ITS Undergraduate 10337 Paper

Published on January 2017 | Categories: Documents | Downloads: 22 | Comments: 0 | Views: 223
of 19
Download PDF   Embed   Report

Comments

Content

Judul ”Optimalisasi Injeksi Hydrogen dan Air pada Peningkatan Performa
Kendaraan Bermotor”

I.

PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang
Permasalahan energi fosil yang diakibatkan oleh keterbatasan ketersediaannya dan
dampak lingkungan yang akibatkan oleh hasil pembakarannya makin lama akan
dirasakan semakin berat. Usaha-usaha untuk mencari berbagai jenis energi alternatif
dan berbagai cara untuk menghemat pemakaian bahan bakar merupakan pekerjaan
yang sangat penting yang harus dilakukan saat ini dan masa depan. Pemakaian bahan
bakar minyak dari bahan fosil digunakan untuk transportasi sekitar 40% sisanya
untuk kegiatan industri dan lainnya. Kegiatan transportasi yang merupakan urat nadi
untuk memobilisasi kegiatan ekonomi dan aspek kehidupan lainya ternyata
membutuhkan bahan bakar terbanyak. Kegiatan transportasi juga menyumbangkan
polusi udara dari hasil emisi gas buang kendaraan juga terbesara dibanding kegiatan
lainya. Karena transportasi sebagai urat nadi kehidupan maka secara kuantitas dia
harus terus dikembangkan, dan secara kualitas juga harus ditingkatkan terutama
meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar dan meningkatkan kualitas emisi
gas buang untuk meminimalkan kontribusi polusi udara yang dihasilkan.
Telah banyak dikembangkan berbagai bahan bakar alternatif diantaranya biodiesel
untuk bahan bakar mesin diesel, dan bioethanol untuk bahan bakar mesin bensin.
Pemakaian bahan bakar baik biodiesel maupun bioethanol dinegara maju seperti
Amerika dan Eropah yang pengendalian lingkungannya sangat ketat sudah lama
dilakukan bahkan terus semakin intensif karena semakin ketatnya persyaratan
lingkungan yang diterapkan. Di Indonesia perkembangan biodiesel dan bioethanol
masih belum secepat dinegara lain karena beberapa faktor diantaranya adalah sumber
bahan bakunya belum memadai secara kuantitas dan kualitas, sebagian dari bahan
bakunya adalah bahan pangan yang masih mungkin mengganggu ketersediaan bahan
pangan, dan peraturan tentang kualitas emisi belum seketat di negara lain, serta
kesiapan dari segi budi daya, kesiapan teknologi proses, kesiapan sarana-prasarana
pemasaran termasuk kesiapan masyarakatnya masih belum memadai.
Bahan bakar gas seperti LPG dan CNG telah juga banyak dikembangkan sebagai
bahan bakar alternatif untuk pengganti bahan bakar minyak. Convertor untuk
merubah penggunaan minyak ke gas sudah juga banyak dikembangkan. Di Indonesia
penggunaan bahan bakar gas ini sebagai bahan alternatif masih juga mengalami
kendala diantaranya ketersediaan gas yang terbatas, ketersediaan infrastruktur seperti
SPBU untk gas sanagt terbatas, convertor masih cukup mahal karena masih import,
dan jaminan keamanan yang masih dikawatirkan oleh masyarakat karena gas dengan
tekanan tinggi dikawatirkan meledak.
Yull Brown seorang warga negara Australia pada tahun 1974 telah mendapatkan
paten dari hasil proses elektrolisa dari air menghasilkan gas H2 dan O2 yang diberi
1

