SIMULASI CFD PADA PEMBAKARAN PREXIMED BERBAHAN BAKAR BENSIN DAN GASOHOL ABSTRACT

POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1

Maret 2015

SIMULASI CFD PADA PEMBAKARAN PREXIMED BERBAHAN BAKAR BENSIN DAN GASOHOL 1)

Taufiq Hidayat, 2)Sutrisno

UNU Surakarta, Jl. Dr. Wahidin 05/VI Surakarta 57141. Telp. / Fax 0271 717954 E-mail: [email protected]; [email protected]

ABSTRACT CFD simulation study of combustion with fuel gasohol with variations in the amount of pressure, lambda and fuel (E0; E25; E50 and gasoline) The objectives of the study is to compare the CFD on fuel consumption with several variables. (Validation). The method used is simulated by using CFD program are: to find data / engine specifications, making 2D gambit, with fluent simulation, the results of the study (vector, Countur), discussion and kesimmpulan. The results of the simulation of combustion are: Simulation CFD software FLUENT with the help of very useful to explain the details of the phenomenon of premixed combustion of gasoline and gasohol (E25 and E50) both the combustion process and the composition of the gases of combustion. The higher the ethanol content of scale degrees the temperature gets down. Increasingly lambda increases, CO2 and H2O content will also increase. Fuel type E25 still qualify E0 replacement with no need of conditioning machine. Kata Kunci: CFD, Gasohol, Pembakaran, Tekanan, Lamda(γ) PENDAHULUAN Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya adalah sektor transportasi. Minyak bumi adalah jenis bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka perlu dilakukan cara untuk mencari solusi penggantinya. Salah satu sumber energi terbarukan yang sangat melimpah di Indonesia adalah antara Aplikasi alat bantu uji …

lain biodiesel dari tanaman jarak pagar, kelapa sawit maupun kedelai atau methanol dan ethanol dari biomassa, tebu, jagung, dll. Salah satu sumber penggerak yang sangat vital keberadaannya adalah mesin, khususnya mesin sumber tenaga dari alat transportasi. Ada beberapa hal yang mempengaruhi unjuk kerja mesin bensin, antara lain besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bensin 22


Maret 2015

sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan udara mesin akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada mesin dan berpotensi menurunkan daya mesin, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen mesin. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition). Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik. Bebarapa karakteristik bahan bakar yang dapat mempengaruhi kerja mesin bensin adalah bilangan oktan, nilai kalor, volatility, panas laten penguapan, emisi gas buang Salah satu bahan bakar jenis terbarukan yang mulai digalakkan adalah bahan bakar jenis etanol. Ethanol yang sering disebut juga dengan etil alkohol, bersifat cair pada temperatur kamar. Ethanol dapat dibuat dari proses pemasakan, fermentasi dan distilasi beberapa jenis tanaman seperti tebu, jagung, singkong atau tanaman lain yang kandungan karbohidatnya tinggi. Bahkan dalam beberapa penelitian ternyata ethanol juga dapat dibuat dari selulosa atau limbah hasil pertanian (biomassa). Sehingga ethanol memiliki potensi cukup cerah sebagai pengganti bensin.

Jenis bahan bakar yang mulai menjadi tren adalah campuran bahan bakar etanol (C2H5OH)dan gasoline (C8H18). Pemakaian ethanol murni secara langsung pada mesin bensin akan sulit karena diperlukan banyak modifikasi. Pada temperatur rendah ethanol akan sulit terbakar, sehingga dengan ethanol murni mesin akan sulit starting. Pencampuran ethanol dengan bensin akan mempermudah starting pada temperatur rendah. Sifat ethanol murni yang korosif dapat merusak komponen mesin seperti alumunium, karet , timah, plastik dll. Mencampur ethanol dengan bensin akan menghasilkan gasohol. Komposisi campuran dapat bervariasi. Selama ini pabrikan mobil Ford telah mengembangkan mobil berbahan bakar ethanol mulai dari E20 sampai E85, E20 berarti 20% ethanol dan 80% bensin. Keuntungan dari pencampuran ini adalah bahwa ethanol cenderung akan menaikkan bilangan oktan dan mengurangi emisi CO2. Berdasarkan penelitian B2TP BPPT gasohol dengan porsi bioethanol hingga 20% bisa langsung digunakan pada mesin otomotif tanpa menimbulkan masalah teknis dan sangat ramah lingkungan. Kadar C dari hasil uji pada rpm 2500 untuk gasohol 20% tercatat 0.76% CO, sedangkan premium 3.66% dan pertamax 2.85. bahan bakar gasohol (etanol – bensin) dapat dikelompokan: (Ellen Shapiro, 2006) - High level blends (E85) - Low level blends (E6, E10) - Other concentrations (e.g., E20, E30) Satu hal yang harus diteliti lagi adalah pada kondisi tertentu

