SIMULASI PEMBAKARAN BENSIN HYBRID DENGAN GAS CO MENGGUNAKAN SOFTWARE ASPENPLUS
SIMULASI PEMBAKARAN BENSIN HYBRID DENGAN GAS CO MENGGUNAKAN SOFTWARE ASPENPLUS
Juan Albert Bartholomeus 1 , Abrar Riza 2 , Harto Tanujaya 3
1 Mahasiswa Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Tarumanagara 2,3 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universtias Tarumanagara Jl. Let.Jen S.Parman No. 1 Jakarta 11440, Indonesia
1 [email protected]; 2 [email protected]; 3 [email protected]
Abstrak
Sebelum melakukan penelitian dengan eksperimen maka dilakukan terlebih dahulu penelitian dengan simulasi. Penelitian simulasi menggunakan software AspenPlus berguna untuk memetakan secara analisis pengaruh pencampuran gas CO dengan bahan bakar bensin dengan campuran yang dilakukan adalah 5%, 10%, 15%, 20%, 25% gas CO. Hasil dari penelitian dengan menggunakan simulasi software AspenPlus semakin besar kadar gas CO yang dicampurkan dengan bahan bakar bensin akan menghasilkan entalpi yang lebih besar, campuran antara bensin dan gas CO meningkatkan temperatur, semakin besar campuran kadar gas CO terhadap bensin maka akan menghasilkan gas CO2 yang lebih sedikit, Sisa hasil pembakaran C8H18 pada gas buang yang terendah pada kadar gas CO 25% dan tekanan 6 atm. Sisa C8H18 pada kadar gas CO 25% dan tekanan 6 atm yaitu 5.42E-101 kmol/sec.
Kata kunci: AspenPlus, simulasi, gas CO, bensin, entalpi, temperatur
I. PENDAHULUAN
Topik pada penelitian ini cukup beresiko karena gas CO merupakan gas memiliki flame speed tingi. Gas dengan flame speed tinggi merupakan gas sangat mudah terbakar pada temperature kamar. Simulasi dilakukan dengan pertimbangan topik ini cukup berbahaya. Simulasi dapat membantu membangun hipotesa sehingga ketika melakukan eksperimen variable dapat difokuskan. Sebelum dilakukan penelitian berupa percobaan, maka diadakan terlebihi dahulu simulasi dengan menggunakan software. Hal tersebut akan sangat membantu disaat penelitian berupa percobaan tersebut dilaksanakan, karena penelitian dengan percobaan yang dilakukan sudah memiliki suatu pegangan atau gambaran yang akan dilakukan dan hasil-hasil dengan bantuan simulasi dari software.
Sebelum melakukan penelitian campuran bahan bakar dengan gas CO yang divariabelkan dengan menggunakan cara eksperimen (percobaan) untuk melihat pengaruh gas CO terhadap unjuk kerja mesin, maka dilakukan dahulu penelitian dengan menggunakan simulasi dari software. Hipotesis yang dibangun software dapat digunakan mengerucutkan variable agar lebih focus. Pada penelitian kali ini akan dilakukan simulasi dengan menggunakan software AspenPlus.
Tulisan ini dimulasi dari kajian pustaka kemudian memili metodologi, melakukakan simulasi numerik dengan berbantuan sofrware Aspen Plus. Hasil simulasi dianalisis untuk
Jakarta, 23-24 November 2017
mendapatkan perkiraan karakateristik system kerja. Karakteristik istem kerja ini dapat digunakan sebagai acuan untuk tahap penelitian berikutnya yaitu eksperimen.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Mulai
Membuat simulasi pada Software AspenPlus
Memasukan data pada Software AspenPlus. Campuran premium dan gas CO 5%, 10%, 15%, 20%, dan 25%
Menjalankan simulasi
Pengambilan data
Kecukupan Data Tidak
Perhitungan (T, BPH,
BSFC, n termal )
Selesai
Gambar 1. Diagram Alir Penelitian
Penelitian dilakukan dengan pendekatan numerik. Data didapat dari data sekunder diolah untuk mendapatkan pemetaan system kerja. Adapun pertimbangan system kerja adalah teori teknologi pembakaran dan konsep reaksi kimia. Dua konsep dasar ini dikembangkan dengan berbantuan software Aspen Plus unruk mendapatkan pemetaan perkiraan sistem kerja yang terjadi.