nama ”Brown Gas” yang dapat digunakan untuk menggerakaan mesin kendaraan.
Pada tahun 1980 sampai 1998, Stanley Meyer seorang Amerika yang berasal dari
kota Ohio juga telah mengembangkan bahan bakar gas yang dihasilkan dengan
elektrolisis air yang digunakan untuk menggerakan mesin kendaraan. Di Indonesia
pada akhir-akhir ini sudah mulai dikembangkan yaitu dengan mencampurkan brown
gas yang didapat dari elektrolisa air, dengan bahan bakar pada mesin bensin dengan
carburator dan ternyata dapat meningkatkan tenaga, mengurangi pemakaian bahan
bakar, serta memperbaiki kualitas emisi gas buang. Memanfaatan brown gas ini
masih secara sederhana, belum terkendali baik, masih hanya untuk mesin bensin
dengan carburator. Namun dari kajian awal tersebut terlihat brown gas mempunyai
prospek sangat baik dalam usaha mengurangi konsumsi bahan baik untuk mesin
bensin dan mesin diesel, meningkatkan kinerja mesin, dan memperbaiki kualitas
emisi gas buang mesin. Menurut para pemakai yaitu dari perkumpulan penggemar
otomotif, dengan menggunakan brown gas dari elektrolisis air ternyata dapat
menghemat pemakaian bahan bakar (sebagai contoh suatu kendaraan) dari jarak
tempuh 12 km/liter menjadi 18 km pada kendaraan bensin dan mencapai 23 km/liter
untuk kendaraan solar.
Pada penelitian Horng Rong-Fang [1], bahan bakar yang diperkaya dengan hydrogen
dapat menurunkan kandungan NOx dan HC pada emisi gas buang. Penelitian dari
Susuki dan Sakurai [2] menunjukan bahwa dengan penambahan hydrogen pada
mesin spark ignition (SI) dapat menaikan efisiensi termal sebesar 14%, dan pada
pembakaran yang optimal, kandungan Nox dalam emisi dapat berkurang hingga
95%. Muhammadi[3] melakukan penelitian tentang kinerja mesin dengan bahan
bakar konvensional diinjeksi dengan hydrogen, ternyata mampu meningkatkan
kinerja dan menghilangkan knock dan backfiring. Penelitian tersebut menerapkan
tiga parameter yaitu waktu pengapian, waktu injeksi dan rasio equivalen optimal
sehingga mencapai efisiensi termal dan brake mean efective pressure yang baik serta
emisi Nox rendah. Goldwitz dan Heywood[4] mengoptimalkan kondisi pembakaran
pada mesin spark ignition dengan menambahkan hydrogen sebagai suplemen bahan
bakar ternyata dapat menaikan efisiensi lebih dari 25%. Verhelst dan Sierents[5]
membandingkan injeksi hydrogen pada mesin spark ignition dengan karburator dan
mesin sistem injeksi, ternyata mesin dengan sistem injeksi dengan penambahan
hydrogen mempunyai daya lebih besar dan resiko back firing lebih kecil. Elektrisis
air menjadi Brown gas jika tidak dikendalikan dengan baik, yaitu besar arus listrik
dan panas yang terjadi maka brown gas yang terjadi disertai dengan uap air makin
lama terakumulasi makin banyak yang dapat mengganggu mesin. Jika uap air
tersebut mengembun kemudian tercampur pada bahan bakar, akan dapat menyulitkan
mesin untuk distart. Sistem elektrolisis yang efisien yang bebas dari gangguan uap
air harus dikaji sebagai bagian terpenting dari ”mixfuel management system”.
Dari hasil-hasil penelitian yang diuraikan diatas menunjukan peluang yang besar
untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar, kinerja mesin kendaraan, dan kualitas
emisi mesin. Karena prospek dari brown gas tersebut, maka pada penelitian selama
satu tahun ini akan dikembangkan suatu system suply mixfuel atau ”mixfuel
management system” yang meliputi elektrolisis air untuk menghasilkan brown gas,
2