Aplikasi alat bantu uji …

23


Maret 2015

bensin agak sulit bercampur dengan ethanol karena molekul ethanol yang bersifat polar akan sulit tercampur secara merata dengan bensin yang bersifat non polar terutama dalam kondisi cair. Dan ethanol juga cenderung menyerap air yang juga bersifat polar. Karakteristik dari etanol adalah berupa cairan tidak berwarna, mempunyai bau yang khas, mudah menguap, mudah larut dalam air, berat molekul 46.1,membeku pada suhu -117.30C, kerapatannya0.789 pada suhu 200C, nilai kalor 7077 kal/gram, panas latent penguapan 204 kal/gram, nilai oktannya 91-117. (A. Rahman, 1992) Mesin yang berbahan bakar alkohol secara teoritis akan memiliki unjuk kerja yang lebih tinggi atau minimal sama dengan yang berbahan bakar bensin. Hal ini disebabkan karena ethanol memiliki bilangan oktan yang lebih tinggi sehingga memungkinkan penggunaan rasio kompresi yang lebih tinggi pada mesin Otto. Korelasi antara efisiensi dengan rasio kompresi berimplikasi pada fakta bahwa bahwa mesin Otto berbahan bakar ethanol (sebagian atau seluruhnya ) memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar bensin (Yuksel dkk, 2004), (Al-Baghdadi, 2003). Untuk rasio campuran ethanol :bensin mencapai 60:40 tercatat peningkatan efisiensi hingga 10% ( Yuksel dkk, 2004). Tingkat keekonomisan suatu bahan bakar secara langsung tergantung dari seberapa kaya campuran udara bahan bakarnya dan hal ini tergantung dari seberapa besar ukuran main jet pada karburator .

Ethanol memerlukan campuran yang lebih kaya daripada bensin, tetapi karena bilangan oktannya yang lebih tinggi maka pembakaran ethanol lebih efisien. Untuk mengetahui secara detail tingkat keekonomisan ethanol jika dibandingkan dengan bensin tentunya diperlukan kajian dan penelitian yang lebih mendalam. Dari penelitian B2TP BPPT konsumsi bahan bakar dengan menggunakan gasohol 20% angkanya mecapai 23.25 gr/jam, sedangkan pada premium mencapai 23 gr/jam dan pertamax 20.57 gr/jam. berbahan bakar bensin waktu penyalaan adalah 8-10° sebelum TMA, karena ethanol memiliki bilangan oktan lebih tinggi maka ignition timing dapat dimajukan. Pengkondisian yang perlu dilakukan pada engine adalah apabila mesin mempergunakan karburator maka spuyer-spuyer perlu dikondisikan selain itu juga pada besaran kompresi perlu ditingkatkan, demikian juga pada mesin yang mempergunakan nosel, misal mesin EFI.


