan keanekaan hayati , masih terutama dilakukan di Amerika Serikat , dengan dana yang besar dari Departemen Energi . Secara Garis Besar Perkembangan Sejarah penggunaan bahan bakar padat pada mesin pembakaran dalam yaitu: 1. 1892-1945: bahan bakar bubuk kering Upaya Jerman untuk menjalankan mesin pembakaran internal dengan debu batu bara kering telah diterbitkan oleh Soehngen pada tahun 1976. Selama periode ini, mesin diesel diuji dengan debu batu bara. Tapi tak satu pun dari teknologi yang dikembangkan telah mencapai skala komersial. Dalam penelitian ini diketahui bahwa batubara adalah bahan bakar pembakaran lambat, untuk mesin diesel kecepatan rendah. Dengan demikian, semua mesin Jerman dikembangkan dan dirancang untuk berjalan di kecepatan 100-1000 rpm. Perbaikan teknologi terkait menyebabkan 200 paten. Pada tahun 1940, dilaporkan upaya Jepang untuk 9 menjalankan 75 HP, untuk 6 silinder debu batu bara pada mesin dengan kecepatan 2000 rpm. Lain pula dengan penelitian yang dipimpin oleh Belousov tahun 2006. Banyak tambahan data yang menarik yang diperoleh, termasuk angka dan deskripsi debu pembakaran dalam kondisi mesin. Selama hampir setengah abad, tujuannya adalah jelas biaya. Keuntungan yang diperoleh adalah pada perbedaan harga minyak dengan batubara. Sangat sedikit data pada kualitas batubara yang tersedia. Rudolf diesel Pada tahun 1892 Diesel mencoba untuk menjalankan ICE pada debu batu bara, tapi berhenti karena penanganan sulit pada bahan bakar bubuk,. Bubuk bahan bakar difumigasi melalui saluran pipa mesin,. Karena kesulitan pada pengukuran akurat untuk kadar bahan bakar bubuk yang sedemikian rupa, maka Diesel terfokus pada minyak mentah yang jauh lebih mudah untuk digunakan. 2. Rudolf Pawlikowski Mulai tahun 1916, bekas rekan kerja Diesel mampu untuk pertama kalinya menjalankan ICE dengan debu batu bara. Dalam perusahaanya yang bernama Kosmos, Pawlikowsko membangun delapan mesin dengan bahan bakar batubara yang disebut RUPA motor dengan menambahkan chamber di mesin. Dimana bahan bakar bubuk batu bara dinyalakan. Tekanan dikembangkan selama pra- pembakaran injeksi pada pembakaran utama di chamber dan bahan bakar yang tersisa pada tekanan rendah diinjeksi langsung. Pawlikowski juga mencoba untuk memecahkan masalah dengan mengembangkan sistem penyesusaian tertentu cincin piston sehingga membatasi bagian abu di bak mesin. Perusahaan The COSMOS ini ditutup pada tahun 1928. Karya Pawlikowski berhenti pada tahun 1945 dan menghasilkan 30 paten Mulai tahun 1925, atas dasar penelitian Pawlikowski itu, empat Perusahaan Jerman mengembangkan mesin mampu berjalan dengan debu batubara kering. 3. I-G Farben Industrie Perusahaan Jerman ini yang membangun dua mesin yang berbeda antara tahun 1925 , dan 1929 serta tiga mesin yang lebih kecil untuk penelitian. Perusahaan ini mengadopsi sistem mesin Pawlikowski. Mereka mampu membatasi tingkat 10 keausan dengan mengintegrasikan cincin dengan dinding silinder, sehingga mereka dapat menyesuaikan secara terus menerus selama pengoperasian mesin. Pembersihan liners silinder, dengan cara ditutupi dengan partikel yang tidak terbakar, dan dilakukan dengan meniup udara terkompresi, air atau minyak mentah pada akhir fase buang. 4. Schichau Werke Ge Antara 1930 dan 1939, Konsep mesin yang digunakan masih sama dengan Pawlikowsko. Schichau adalah orang pertama yang mencoba penggunaan paduan keras berdasarkan baja dan Chrome, Nikel, Silicon dan Mangan, untuk meningkatkan ketahanan aus. Dengan menggunakan paduan ini, mereka mampu mengurangi tingkat keausan. Mereka juga mengembangkan katup bola, khusus untuk debu, dalam rangka meningkatkan penyegelan kualitas selama operasi mesin. Mesin ini diklaim telah berjalan selama 6000 h. Penelitian ini kemudian dihentikan karena alasan ekonomi 5. I. Bruenner Machinenfabrik Penelitian ini dilakukan pada periode 1930-1945. Mereka mulai dengan sistem injeksi berdasarkan Pawlikowski, yang mereka ubah di Dresden University. Sistem injeksi debu baru ini meningkatkan laju aliran bahan bakar. kecepatan maksimum sampai 1200 rpm. Mereka menggunakan partikel dengan ukuran 60 mikron yang mengandung 21 berat abu, menyebabkan tingkat pembakaran yang tinggi dan keausan yang lama. 6. Hanomag Perusahaan Jerman ini mengembangkan salah satu mesin berbahan bakar debu batu bara antara tahun 1935 dan 1945. Sangat sedikit informasi tetapi mesin mereka diklaim telah berjalan selama 700 jam. Debu diinduksi dalam prechamber untuk 0.4 - 0.7 vol dari silinder utama, selama fase masuk, sehingga memungkinkan tekanan injeksi rendah 24-29 bar. Selama fase kompresi, bahan bakar padat dicampur dengan udara dalam cara yang sangat efektif, yang mengarah ke proses pengeringan yang baik dan awal devolatilisasi diikuti oleh 11 pengapian dan pembakaran di dalam ruang utama. Mereka mengalami masalah pengapian dini dan pembuangan partikel yang tidak terbakar dalam prechamber tersebut. Kekurangannya adalah mesin tidak dapat berjalan pada kecepatan tinggi dan proyek ini ditinggalkan. Mesin Hanomag hancur selama Perang Dunia kedua. 7. 194-1973: periode pasca-perang Penelitian tentang batubara ICE terus terjadi di Amerika Serikat. Caton dan Rosegay merupakan peneliti selama periode ini .Dalam rangka untuk membatasi kesulitan konsumsi bahan bakar untuk mesin, campuran batubara dengan air CWS atau solar CDS digunakan. Sebenarnya, bubur cair berperilaku seperti cairan hingga 50 berat batubara bubuk. Modifikasi pendingin bahan bakar ini memungkinkan penggunaan sistem injeksi diesel konvensional. Jadi pada masa ini batu bara atau bahan bakar padat sudah dicampur dengan bahan bakar cair dan mengunakan mesin diesel konvesional. 8. 1973-sekarang: Terutama batubara cair sebagai bahan bakar Berbagai program yang dipimpin selama periode ini terkendala masalah emisi. Amerika Serikat memutuskan untuk mengembangkan teknologi yang didasarkan pada batubara, sebagian besar tersedia di wilayah mereka sendiri. Departemen Energi AS DOE menyediakan dana besar untuk proyek-proyek termasuk perkembangan mesin batubara, baik dalam skala laboratorium atau dalam kondisi nyata, seperti penggunaan pada kereta api atau pembangkit listrik.. Pada tahun 1975 di Inggris, untuk alasan kemerdekaan energi, Perkins Mesin LTD meninjau kemungkinan penggunaan debu batu bara di mesin pembakaran dalam, terutama dalam bentuk bubur. 2.4 Mesin Otto Empat Langkah Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2- langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4- langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4- langkah. Siklus otto ideal dapat dilihat pada gambar 2.2 di bawah ini: 12 Gambar 2.2 Diagram P-v dan T-s Siklus Otto Ideal Proses yang terjadi pada siklus otto adalah sebagai berikut: Proses 0-1 : langkah isap Proses 1-2 : kompresi isentropic Proses 2-3 : proses pembakaran volume konstan dianggap sebagai proses pemasukan kalor Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong piston turun menuju TMB Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston Proses 1-0 : langkah buang pada tekanan konstan Gambar 2.3 Langkah kerja motor bensin 4 langkah 13 Langkah kerja yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah : 1. Langkah isap Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan bensin di hisap ke dalam silinder. Katup hisap membuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak dari titik mati atas TMA ke titik mati bawah TMB, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar. 2. Langkah Kompresi Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA, campuran yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan naik, sehingga akan mudah terbakar. Saat inilah percikan api dari busi terjadi. Poros engkol berputar satu kali ketika torak mencapai titk mati atas TMA. 3. Langkah Kerja Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Saat torak mencapai titik mati atas TMA pada saat langkah kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran yang telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin. 4. Langkah Pembuangan Dalam langkah ini, gas yang sudah terbakar, akan dibuang ke luar silinder. Katup buang membuka sedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergerak dari titik mati bawah TMB ke titik mati atas TMA, mendorong gas bekas keluar dari silinder. Pada saat akhir langkah buang dan awal langkah hisap kedua katup akan membuka sedikit valve overlap yang berfungsi sebagai langkah pembilasan campuran udara dan bahan bakar baru mendorong gas sisa hasil pembakaran. Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu 14 siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah.