Jakarta, 23-24 November 2017
Langkah-langkah dalam melakukan simulasi dengan Software AspenPlus adalah :
1. Membuka Software AspenPlus
2. Membuat simulasi pada Software AspenPlus dengan menggunakan mixer dan reactor GIBBS.
3. Memasukan data-data yang dibutuhkan untuk menjalankan simulasi.
4. Menjalankan simulasi pada Software AspenPlus.
5. Mendapatkan data-data dari hasil simulasi
III. HASIL SIMULASI DAN PEMBAHASAN
Simulasi bahan bakar bensin dengan tidak dicampur gas CO
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian gas CO 0% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur
Sisa gas
⁄ (j kmol )
out (K)
CO 2 pembakaran
Simulasi bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 5%
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian gas CO 5% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur out
Sisa gas
⁄ (j kmol )
(K)
CO 2 pembakaran
-3.54E+06 1.57E-06
-3.52E+06 1.57E-06
6.16E-100
-3.52E+06 1.57E-06
1.52E-100
-3.52E+06 1.57E-06
1.51E-99
-3.52E+06 1.57E-06
2.16E-96
Jakarta, 23-24 November 2017
-3.52E+06 1.57E-06
1.03E-95
Simulasi bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 10%
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian gas CO 10% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur out
Sisa gas
(K)
) CO 2 (j kmol pembakaran
-3.50E+06 1.53E-06
-3.50E+06 1.53E-06
7.40E-101
-3.50E+06 1.53E-06
9.63E-100
-3.50E+06 1.53E-06
1.10E-98
-3.50E+06 1.53E-06
2.90E-97
-3.50E+06 1.53E-06
1.35E-96
Simulasi bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 15%
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian gas CO 15% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur out
Sisa gas
⁄ (j kmol )
(K)
CO 2 pembakaran
-3.47E+06 1.44E-06
-3.47E+06 1.44E-06
5.84E-101
-3.47E+06 1.44E-06
7.98E-100
-3.47E+06 1.44E-06
8.98E-99
-3.47E+06 1.44E-06
2.36E-97
-3.47E+06 1.44E-06
1.12E-96
Simulasi bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 20%
Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian gas CO 20% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur out
Sisa gas
(K)
(j kmol
CO pembakaran
-3.44E+06 1.36E-06
-3.44E+06 1.36E-06
6.22E-101
-3.44E+06 1.36E-06
8.59E-100
Jakarta, 23-24 November 2017
-3.44E+06 1.36E-06
1.03E-98
-3.44E+06 1.36E-06
2.58E-97
1.20E-96 Simulasi bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 25%
-3.44E+06 1.36E-06
Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian gas CO 25% dengan berbeda tekanan. enthalpy
Tekanan
C8H18 sisa (atm)
Temperatur out
Sisa gas
(K)
) CO 2 (j kmol pembakaran
-3.41E+06 1.27E-06
-3.41E+06 1.27E-06
5.42E-101
-3.41E+06 1.27E-06
7.91E-100
-3.41E+06 1.27E-06
9.62E-99
-3.41E+06 1.27E-06
2.36E-97
-3.41E+06 1.27E-06
1.11E-96
Analisis Enthalpy VS Kadar Gas CO pada tekanan 1 atm.
-3.40E+06
25% 30% -3.42E+06
/ -3.48E+06 (J
-3.50E+06
lpy
ha -3.52E+06 nt
-3.54E+06 -3.56E+06
Kadar Gas CO
Gambar 2. Enthalpy VS Kadar Gas CO pada tekanan 1 atm.