TINJAUAN PUSTAKA Andi Mangkau, dkk, (2010), melakukan penelitian dengan judul “Analisis Penggunaan Gasohol dari Limbah Kulit Pisang Terhadap Prestasi Mesin Motor Bakar Bensin”, disimpulkan penguapan bahan bakar akan semakin menurun dengan melakukan pencampuran, Daya efektif yang dicapai oleh mesin mengalami peningkatan dengan nilai maksimum sebesar 17,347 kW yang terjadi dalam kondisiv konsumsi bahan bakar spesifik mengalami peningkatan dengan nilai maksimum sebesar 24


Maret 2015

0,331 kg/kWh yang terjadi dalam kondisi pembukaan throtle 60% pada putaran 2100 rpm dengan penggunaan pencampuran 90% premium + 10% ethanol. Atok Setiyawan, (2007), melakukan penelitian dengan judul “ Pengaruh Ignition Timing Dan Compression Ratio Terhadap Unjuk Kerja dan Emisi Gas Buang Motor BENSIN Berbahan Bakar Campuran Etanol 85% dan Premium 15% (e85), didapat hasil Pemajuan ignition timing dan peningkatan compression ratio dapat meningkatkan unjuk kerja motor bensin berbahan bakar E-85 bila dibandingkan dengan kondisi standar, meskipun masih dibawah unjuk kerja premium. Ignition timing terbaik dicapai pada 30_ BTDC sedangkan compressio ratio tercapai pada kondisi maksimum, yaitu 10,2:1. Berdasarkan variasi ignition timing dan compression ratio yang diteliti, hasil peneletian menunjukkan bahwa menentukan igntion timing yang tepat dapat memberikan perbaikkan unjuk kerja motor bensin secara signifikan dibandingkan dengan compression ratio. Yu-Liang Chen, dkk., (2010) melakukan penelitian dengan judul : “ Effects Of Ethanol– Gasoline Blends On Engine Performance And Exhaust Emissions In Motorcycle” hasil dari penelitiannya didapat: Sepeda Motor memberikan pelayanan jasa transportasi dan merupakan bagian penting dari emisi polutan udara di Taiwan. Untuk mengurangi jumlah polusi udara, desain baru kendaraan, seperti pengisian bahan bakar elektronik (EFI) mesin atau menggunakan bahan bakar alternatif

adalah kebutuhan untuk belajar. Dalam studi ini, dengan menggunakan etanol sebagai bahan bakar alternatif dalam mesin sepeda motor diselidiki dalam aspek analisis emisi dan kinerja mesin. Pengaruh campuran ethanol-bensin pada kriteria polutan udara emisi diselidiki dalam mesin sepeda motor empat-stroke dengan karburator asli. etanol dicampur dengan bensin tanpa timbel di tujuh persentase (3, 5, 10, 15, 20, 25 dan 30% v / v). Secara umum, output mesin, emisi gas buang CO dan NOx menurun dengan meningkatnya kandungan etanol dalam bahan bakar. Etanol campuran bensin-tinggi rasio (> 20%) menghasilkan pengurangan emisi lebih kecil dibandingkan rasio campuran rendah (<15%). Hal ini mungkin disebabkan perubahan dalam kondisi pembakaran di mesin karburator. Selain itu, jumlah konsentrasi aerosol menurun sebagai kadar etanol meningkat, konsentrasi jumlah berkurang 65 ~ 90% dan konsentrasi massa berkurang 20 ~ 85%. D.P. Gardiner, dkk., (2010) dalam penelitiannya dengan judul: “An Experimental and Modeling Study of the Flammability of Fuel Tank Headspace Vapors from Ethanol/Gasoline Fuels”, dari hasil penelitiannya dapat disimpulkan 1. Sampel E85 yang diuji memiliki nilai tekanan uap di bawah spesifikasi minimal Kelas 3 ASTM D 5798-09. Jenis ini adalah salah satu bahan bakar yang menghasilkan uap mudah terbakar selama rentang suhu seluruh Kelas 3 (-5 º C dan di bawahnya).