sistem pencampurannya dengan bahan bakar pada mesin bensin injeksi serta sistem
controlnya yang mampu mengendalikan secara optimal suply mixfuel sehingga dapat
lebih meningkatkan efisiensi dan kinerja mesin bensin injeksi dengan tanpa
menggangu komponen dari mesin. Prototipe dari alat ini akan diuji cobakan pada
mesin bensin 1300cc injeksi yang digunakan pada prototipe kendaraan perkotaan
yang dihasilkan dari penelitian hibah kompetensi DP2M-DIKTI.
1.2. Identifikasi masalah
Kajian awal penggunaan brown gas telah dilakukan untuk kendaraan bensin baik
yang menggunakan carburator maupun sistem injeksi menunjukan terjadikan
penghematan pemakaian bahan bakar yang cukup signifikan, peningkatan kinerja
dan perbaikan kualitas emisi. Peningkatan efisiensi yang signifikan tersebut belum
tentu optimal dikarenakan sistem elektrolisis yang masih belum efisien dengan sering
terikutnya uap air. Begitu juga sistem tersebut belum optimal karena belum
terkendalinya proporsi injeksi bahan bakar bensin dan brown gas yang disuply untuk
berbagai moda gerak dari kendaraan. Disamping itu masih perlu dilihat dampaknya
terhadap kemampuan dan ketahanan dari accu atau batery. Sistem awal yang
dirancang adalah mengambil tenaga listrik dari accu untuk melakukan proses
elektrolisis, dimana besar tenaga listriknya belum terkendali secara optimal sehingga
akan mungkin dapat mengurangi daya tahan accu. Pada dasarnya brown gas sendiri
secara 100% dapat menggerakan mesin kendaraan namun akan memerlukan tenaga
listrik yang besar dari accu. Untuk mengendalikan penggunaan brown gas dan
penyerapan daya listrik accu dan sekaligus mengendalikan secara otomatis kontribusi
brown gas dalam berbagai moda gerak kendaraan, maka diperlukan sistem
pengaturan suply dan pencampuran brown gas secara otomatis baik untuk mesin
dengan carburator maupun dengan injeksi. Proses produksi brown gas cukup
sederhana dari air dengan menggunakan tenaga listrik masih juga perlu dikaji dengan
lebih dalam pengaruh temperatur terhadap produksi brown gas agar penggunaan
tenaga listrik dari accu bisa seefisien mungkin dan kandungan uap air seminimal
mungkin atau ditiadakan. Dari Green Car Congress tahun 2006, dipresentasikan dan
di demontrasikan bahwa ternyata temperatur elektrolisis dapat mempercepat
prohuksi hydrogen. Dari acuan tersebut maka juga perlu dimanfaatkan panas mesin
yang terbuang untuk menjadi sumber panas dalam proses elektrolisis air. Karena
brown gas dapat meningkatkan kesempurnaan pembakaran dan meningkatkan nilai
kalor bahan bakar, maka untuk pemanfatan yang optimum masih perlu juga dikaji
moda-moda gerak kendaraan dimana diperlukan campuran brown gas yang berbedabeda untuk mendapatkan efisiensi yang optimal. Karena sebagian besar mesin
kendaraan saat ini dan masa depan adalah sistem injeksi, maka ”mixfuel managemen
system” yang akan dirancang adalah untuk mesin bensin sistem injeksi.
1.3. Rumusan masalah penelitian
Berdasarkan kajian masalah yang telah diuraikan diatas, maka permasalahan yang
akan dibahas adalah:
a. Bagaimana mengembangkan sistem elektrolisis air yang cepat dan efisien dengan
menggunakan tenaga listrik yang minimal dari accu dengan dibantu oleh panas
dari mesin sehingga uap air yang ikut seminimal mungkin atau tidak ada.
3

