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
b
η = Efisiensi thermal 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
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
Universitas Sumatera Utara
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 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 di bawah ini:
Tabel 4.7 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel
Jenis asam lemak
dalam biodiesel
Bentuk Dimethil Ester Jumlah
Hidrogen berat
Hidrogen 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
Universitas Sumatera Utara
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=CHC H
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 . 2,16 = 5189,52 kJkg
Sehingga besarnya LHV untuk biodiesel B100 dapat dihitung sebagai berikut : LHV = HHV
100 B
- Q
lc 100
B
= 37759,61224 Jkg – 5189,5272 Jkg = 32570,09 kJkg
Harga LHV 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
Universitas Sumatera Utara
Besarnya LHV solar : LHV
solar
= HHV
solar
- Q
lc solar
= 44799,67 kJkg – 4770,48 kJkg = 40029,16 kJkg
Sedangkan harga LHV untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara biodiesel B100 dengan solar 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-06, B = 0,06 dan S = 0,94
LHV
06 B
= HHV
06 B
- {0,06
lc
Q ⋅
100 B
+ 0,94
lc
Q ⋅
solar
} = 58384,09 kJkg – {0,06
} 48
, 4770
94 ,
5272 ,
5189 kg
kJ kg
kJ ⋅
+ ⋅
= 53588,4671 kJkg
Setelah diperoleh harga LHV untuk masing-masing bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi termal brake
b
η . Untuk Biodiesel B-06, beban 10 kg pada putaran 1000 rpm:
b
η = 3600
4671 ,
53588 696
, 24
, 3
× x
= 0,3128
Universitas Sumatera Utara
Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung efisiensi termal 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-06 dan solar .
Dengan Bahan Bakar Biodiesel B-06 Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10
1000 31,28
1400 44,25
1800 40,21
2200 3720
2600 35,83
2800 33,07
25
1000 94,70
1400 94,77
1800 89,03
2200 82,56
2600 78,57
2800 70,57
Dengan Bahan Bakar Solar Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10
1000 29,80
1400 31,10
1800 30,95
2200 25,48
2600 25,48
2800 26,61
Universitas Sumatera Utara
25
1000 71,02
1400 82,11
1800 78,05
2200 77,19
2600 69,29
2800 68,62
.
Perbandingan harga BTE untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 4.7 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
1000 1400
1800 2200
2600 2800
Biodiesel B-06, beban 10kg Solar, beban 10kg
Biodiesel B-06, beban 25kg Solar, beban 25kg
E ff
is ie
n si
T er
m a
l B ra
k e
Putaran rpm
Universitas Sumatera Utara
Dari gambar 4.7 dapat dilihat bahwa efisiensi thermal brake pada pembebanan dan putaran yang sama bahan bakar biodiesel B-06 lebih tinggi
dibandingkan dengan solar. Pada pembebanan 10 kg, efisiensi thermal brake terendah pada motor
diesel terjadi pada pengujian dengan menggunakan solar pada putaran 2200 rpm dan 2600 rpm sebesar 25,48 . Sedangkan efisiensi thermal brake tertinggi terjadi
pada pengujian dengan menggunakan biodiesel B-06 pada putaran 1400 rpm sebesar 44,25 .
Pada pembebanan 25 kg, efisiensi thermal brake terendah pada motor diesel terjadi pada pengujian dengan menggunakan solar pada putaran 2800 rpm
sebesar 68,62 . Sedangkan efisiensi thermal brake tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan biodiesel B-06 pada putaran 1400 rpm sebesar
94,77 .
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang 4.3.1
Kategori