25


Maret 2015

2. Dua campuran etanol menengah (E20 dan E30) yang telah diuji hasil yang didapat tidak ada perbedaan yang signifikan dapat diukur antara batas uap mudah terbakar. Thummarat Thummadetsak, (2009), artikel hasil penelitian yang disampaikan disimposium dengan judul: “ Effects of E10, E20 and E30 on Evaporative Emission For Light Duty Gasoline Passenger Cars in Thailand” dapat disimpulkan bahwa: 1. HSL dan DBL secara keseluruhan meberikan kontribusi emisi adalah 10%/90% sesuai dengan kondisi pengujian. 2. Semua model mobil yang dipilih baru (A, B dan C), mobil E20 diThailand, menunjukkan total emisi menguapkan (HSL+DBL) berada dalam batas EURO3 (<2g/test). 3. Permeation fraksi etano l dalam bahan bakar bensin melalui sistem bahan bakar yang terbuat dari karet mungkin memainkan peran kunci peningkatan emisi penguapan. Hanaa B. Hassan, (2009), dalam penelitiannya dengan judul:” Electro - Oxidation of Ethanol and Propanol at Pt and Ti Modified Nanoparticle Substrates for Direct Alcohol Fuel Cells (DAFCs)”, dari hasil penelitiannya dapat disimpulkan bahwa ditemukan, sifat substrat secara signifikan mempengaruhi kinerja katalis disiapkan menuju elektro-oksidasi alkohol yang berbeda. Dengan demikian, Pt substrat yang diubah menampilkan peningkatkan aktivitas katalitik dan stabilitas yang lebih tinggi terhadap oksidasi alkoholelektro dibandingkan dengan Ti

dimodifikasi substrat. Steady negara Tafel plot percobaan menunjukkan tingkat halus dan lebih tinggi dari alkohol oksidasi pada substrat Pt dimodifikasi dari itu pada Ti dimodifikasi. Tinggi anodik lereng Tafe l> 200 untuk 1-propanol dan 2elektro oksidasi propanol diperoleh pada substrat diubah Ti menunjukkan kompleksitas dari reaksi oksidasipadaseperti elektroda. Dan Cordon, (2002),Catalytic Igniter to Support Combustion of Ethanol-Water/Air Mixtures in Internal Combustion Engines”, dapat disimpulkan campuran ethanol-water/air Lean memiliki potensi untuk mengurangi emisi NOx dan CO dalam pembakaran internal mesin. Membakar campuran semacam itu tidak mungkin dengan sumber pengapian konvensional. Sebuah ide solusi peningkatkan katalitik sumber pengapian sedang dikembangkan untuk membantu dalam pembakaran etanol berair. Prinsip kerjanya adalah muatan pengapian kompresi homogen dalam katalitik pra-ruang, diikuti dengan penyalaan di ruang utama. Dalam sistem ini, waktu pengapian bisa disesuaikan dengan mengubah panjang inti katalitik elemen, panjang ruang-pra, diameter ruangpra, dan kekuatan listrik dipasok untuk katalitik elemen inti. Sebuah energi multi-zona model neraca telah dikembangkan untuk mengatur waktu pengapian campuran etanolair. Model perkiraan ini mempunyai nilai yang sama dengan tekanan versus besaran sudut engkol diperoleh 15 kW dari mesin diesel Yanmar dan saat dikonversi untuk operasi katalis pada etanolair bahan


26


Maret 2015

bakar. Membandingkan Yanmar dikonversi ke mesin lain menunjukkan peningkatan torsi dan tenaga, dengan perbaikan emisi CO dan NOx. emisi Hidrokarbon meningkat secara signifikan, tetapi terutama disebabkan oleh geometri piston tidak cocok untuk homogen biaya pembakaran. Mesin Masa Depan modifikasi memiliki potensi untuk menurunkan emisi sesuai dengan standar emisi, tanpa memerlukan perangkat eksternal emisi kontrol Jilin Lei, dkk., (......) “Performance and Emission Characteristics of Diesel Engine Fueled with Ethanol-diesel Blends in Different Altitude Regions”, hasil dari penelitiannya dapat disimpulkan bahwa dalam rangka untuk mengetahui pengaruh campuran etanol-diesel dan ketinggian pada kinerja dan emisi mesin diesel, perbandingan percobaan dilakukan di engine stand turbo-charged mesin diesel berbahan bakar solar murni (sebagai prototipe) dan campuran etanol-diesel (E10, E15, E20 dan E30) di bawah tekanan atmosfer yang berbeda (81kPa, 90kPa dan 100kPa). didapat bahwa rem setara dengan konsumsi bahan bakar spesifik (BSFC) campuran etanoldiesel lebih baik dari pada dibannndingkan dengan diesel saat tekanannya dibawah tekanan atmosfer yang berbeda.. Semua parameter emisi diesl yang dikondisikan pada tekanan 90 ~ 100kPa yang baik daripada pada tekanan 81 ~ 90kPa. Pada 81kPa, baik emisi CO dan HC meningkat pada saat kecepatan mesin meningkat dan beban pada penambahan etanol, sedangkan pada