2.5 Performansi Motor Bakar

Ada beberapa hal yang mempengaruhi performansi mesin otto, antara lain besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan udara motor akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada motor yang berpotensi menurunkan daya motor, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen motor. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar motor Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya self ignition yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik. Parameter mesin diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar. Parameter dan performansi mesin dapat dilihat dari rumus- rumus dibawah ini. Pulkrabek,2004 dan Heywood,1998

2.5.1 Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dynamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem Brake Power. � � = 2�� 60 � ........................................................................................... 2.1 Dimana : � � = Daya keluaran Watt 15 N = putaran mesin rpm T = Torsi N.m

2.5.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik specific fuel consumption, sfc

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kgjam, maka : ��� = ṁ�×10 3 � � ................................................................................................... 2.2 dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik gkW.h. �̇f = laju aliran bahan bakar kgjam Besarnya laju aliran massa bahan bakar �̇f dihitung dengan persamaan berikut : ṁ� = �������10 −3 �� × 3600 .............................................................................. 2.3 Dimana : sgf = spesific gravity � � = volume bahan bakar yang diuji � � = waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik

2.5.3 Effisiensi Thermal

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis mechanical losses. Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake brake thermal efficiency, � � � � = ���� �������� ������ ���� ����� ���� ����� ......................................................................... 2.4