Pada Gambar 2, diketahui bahwa pada tekanan 1 atm campuran antara bahan bakar bensin dan Gas CO akan menghasilkan enthalpy yang lebih besar dari pada bahan bakar bensin tanpa dicampurkan oleh gas CO. Semakin besar kadar gas CO yang dicampurkan maka akan semakin besar juga enthalpy yang dihasilkan. Dapat dilihat bahwa perbedaan enthalpy yang terjadi antara
Jakarta, 23-24 November 2017
bahan bakar bensin tanpa campuran gas CO dengan bahan bakar bensin yang dicampur gas CO 5% mengalami peningkatan tetapi tidak terlalu besar. Tetapi pada campuran gas CO 10%, 15%, 20%, dan 25% dapat diperhatikan bahwa nilai enthalpy yang dihasilkan mengalami kenaikan yang cukup besar.
Hal ini menandakan bahwa pada tekanan 1 atm, semakin besar nilai campuran gas CO pada campuran bahan bakar bensin akan menghasilkan enthalpy yang semakin besar. Itu dikarenakan massa mol gas CO yang tinggi, sehingga enthalpy yang dihasilkannya semakin besar.
Analisis temperature VS Kadar Gas CO pada tekanan 1 atm.
a 2124 u
b 2122 s
a g 2120
a p 2118 r
tu 2116
a er 2114
Kadar Gas CO
Gambar 3. Temperatur VS Kadar Gas CO pada tekanan 1 atm.
Pada Gambar 3, dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan suhu yang cukup besar pada bahan bakar bensin tanpa campuran dengan bahan bakar bensin yang dicampurkan dengan gas CO 5%. Kenaikan suhu terus terjadi sampai kadar gas CO 15% dan temperatur terpanas yang dihasilkan pada tekanan 1 atm pada kadar gas CO 25%. Pada kadar gas CO 20% temperatur mengalami penurunan sedikit dan kembali naik pada campuran bahan bakar bensin dan gas CO 25%.
Hal ini menandakan bahwa pada tekanan 1 atm campuran bahan bakar bensin dengan gas CO dapat meningkatkan temperature yang dihasilkan. Semakin besar temperature yang dihasilkan maka menandakan proses pembakaran lebih sempurna.
Jakarta, 23-24 November 2017
Analisis hasil Gas CO 2 VS Kadar Gas CO pada tekanan 1 atm.
1.80E-06 1.60E-06
ol m 1.00E-06
(K
2 8.00E-07 CO 6.00E-07
as
G 4.00E-07 2.00E-07
Kadar Gas CO
Gambar 4. Hasil Gas CO 2 VS Kadar Gas CO.
Pada Gambar 4, dapat dilihat bahwa bahan bakar bensin yang murni tanpa campuran gas CO menghasilkan gas buang gas CO 2 yang paling besar. Pada tekanan 1 atm campuran bahan bakar bensin dengan gas CO akan menghasilkan gas CO 2 yang lebih kecil dari bahan bakar bensin yang tidak dicampurkan gas CO. Semakin besar campuran gas CO terhadap bahan bakar bensin maka akan menghasilkan gas CO 2 yang cenderung lebih sedikit. Hal ini menandakan bahwa semakin banyak campuran gas CO maka pembakaran akan semakin sempurna sehingga gas yang dihasilkan dari sisa pembakaran akan semakin bagus sehingga kadar gas beracun yang menyebabkan polusi semakin berkurang.
Analisis hasil Sisa C 8 H 18 VS Tekanan pada kadar gas CO 0%.