90kPa dan 100kPa efek kecepatan mesin dan beban pada penggunaan etanol pada emisi HC dan CO sangat sedikit. Perubahan tekanan atmosfer dan proporsi campuran etanol tidak berpengaruh nyata pada emisi NOx dan NOx emisi campuran etanoldiesel memiliki sedikit penurunan skala kecil dibandingkan dengan prototipe yang paling bawah kondisi mesin. Ketika penurunan tekanan atmosfer di bawah 90kPa, campuran etanol-diesel memiliki luar biasa berpengaruh pada penurunan emisi jelaga. Sebaliknya, dalam hal bahwa tekanan atmosfer selesai 90kPa, pengaruh melemah. Namun demikian, penurunan emisi asap jelas dengan meningkatnya persentase etanol dalam campuran.


METODE PENYELESAIAN Pembakaran yang dipergunakan adalah pembakaran premixed, dengan bahan bakar bensin dan gasohol. Komposisi yang dipakai adalah E0, E25 dan E50 pada tekanan 2 dan 4 bar pada lambda 1, 1.2, 1.3. Simulasi yang dipergunakan adalah simulasi software CFD (Computational Fluid Dynamics) : Fluent 2D. Komposisi bahan bakar dianggap dalam dalam fasa yang homogen. Pembakaran dianggap secara adiabatic yang dilakukan dengan menggunakan metode PDF (probability density function), metode ini diambil karena untuk mengakurasi mixture antara bensin dan ethanol berdasar dari fungsi massa jenis bahan bakar pada proses dan hasil pembakaran. Simulasi ini akan didasarkan pada beberapa pemodelan diantaranya : 1. Kesetimbangan aliran fluida (massa dan momentum) turbulen 27


Maret 2015

3.

Persamaan energi

dimana dan adalah komponen kecepatan fluktuatif dalam arah , dan adalah tekanan dan massa jenis dari campuran (mixture), dan adalah viskositas. Dengan Enthalpi Total (H) : 2. Pemodelan turbulensi Pemodelan turbulensi yang digunakan dalam simulasi ini adalah Reynold Stress Model (RSM) : k – Ɛ, meskipun model ini terdapat banyak kekurangan apabila diterapkan pada pemodelan turbulensi yang kompleks, tetapi masih cukup akurat untuk dimodelkan pada simulasi pembakaran ini, juga model k – Ɛ tidak membutuhkan kemampuan komputasi yang tinggi.

dimana dengan

adalah viskositas fluida : ; dan adalah energi kinetic

(turbulen); adalah disipasi rata-rata dari ; adalah konstanta emperik. Sehingga dari persamaan diatas didapatkan transport adalah : dan transport

adalah :

Penyelesaian elesaian penelitian ini dengan mempergunakan beberapa kaidah yang mendasari proses pembakaran di ruang bakar. Aplikasi alat bantu uji …

4. Pemodelan Radiasi Pada simulasi pembakaran ini, pemodelan radisi digunakan, karena temperatur operasional preses dan hasil pembakaran diatas 400oK. Dan model radiasi P-1 dipilih Persamaan Numerik: Radiasi untuk permukaan pada ruang luar :

untuk permukaan pada ruang dalam berdasar faktor kemudahan aplikasi, kompatibilitas serta efisiensi penggunaan perangkat komputasi, secara umum persamaan matematisnya adalah : dimana dan adalah radiasi dari temperatur gas (pembakaran), adalah koefisien penyerapan gas, sehingga besar perpindahan panas radiasinya adalah : dengan adalah Energi panas radiasi, dan adalah konstanta Stefen-Boltzman.