b. Bagaimana proporsi injeksi bensin dan suply brown gas untuk berbagai moda
gerak kendaraan dan bagaimana menggabungkan campuran dan proporsi brown
gas (tenaga listrik untuk elektrolisis) dengan injeksi bahan bakar bensin pada
berbagai moda gerak kendaraan untuk penghematan yang optimal dengan tanpa
merusak accu akibat beban yang besar.
c. Bagaimana merancang sistem kontrol yang dapat mengendalikan besarnya
injeksi bahan bakar dan besarnya arus untuk elektrolisis sesuai dengan yang
dengan yang diharapkan pada setiap moda gerak kendaraan agar mencapai
efisiensi yang optimal.
d. Bagaimana merancang dan menguji prototipe sistem suply mixfuel, brown gas
dan bensin pada mesin injeksi yang terkendali pada berbagai moda gerak
kendaraan.
1.4. Tujuan penelitian
Tujuan umum
Secara umum hasil utama yang diharapkan dari penelitian ini adalah suatu prototipe
sistem suply atau ”mixfuel management system” yang dapat mengatur suply dengan
proporsi yang optimal antara injeksi bahan bakar bensin dan brown gas dari hasil
elektrolisis sehingga dapat meminimalkan konsumsi bahan bakar dengan tidak
mengurangi bahkan dapat meningkatkan kinerja torsi dan tenaga mesin bensin
dengan sistem injeksi.
Tujuan khusus dan target luaran
Untuk mencapai hasil final yang diuraikan sebagai tujuan umum dari penelitian ini
maka ada beberapa hasil khusus sebagai suatu elemen utama dari tujuan umum itu
yang harus dicapai yaitu seperti diuraikan berikut ini. Disamping itu juga akan
dihasilkan luaran khusus yang juga menjadi target dari penelitian ini yaitu seperti
diuraikan dibawah ini.
a. Menghasilkan sistem elektrolisis air yang efisien sebagai campuran bahan bakar
pada mesis bensin dengan menggunakan tenaga accu yang minimal dengan
dibantu panas buangan dari mesin.
b. Menghasilkan karakteristik campuran yang efisien antara bahan bakar dengan
brown gas pada setiap moda gerak kendaraan dengan mesin bensin injeksi.
c. Menghasilkan suatu sistem kontrol yang cepat dan akurat untuk mengendalikan
proporsi campuran bahan bakar dengan brown gas agar tercapai efiensi dan
peningkatan kinerja mesin yang optimum.
d. Menghasilkan makalah ilmiah di jurnal nasional terakreditasi dengan rencana
judul: ”Mixfuel Managemen System dengan Pengendali Cerdas injeksi bensin
dan elektrolisis Brown gas untuk peningkatan efisiensi dan kinerja mesin bensin
injeksi”.
e. Menghasilkan draft buku dengan judul: ”Teknologi Otomotif, Engine-Electronic
Fuel Control-Emisi.
f. Thesis dari mahasiswa S2 dengan judul: ”Optimalisasi Injeksi Hydrogen dan Air
pada Peningkatan Performa Kendaraan Bermotor”.

4

1.5. Kontribusi dan manfaat penelitian
Dengan tujuan dan target keluaran seperti yang diuraikan diatas, maka penelitian ini
dapat memberi manfaat dan kontribusi sebagai berikut.
a. Berkontribusi dengan menghasilkan ”mixfuel manajement system” antara injeksi
bahan bakar dan suply brown gas yang baru lebih efisien dan terkendali untuk
berbagai moda gerak kendaraan.
b. Bermanfaat karena dapat menghemat pemakaian bahan bakar yang cukup
signifikan dan meningkatkan kualitas emisi sehingga dapat mengurangi polusi
udara akibat emisi gas buang kendaraan.
c. Bermanfaat karena dapat meningkatkan kualitas thesis dan menumbuhkan iklim
riset antar dosen dan mahasiswa.
d. Bermanfaat karena akan menghasilkan makalah ilmiah di jurnal terakreditasi
yang dapat meningkatkan reputasi perguruan tinggi.
e. Bermanfaat karena menghasilkan buku Teknologi Otomotif yang secara detail
menguraikan teknologi engine serta perkembanganya sampai saat ini yang
meliputi segala model fuel management system, ignition system, dan
pengendalian emisi.
LINGKUP PENELITIAN

I.

2.1 Sistem elektrolisis air
Proses elektrolisis air adalah menguraikan H2O menjadi H dan O2 dengan bantuan
elektroda yang diberi tegangan listrik. Faktor yang mempengaruhi elektrolisis antara lain
adalah:
1. Energi Penguraian air
Secara konvensional diperlukan energi sebesar 237,13 kJ untuk menghasilkan 1
mol hydrogen (H2) atau 2 g H2 =22,4 liter H2, sehingga untuk membuat 1kg H2
diperlukan 32,935 kWh (Archer Energy System, Inc.) 1kg H2 setara dengan energi 1
galon gasoline. Pada laporan eksperimen Global Hydrogen Inc. disebutkan 4 kg
hidrogen mampu menggerakkan kendaraan sejauh 270 mil
2. Penggunaan Katalisator
Katalisator misalnya KOH, H2SO4 dan lain-lain berfungsi mempermudah proses
penguraian air menjadi hidrogen dan oksigen karena ion-ion katalisator mampu
mempengaruhi kesetabilan molekul air menjadi menjadi ion H dan OH yang lebih
mudah di elektrolisis. Dengan kata lain energi untuk menguraikan air menjadi lebih
rendah. Tampak pada grafik dibawah ini bahwa konduktifitas listrik tertinggi sekitar

5

27 % dan dapat diuji dengan hidrometer batrei yang harus mempunyai spesifik grafity
1,1.

