Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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.
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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
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
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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.
Tabel 4.7 Jumlah air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg biodiesel
Jenis asam
lemak dala
m biodi
esel Bentuk Dimethil Ester
Ju ml
ah Hi
dro gen
berat Hidro
gen Jumlah
H
2
O yang
terbentu k
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 12,39
7 0,035331
kg Palmitic
C16 : 0 40,09
CH
3
CH
2 14
COOCH
3
34 12,59
3 0,858251
kg Stearic
C18 : 0 4,32
CH
3
CH
2 16
COOCH3 38
12,75 2
0,104668 kg
Dimethil Oleic
C18 : 1 41,13
CH
3
CH
2 7
CHCOOCH
3
CH
2 8
COOCH
3
40 11,23
5 0,924191
kg
Linoleic C18 : 2
10,73 CH
3
CH
2 4
CH=CHCH
2
CH=CHCH
2 7
COOCH
3
34 11,56
5 0,210957
kg
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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 B100 dapat dihitung sebagai berikut : CV = HHV
100 B
- Q
lc 100
B
= 37759,61224 kJkg – 5189,5272 kJkg = 32570,08504 kJkg
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 :
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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 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 B10, B = 0,1 dan S = 0,9
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
CV
10 B
= HHV
10 B
- {0,1
lc
Q ⋅
100 B
+ 0,9
lc
Q ⋅
solar
} = 38496,350 kjkg – {0,1
} 48
, 4770
9 ,
434 ,
5132 kg
kj kg
kj ⋅
+ ⋅
= 33689,6746 kjkg Dengan cara perhitungan yang sama untuk bahan bakar biodiesel B20, maka
hasil perhitungan harga CV untuk B20 = 44188,2832 kjkg Setelah diperoleh harga CV untuk masing-masing bahan bakar maka dapat
dihitung besarnya efisiensi termal brake
b
η . Untuk Biodiesel B10, beban 10 kg pada putaran 1000 rpm
b
η = 3600
6746 ,
33689 760941176
, 19213
, 3
× x
= 0,448265348 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 :
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
Tabel 4.8 Efisiensi thermal brake
b
η pada pengujian biodiesel B-10, biodiesel B-20 dan solar .
Dengan Bahan Bakar Biodiesel B-10 Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10 1000
44,82
1400 44,05
1800 41,00
2200 38,80
2600 38,11
2800
37,17
25 1000
103,89
1400 123,95
1800 158,10
2200 128,93
2600
104,76
2800 95,31
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
Dengan Bahan Bakar Biodiesel B-20 Beban
kg Putaran
rpm Efisiensi thermal brake
10 1000
28,39
1400 32,58
1800
30,00
2200 29,33
2600 29,18
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
2800 28,93
25 1000
83,14
1400 98,05
1800
98,29
2200 96,60
2600 96,36
2800 101,16
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
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
2600 67,89
2800 67,23
o Pada pembebanan 10 kg gambar 4.12, BTE terendah terjadi saat
menggunakan solar pada putaran 2200 rpm yaitu 24,97 . Sedangkan BTE tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel B-10 pada putaran 1000 rpm
yaitu sebesar 44,82 . o
Pada pembebanan 25 kg gambar 4.13, BTE terendah terjadi saat menggunakan solar pada putaran 2800 rpm yaitu 67,23 . Sedangkan BTE
tertinggi terjadi saat menggunakan biodiesel B-10 pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar 158,10 .
BTE terendah terjadi ketika menggunakan solar pada beban 10 kg dan putaran 2200 rpm yaitu 24,97 . Harga BTE tertinggi terjadi ketika
menggunakan biodiesel B-10 pada beban 25 kg dan putaran 1800 rpm yaitu sebesar 158,10 .
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. 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
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
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
Krisnadi T.A.P Naibaho : Pengujian Performansi Motor Diesel Dengan Biodiesel Dari Dimethil Ester, 2009. USU Repository © 2009
Gambar 4.13 Grafik BTE vs Putaran untuk beban 25 kg
4.3 Pengujian Emisi Gas Buang