28


Maret 2015

5. Pemodelan pencampuran bahan bakar (mixture) dan AFR Variasi bahan bakar yang digunakan dalam simulasi ini (reaksi stoichiometri) adalah : a. Bensin murni (C8H18), reaksi stoikiometri pembakarannya : C8H18 + 12,5O2 + 47N2  8CO2 + 9H2O + 47N2 b. Reaksi stoichiometri pembakaran pada bensin dan etanol

BAHAN

C2H5OH + C8H18 + 15,5O2 + 47N2  10CO2 + 12H2O + 47N2 Untuk: E25 ( Bensin (C8H18) = 75% & Ethanol (C2H5OH) = 25%) C2H5OH + 3C8H18 + 14.7,5O2 + 152,28N2  26CO2 + 30H2O + 152.28N2 Untuk E50 ( Bensin (C8H18) = 50% & Ethanol (C2H5OH) = 50%) C2H5OH + C8H18 + 15,5O2 + 58,28N2  10CO2 + 12H2O + 58,28N2

E 50

Besaran nilai rasio ekuivalen (λ) = 1, sehingga perbandingan kebutuhan udara untuk pembakaran bahan bakar : AFRAkt = ARFStoik λ = AFR Aktual AFR Stiokiomet ri

AFR =

Berat Molekul Udara Berat Molekul Bahan bakar

Sehingga nilai AFR untuk masingmasing variasi bahan bakar adalah :


Bensin

E 25

AFR stoich

14.7

14.23

13.39

AFR aktual λ =1 λ = 1.2 λ = 1.3 λ =1 λ = 1.2 λ = 1.3 λ =1 λ = 1.2 λ = 1.3

14.70 17.64 19.11 14.23 17.07 18.50 13.39 16.13 17.41

Tabel 1. Variasi AFR 6.

Rancangan Model Reaktor/Burner Parameter aliran serta geometri dan dimensi burner/reaktor : 1. Bahan bakar masuk kedalam burner dengan variasi tekanan 1 dan 2 bar; 2. Kondisi batas temperatur dinding diambil 600oK dan 4000K 3. Reaksi Pembakaran menggunakan metode PDF (probability density function); 4. Aliran udara dikondisikan supaya memenuhi kebutuhan AFR pada pembakaran bahan bakar yang divariasikan. 5. Inlet udara dibuat dua laluan atas bawah, sedangkan laluan BBM dibuat satu dan terletak ditengah. 6. Konstruksi dibuat dua ruang (pencampur dan pembakar)

29


Maret 2015

7. Profil dan dimensi burner seperti terlihat pada gambar

udara

(satuan dalam: mm)

BBM

R. Bakar 100

40

5 17.5

50

150 200

Gambar 1. Domain reaksi pembakaran (Burner)

HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penggunaan CFD untuk mengkondisikan AFR aktual agar didap λ yang diharapkan didapat: Tabel 2. Nilai kecepatan udara dan bbm masuk pada variasi AFR pada bahan bakar berbeda BAHAN

AFR stoich

Bensin

14.7

E 25

14.23

E 50

13.39

λ λ λ λ λ λ λ λ λ

AFR aktual = 1.0 14.70 = 1.2 17.64 = 1.3 19.11 = 1.0 14.23 = 1.2 17.07 = 1.3 18.50 = 1.0 13.39 = 1.2 16.13 = 1.3 17.41

V udara masuk 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s 20 m/s

V bbm masuk 1.870 m/s 1.550 m/s 1.440 m/s 2.580 m/s 2.100 m/s 1.985 m/s 3.340 m/s 2.850 m/s 2.640 m/s

Tabel 3. Hasil Simulasi Temperatur

λ 1.0 1.2 1.3

E0 2 bar 2420 2460 2470


4 Bar 2420 2460 2470

Temperatur (0K) E 25 2 bar 4 Bar 2390 2390 2370 2370 2330 2330

E 50 2 bar 1420 1790 1880

4 Bar 1420 1790 1880

30


Maret 2015

Hasil dari gambar 1 dan tabel 1 didapat bahwasannya suhu pengkondisian dinding pembakaran 400 dan 6000K mengakibatkan suhu pembakaran puncak pada masing masing kondisi λ dan tekanan adalah bahwasanya pada komposisi bahan yang sama dengan perubahan tekanan didapat hasil yang sama pula. Besaran suhu puncak adalah pada λ terbesar (1.3) sedangkan suhu pada jenis bahan bakar menunjukan bahwa E0 masih tertinggi