Gambar 2.1 hubungan konsentrasi katalis KOH dan konduktifitas listrik (Pyle dkk)
3. Penggunaan energi panas
Pada pengoperasian elektrolisis dengan suhu 830oC, mampu memproduksi 177
liter hidrogen setiap jam dibandingkan dengan secara konvensional yang hanya 22,4
liter per jam, dengan energi listrik yang sama (Green Car Congress). Dengan densitas
arus yang rendah dan temperatur yang tinggi akan diperoleh prosentase gas lebih
besar seperti ditunjukkan pada grafik berikut.

Gambar 2.2 grafik prosentase gas elektrolisis pada beberapa tingkatan suhu
4. Frekuensi resonansi

6

Material yang dioperasikan pada frekuensi yang sama dengan frekuensi natural
material tersebut akan lebih cepat rusak karena beresonansi. Demikian juga yang
dialami air jika diberikan frekuensi tertentu (pada percobaan Stanley Meyer frekuensi
yang dipakai adalah 43430 Hz dan 143762 Hz) mampu menguraikan air dengan
energi listrik yang lebih rendah.
5. Tegangan dan arus elektrolisis
Besar tegangan dan arus listrik berbanding lurus dengan banyak gas yang
dihasilkan, karena terkait dengan kesetimbangan energi dalam proses elektrolisis.
Dengan efisiensi 100 % diperlukan 3 kWh setiap meter kubik hidrogen pada
temperatur 20oC. Efisiensi 100 % diperoleh jika tegangan antar elektroda sebesar 1,23
Volt, sedangkan tegangan selebihnya adalah terbuang sebagai panas. Pada umumnya
elektroda yang dipakai seperti platinum dan stainless steel mempunyai resistansi
sehingga tegangan yang harus diberikan lebih dari 1,48 Volt. Intensitas arus pada
elektroda adalah sebesar 0,4 A/cm2, jika intensitas dinaikkan akan memberi peluang
korosi pada elektroda.

Gambar 2.3 grafik hubungan antara tegangan dan efisiensi (Robert)

7

Gambar 2.4 Grafik Hubungan antara elektroda dan tegangan sel elektrolisis
6. Fluida elektrolisis
Dalam produksi gas hydrogen, elektolisis methanol lebih hemat listrik dari pada
elektrolisis metana (gas alam) sedangkan elektrolisis metana lebih hemat listrik dari pada
elektrolisis air.
Alkalin sering dipakai sebagai elektrolit yaitu larutan potasium hidroksida (KOH) dengan
komposisi 20 – 30 wt% yang memberikan koduktifitas optimal dan tidak menimbulkan
korosi pada elektroda stainless steel. Temperatur dan tekanan operasional dari
elektrolosis tersebut adalah 70 – 100oC dan 1 – 3 bar. Reaksi kimia pada proses
elektroliser alkalin ditunjukkan sebagai berikut.
Pada elektroda katoda: 4 H 2 O  4e   2 H 2  4OH 
Pada elektroda anoda: 4OH   O 2  4e   2 H 2 O
Reaksi keseluruhan: 2 H 2 O  2 H 2  O 2

8

Gambar 2.5 proses elektrolisa air

Terdapat beberapa losses tegangan pada elektrolisis yaitu losses aktivasi, losses ohmik
dan losses concentrasi. Losses aktivasi berkaitan dengan laju reaksi pada permukaan
elektroda yang besarnya adalah:
Vaktivasi 

R T
I
 ln
2a F
Io

Dimana: R = konstanta gas = 8.3145 J/K.mol, T adalah temperatur dalam oK dan F
adalah konstanta Faraday yaitu 96484 C/mol, a adalah kefisien transfer muatan besarnya
antara 0 dan 1 tergantung material elektroda. I adalah arus yang digunakan dalam Amper
sedangkan Io adalah arus perukaran dengan batas ambang 100 mA.