1.2E-95 1E-95
/ l 8E-96 mo 6E-96 (K ) 4E-96
18 H 2E-96
8 sec
a -2E-96 0 2 4 6 8 10 12
is S
-4E-96
Tekanan (atm)
Gambar 5. Hasil sisa C 8 H 18 VS Tekanan pada kadar gas CO 0%
Jakarta, 23-24 November 2017
Pada gambar 5, dapat dilihat bahwa pada campuran bahan bakar dengan gas CO dengan kadar 0% semakin besar tekanan yang diberikan pada ruang bakar maka akan menghasilkan sisa pembakaran pada gas buang yang semakin tinggi. Pada tekanan 11 atm di ruang bakar
menghasilkan sisa C 8 H 18 pada gas buang yang paling besar. Pada tekanan 6 atm sisa C 8 H 18 yang dihasilkan 4.89E-100 sedangkan pada tekanan 7 atm sisa gas yang dihasilkan 4.96E-99 sehingga
semakin tinggi tekanan maka sisa C 8 H 18 yang dihasilkan semakin tinggi.
Sisa C 8 H 18 mulai pada tekanan 7 atm pada gambar 5 menunjukan kenaikan yang tinggi, itu dikarenakan gas CO lebih mudah terbakar dibandingkan dengan bensin, sehingga tekanan yang semakin tinggi akan membuat gas CO terbakar terlebih dahulu dan menghabiskan oksigen yang berada dalam ruang bakar, sehingga bensin menjadi tidak dapat terbakar.
Semakin tinggi sisa pembakaran menunjukkan pembakaran yang terjadi diruang bakar semakin kurang sempurna, sehingga semakin tinggi tekanan yang diberikan maka semakin kurang sempurna pembakaran yang terjadi.
Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS Tekanan pada kadar gas CO 20%
1.4E-96 1.2E-96
) 1E-96 sec 8E-97
/ l mo 6E-97 (K
18 4E-97
C 2E-97
a is S
0 2 4 6 8 10 12 -2E-97
-4E-97
Tekanan (atm)
Gambar 6. Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS Tekanan pada kadar gas CO 20% Pada gambar 4.8, dapat dilihat bahwa pada campuran bahan bakar dengan gas CO dengan kadar 20% semakin besar tekanan yang diberikan pada ruang bakar maka akan menghasilkan sisa pembakaran pada gas buang yang semakin tinggi. Pada tekanan 11 atm di ruang bakar
menghasilkan sisa C 8 H 18 pada gas buang yang paling besar. Pada tekanan 6 atm sisa C 8 H 18 yang
Jakarta, 23-24 November 2017
dihasilkan 6.22E-101 sedangkan pada tekanan 7 atm sisa gas yang dihasilkan 8.59E-100 sehingga
semakin tinggi tekanan maka sisa C 8 H 18 yang dihasilkan semakin tinggi.
Sisa C 8 H 18 mulai pada tekanan 10 atm pada gambar 6 menunjukan kenaikan yang tinggi, itu dikarenakan gas CO lebih mudah terbakar dibandingkan dengan bensin, sehingga tekanan yang semakin tinggi akan membuat gas CO terbakar terlebih dahulu dan menghabiskan oksigen yang berada dalam ruang bakar, sehingga bensin menjadi tidak dapat terbakar.
Semakin tinggi sisa pembakaran menunjukkan pembakaran yang terjadi diruang bakar semakin kurang sempurna, sehingga semakin tinggi tekanan yang diberikan maka semakin kurang sempurna pembakaran yang terjadi.
Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS kadar gas CO pada tekanan 6 atm.
7.00E-100
6.00E-100 ) 5.00E-100
sec / l 4.00E-100
mo (K 3.00E-100
H 18
8 2.00E-100
a C is S 1.00E-100
Kadar Gas CO
Gambar 7. Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS kadar gas CO pada tekanan 6 atm. Pada gambar 7, dapat dilihat bahwa pada campuran bahan bakar dengan gas CO dengan tekanan 6 atm mengalami penurunan. Pada kadar gas CO 25% sisa pembakaran C 8 H 18 pada gas buang yang dihasilkan paling rendah. Pada kadar gas CO 25% sisa C 8 H 18 yang dihasilkan adalah 5.42E-101 sedangkan pada kadar gas CO 20% sisa gas yang dihasilkan 6.22E-101. Semakin tinggi sisa pembakaran menunjukkan pembakaran semakin kurang sempurna, dan jika diperhatikan pada gambar 4.10 pada tekanan 6 atm, pembakaran paling baik terjadi pada kadar gas CO 25%.