(2470K)diikuti E25 (2330K) dan E50 (1880K). Temperatur yang tertinggi menghasilkan energi terbesar kondisi sepertio ini sama seperti yang disampaiakan oleh andi mangkau [1]. Hasil temperatur yang besar berakibat pada kandungan gas buang yang semakin berkualitas (CO2 dan H2O) yang besar. Perbedaan temperatur antara E0 dan E25 menunjukan bahwa dari sisi temperatur E25masih layak dipakai sebagai pengganti E0.

Tabel 4. Tekanan Hasil Simulasi λ 1.0

1.2

1.3

E0 2 bar (- 0.0141) s/d 12500 (- 0.0140) s/d 12300 (- 0.0140) s/d 12200

4 Bar (- 0.0140) s/d 12500 (- 0.0140) s/d 13400 (- 0.0140) s/d 12200

Tekanan (P) E 25 2 bar 4 Bar (- 0.0142) (- 0.0142) s/d s/d 12500 12500 (- 0.0141) (- 0.0141) s/d s/d 12400 12400 (- 0.0141) (- 0.0141) s/d s/d 12300 12300

Hubungan antara besaran tekanan dengan tekanan yang dihasilkan dari proses pembakaran adalah berbanding terbalik dengan besaran temperatur. Bahan bakar jenis E0 terbesar pada lambda 1.2 dengan tekanan 13400 P. Untuk E25 terbesar pada lambda 1 sebesar

E 50 2 bar (- 0.0141) s/d 12400 (- 0.0142) s/d 12400 (- 0.0144) s/d 12400

4 Bar (- 0.0141) s/d 12400 (- 0.0144) s/d 12400 (- 0.0144) s/d 12400

12500 P, sedangkan E50 pada semua lambda dan tekanan sebesar 1400 P. . Besaran lambda tidak diikuti oleh besaran tekanan. Secara keseluruhan tekanan yang terbesar terjadi di E25 pada lambda 1.2 yaitu sebesar 13400 P.

Tabel 5. Besaran Nilai Turbulent Hasil Simulasi Λ 1.0

E0 2 bar 0.0021 – 502


4 Bar 0.0021 502

Turbulansi (M2/S2) E 25 2 bar 4 Bar 0.00399 0.00399 - 501 501

E 50 2 bar 4 Bar 0.00710 - 0.00714.92 492

31

POLITEKNOSAINS VOL. XIV NO. 1 1.2

0.042 – 506

0.00141 500

1.3

0.0424 – 505

0.0424 505

Maret 2015 0.00277 – 498 0.00236 497

Nilai besaran untuk turbulent didapat bahwa besaran turbulent terbesar terjadi pada E0 dengan lambda 1.3 sebesar 505 m2/s2. Besaran turbulen

0.00277 – 498 0.00236 497

0.00487 498

0.00487 498

0.00418 503

0.0041 503

ini dipengaruhi oleh suhu tertinggi dengan tekanan terendah.