9

Gambar 2.6 Losses aktifasi

Losses Ohmic disebabkan oleh resistansi kabel dan elektroda yang besarnya adalah
Vohmic  I  Ri , dengan I adalah arus (A) dan Ri adalah resistansi ().
Losses konsentrasi didefinisikan sebagai Vconsentrasi 

R  T   I
ln 1  
2  F   I L


  , dalam hal ini IL



adalah arus batas maksimum sebesar1A.

Gambar 2.7 Losses konsentrasi

Sehingga tegangan keseluruhan dari elektrolisis didefinisikan sebagai:
Vin - Vaktifasi - Vohmic - Vkonsentrasi = V

10

2.2 Injeksi gas hasil elektrolisis air pada mesin kendaran
Kualitas pembakaran dapat ditingkatkan dengan injeksi hidrogen dan oksigen
yang diperoleh dari elektrolisi air. Hasil elektrolisis disalurkan pipa menuju saluran
masuk karburator atau saluran keluar dari filter udara seperti tampak pada gambar
dibawah ini.

Gambar 2.8 Instalasi sistem brown gas (Ozzie)
Fungsi pokok suplemen hidrogen adalah meningkatkan tingkat pembakaran yang
mendekati sempurna, sehingga boleh dikatakan tidak ada sisa. Efek dari hal ini adalah
peningkatan pada tenaga yang sangat terasakan. Selanjutnya mesin terasa lebih halus dan
gas buangnya bersih, CO2 nya rendah, malah menghasilkan oxigen. Maka tidak bau
menyengat lagi, lembab basah, tidak panas dan bahan bakar akan irit. Air pun sangat
berguna untuk merawat mesin kendaraan/jenset dengan cara yang murah dan mudah.

11

Gambar 2.9 reaktor / sel elektrolisis (Ozzie)
Jika dipasang elektroda dengan daya listrik 1,5 Amper, paling tidak akan meningkat 10
%. Percobaan di jenset dengan 2 Amper meningkat 15%. Cara meningkatkan arus listrik
dengan menambah katalisnya, KOH atau Soda Kue, paling tinggi 10 Amper Alasannya,
supaya tidak terlalu membebani aki
Dalam proses elektrolisis air, terbentuknya gas HHO adalah karena adanya kombinasi
tiga factor:


Arus listrik searah yang mengalir ke elektroda



Katalis yang mempercepat reaksi



Tekanan udara yang ditimbulkan mesin

Dalam proses elektrolisis dengan arus yang besar dapat menimbulkan panas sehingga
keluran gas mengandung uap air. Air tersebut dapat mengganggu proses pembakaran bila
dalam saluran pipa atau selang mengalami kondensasi. Oleh karena itu diperlukan elemen
pemanas yang menyalurkan panas dari radiator ke saluan Brown gas seperti tampak pada
gambar berikut.

12

Gambar 2.10 Elemen pemanas yang dipasang pada saluran radiator (Ozzie)
2.3 Injeksi Hidrogen dengan plasma reformer
Analisis dari penggunaan bahan bakar dengan diperkaya hidrogen pada kendaraan
bermotor memperlihatkan perbedaan karakteristik emisi gas buang, diantaranya:


NOx turun 34%



HC turun 4,08%



CO meningkat

Kadar CO meningkat karena pengayaan hidrogen menggunakan metode plasmacatalyst reforming, dimana hidrogen diproduksi dari gas C4H10 yang menghasilkan gas H2
dan CO, seperti tampak pada gambar berikut.