Jakarta, 23-24 November 2017
Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS kadar gas CO pada tekanan 10 atm.
/ 1.50E-96 l mo
(K 1.00E-96
H 18
a 5.00E-97 is S
Kadar Gas CO
Gambar 8. Analisis hasil sisa C 8 H 18 VS kadar gas CO pada tekanan 10 atm. Pada gambar 8, dapat dilihat bahwa pada campuran bahan bakar dengan gas CO dengan tekanan 10 atm mengalami penurunan. Pada kadar gas CO 15% dan 25% sisa pembakaran C 8 H 18 pada gas buang yang dihasilkan paling rendah. Pada kadar gas CO 15% dan 25% sisa C 8 H 18 yang dihasilkan adalah 2.36E-97 sedangkan pada kadar gas CO 5% sisa C 8 H 18 yang dihasilkan paling besar, yaitu 2.16E-96. Semakin tinggi sisa pembakaran menunjukkan pembakaran semakin kurang sempurna, dan jika diperhatikan pada gambar 4.13 pada tekanan 10 atm, pembakaran paling baik terjadi pada kadar gas CO 15% dan 25%.
IV. KESIMPULAN
Simulasi menggunakan software AspenPlus, pada tekanan 1 atm semakin besar kadar gas CO yang dicampurkan dengan bahan bakar bensin akan menghasilkan entalpi yang lebih besar. Pengujian simulasi menggunakan software AspenPlus, pada tekanan 1 atm campuran antara bahan bakar bensin dengan gas CO, akan meningkatkan temperature. Semakin besarnya temperature menunjukan pembakaran yang terjadi semakin sempurna. Simulasi menggunakan software AspenPlus, pada tekanan 1 atm semakin besar campuran kadar gas CO terhadap bahan bakar
bensin akan menghasilkan gas CO 2 yang lebih sedikit.
Jakarta, 23-24 November 2017
V. SARAN
Adapun saran yang dapat saya berikan merupakan perbedaan kadar gas CO dan perbedaan tekanan yang membuat unjuk kerja motor menjadi lebih baik. Pada penelitian ini kadar gas CO 5%, 10%, 15%, 20%, dan 25% jika untuk unjuk kerja mesin lebih baik menggunakan kadar gas CO 25% pada tekanan 6 atm, dikarenakan temperature yang dihasilkan adalah temperature yang
paling besar yaitu sebesar 2125.13 K dan sisa C 8 H 18 5.42E-101 kmol / sec.
VI. DAFTAR PUSTAKA
[1] H. "BENSIN DAN BILANGAN OKTAN," 9 11 2015. [Online]. Available: http://kimiadasar.com/bensin-dan-bilangan-oktan/. [Accessed 2 3 2017].
[2] J. Jama, "TEKNIK SEPEDA MOTOR," vol. 1, 2008. [3] S. Mulyono, G. and B. Maryanti, "PENGARUH PENGGUNAAN DAN PERHITUNGAN
EFISIENSI BAHAN BAKAR PREMIUM DAN PERTAMAX TERHADAP UNJUK KERJA MOTOR BAKAR BENSIN," vol. 2, no. 1, 2014.
[4] Roger, Coben, "Carbon monoxide poisoning.," 22 November 2004. [Online]. Available: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15474779. [Accessed 28 Februari 2017].
[5] M. Setyo, 2 2 2016. [Online]. Available: http://www.guruotomotif.com/2016/02/cara-kerja- motor-4-empat-tak.html. [Accessed 3 3 2017].
[6] V. Ganesan, "Internal Combution Engine," 1996. Mc Graw Hill USA
Jakarta, 23-24 November 2017