yang yang

Tabel 6. Data kandungan Gas Hasil pembakaran Simulasi λ 1 1.2 1.3

Gas Buang CO2 H2O CO2 H2O CO2 H2O

E0 2 Bar 16.0700 7.4016 16.1360 7.4307 16.1378 7.4317

4 Bar 16.07260 7.40169 16.13567 7.43073 16.13777 7.43170

Tingkat perbandingan antara E0 dan E25 adalah mendekati kesetaraan artinya bahan bakaar jenis E25 bisa dipakai untuk menggantikan bahan bakar E0, sedangkan bahan bakar E50 terjadi penurunan nilai disemua besaran. Bahan bakar E50 harus dikondisikan agar supaya mendekati bahkan sama dengan E0 atau E25. Pengkondisian itu bisa dilakukan pada ruang bakar, perbandingan kompresi maupun proses pemasukan bahan bakar/sistem pengisian. Semakin tinggi nilai λ nilai CO2 maupun H2O juga semakin meningkat, pembakaran sempurna apabila gas hasil mempunyai nilai CO2 dan H2O tinggi. Pada E0 atau E25 harga tertinggo CO2: 16.1378; 14.63 dan H20: 7.4317; 6.737. Hal ini juga sama yang disampaikan oleh Don Gordon [7] bahwa penambahan etanol pada prosentase 25% masih mampu menekan CO dan HC. Pada lamda yang sama harga C02 dan Aplikasi alat bantu uji …

E25 2 Bar 4 Bar 15.70859 15.70859 7.23400 7.23404 15.51086 15.51086 7.14299 7.14299 14.62953 15.24801 6.73710 7.02194

E50 2 Bar 4 Bar 8.1390 8.1390 3.7481 3.7481 11.2880 11.2885 5.1900 5.1980 11.9260 11.9250 5.4920 5.4910

H2O dengan menaikan tekanan harga yang didapat pada gas juga meningkat. Kesimpulan dari analisa gas buang adalah bahwasanya E0 bisa digantikan dengan E25, nilai E semakin membesar atau lebih besar 25 maka pengkondisian mesin wajib dilakukan. Besaran hasil pembakaran sebesar prosentase gas hasil pembakaran berbanding lurus dengan mass friction. KESIMPULAN 1. Simulasi CFD dengan bantuan software Fluent sangat berguna untuk menjelaskan detail fenomena pembakaran premixed bensin dan gasohol (E25 dan E50) baik proses pembakaran maupun komposisi gas hasil pembakaran. 2. Semakin tinggi kandungan etanol besaran derajat suhu semakin turun 32


Maret 2015

3. Semakin lambda meningkat maka kandungan CO2 dan H2O juga akan meningkat 4. Bahan bakar jenis E25 masih memenuhi syarat pengganti E0 dengan tidak perlu pengkondisian mesin.

Light Duty Gasoline Passenger Cars in Thailand Researcher PTT Research & Technology Institute PTT Public Company Limited [email protected] Hanaa B. Hassan, dkk., (2009), “Electro-Oxidation of Ethanol and Propanol at Pt and Ti Modified”, Nanoparticle Substrates for Direct Alcohol Fuel Cells (DAFCs) The Open Electrochemistry Journal, 2009, 1, 19-27 L.D. Martins dan M.F. Andrade Emission Scenario Assessment of Gasohol Reformulation Proposals and Ethanol Use in the Metropolitan Area of São PauloThe Open Atmospheric Science Journal, 2008, 2, 166-175 Dan Cordon, dkk., (2002), “Catalytic Igniter to Support Combustion of EthanolWater/Air Mixtures in Internal Combustion Engines”, 02FFL46Copyright © 2002 Society of Automotive Engineers, Inc.

DAFTAR PUSTAKA Jilin Lei, dkk, (....),”Performance and Emission Characteristics of Diesel Engine Fueled with Ethanol-diesel Blends in Different Altitude Regions”, (Faculty of Transportation Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming650224, China Yu-Liang Chen, dkk., (2010), “ Effects Of Ethanol–Gasoline Blends On Engine Performance And Exhaust Emissions In Motorcycle”, Proceedings of the 5th International Symposium on Machinery and Mechatronics for Agriculture and Biosystems Engineering (ISMAB) D.P. Gardiner, dkk., (2010) “An Experimental and Modeling Study of the Flammability of Fuel Tank Headspace Vapors from Ethanol/Gasoline Fuels”, Subcontract Report NREL/SR-540-47819 2010 Thummarat Thummadetsak, (2010), Researcher PTT Research & Technology Institute PTT Public Company Limited [email protected] Effects of E10, E20 and E30 on Evaporative Emission For Aplikasi alat bantu uji …

33

SIMULASI CFD PADA PEMBAKARAN PREXIMED BERBAHAN BAKAR BENSIN DAN GASOHOL ABSTRACT

Recommend Documents