Gambar 2.11 Sistem injeksi hidrogen dan model pengujiannya

13

Dilaporkan juga mengenai peningkatan efisiensi termal hingga 14% dan pada proses
pembakaran lean emisi NOx mampu dikurangi hingga 95%. Pada penelitian
Mohammadi, investigasi karakteristik mesin konvensional dengan penambahan injeksi
hidrogen mampu menghilangkan knocking dan backfiring

Temperatur autoignition yang
tinggi

dari

menunjukkan

hidrogen
bahwa

(858

K)

hidrogen

paling sesuai sebagai bahan bakar
untuk mesin spark ignition (SI)
seperti terlihat pada tabel disamping.

Preignition

didefinisikan

sebagai

pembakaran dini yang secara umum
akibat ignitasi permukaan hot spots mesin misalnya spark electrode, katup atau deposit
mesin. Knock atau spark knock didefinisikan sebagai pengapian sendiri / autoignition
mendahului pengapian busi / spark. Temperatur autoignition yang tinggi dari campuran
hidrogen-udara mengindikasikan knock pada bahan bakar hidrogen lebih kecil dari pada
bahan bakar gasoline (bilangan oktan / RON hidrogen > 120 dibandingkan dengan
gasoline yang hanya 91 – 99). Knock dapat dikendalikan dengan pengaturan spark
timing. Pemberian hidrogen dapat memberikan efek ultra lean combution dengan
tempertur pembakaran yang lebih rendah dan efektif menekan emisi NOx.
Bilangan oktan yang tinggi dan batas lean-pengapian rendah dari hidrogen adalah
faktor dari efesiensi termal yang tinggi. Simulasi siklus menunjukkan hasil optimasi dari
model menampilkan grafik log(P)-log(T) pada gambar berikut memvisualisasikan
batasan operasi mesin.

14

Gambar 2.12 Simulasi siklus optimasi dalam log(P)-log(T)
Untuk menghindari knock campuran bahan bakar-udara tidak ditekan pada kondisi
tekanan-temperatur garis turun sebelah kanan. Batas akhir garis puncak carghetemperature dipilih untuk mengendalikan emisi NOx.
Beberapa perbandingan karakteristik hidrogen dengan bensin ditunjukkan oleh
tabel dan grafikberikut ini.
Tabel propertis dari hidrogen dan bensin

15

Gambar 2.13 Grafik kecepatan dan brake power

Gambar 2.14 Grafik kecepatan terhadap efisiensi termal

Gambar 2.15 Grafik kecepatan terhadap temperatur gas buang

16

Gambar 2.16 Grafik kecepatan terhadap emisi NOx

Gambar 2.17 Grafik kecepatan terhadap emisi CO

Gambar 2.18 Grafik kecepatan terhadap emisi Hidro Carbon

17

2.7 Rasio Bahan Bakar- Udara
Mesin bahan bakar bensin akan mempunyai daya terbesar pada rasio A/F udara
(air) dan bahan bakar (fuel) 12 sampai 12,5. Permasalahannya adalah bahwa pada kondisi
rasio A/F lean (kearah miskin bahan bakar) mempunyai kecenderungan terjadi
pembakaran dini (preignition). Hal inilah yang menyebabkan banyak mesin diseting pada
rasio A/F sekitar 11,5. Pada rasio tersebut 10 – 15 % bahan bakar ekstra ditambahkan
untuk mendinginkan silinder dan mencegah preignition. Bahan bakar ini tidak ikut
terbakar dan dikeluarkan melalui gas buang sehingga emisi HC menjadi tinggi. Rasio A/F
mempunyai nilai ekonomi tinggi jika pada kondisi 16 dibanding 1. Pada kondisi ini
efeknya adalah kenaikan temperatur yang tinggi yang dapat membahayakan mesin dan
memicu terbentukkan ikatan gas NOx. Untuk menggabungkan antara kebutuhan daya
mesin dan nilai ekonomis dipilih nilai lamda () sama dengan 1 yaitu perbandingan udara
dan bahan bakar 14,7 dibanding 1.

Gambar 2.21 Hubungan rasio bahan bakar terhadap emisi gas buang

18

BIODATA KETUA DAN ANGGOTA TIM

19

Sponsor Documents

Or use your account on DocShare.tips

Hide

Forgot your password?

Or register your new account on DocShare.tips

Hide

Lost your password? Please enter your email address. You will receive a link to create a new password.

Back to log-in

Close