Minggu, 12 Juni 2011

Karakteristik High Speed Diesel ( HSD )

BAHAN BAKAR SOLAR
PENDAHULUAN
Bahan bakar solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi mentah bahan bakar ini berwarna kuning coklat yang jernih (Pertamina: 2005). Penggunaan solar pada umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin Diesel dengan putaran tinggi (di atas 1000 rpm), yang juga dapat digunakan sebagai bahan bakar pada pembakaran langsung dalam dapur-dapur kecil yang terutama diinginkan pembakaran yang bersih. Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel (Pertamina: 2005).

Mesin-mesin dengan putaran yang cepat (>1000 rpm) membutuhkan bahan bakar dengan karakteristik tertentu yang berbeda dengan minyak Diesel. Karakteristik yang diperlukan berhubungan dengan auto ignition (kemampuan menyala sendiri), kemudahan mengalir dalam saluran bahan bakar, kemampuan untuk teratomisasi, kemampuan lubrikasi, nilai kalor dan karakteristik lain.

Bahan bakar solar mempuyai sifat – sifat utama, yaitu :
a.       Tidak mempunyai warna atau hanya sedikit kekuningan dan berbau
b.      Encer dan tidak mudah menguap pada suhu normal
c.       Mempunyai titik nyala yang tinggi (40°C sampai 100°C)
d.      Terbakar secara spontan pada suhu 350°C
e.       Mempunyai berat jenis sekitar 0.82 – 0.86
f.       Mampu menimbulkan panas yang besar (10.500 kcal/kg)
g.      Mempunyai kandungan sulfur yang lebih besar daripada bensin

Spesifikasi Bahan Bakar Solar
No
Properties
Limit
Min
Max
1.
Sulphur content % wt
-
0.5
2.
Specific Gravity at 60/60°F
0.82
0.87
3.
Cetane Number
45
48
4.
Viscosity Kinematic at cSt
1.6
5.8
5.
Sulphur Content % wt
-
0.5
6.
Residu Carbon %wt (on 10% vol. bottom)
-
0.1
7.
Water content % vol
-
0.05
8.
Ash Content % wt
-
0.01
9.
Flash point P. M. c. c. °F
150
-
10.
Calorific value (kcal/kg)
10500
10667

Bahan bakar mesin diesel sebagian besar terdiri dari senyawa hidrokarbon dan senyawa nonhidrokarbon. Senyawa hidrokarbon yang dapat ditemukan dalam bahan bakar diesel antara lain parafinik, naftenik, olefin dan aromatik. Sedangkan untuk senyawa nonhidrokarbon terdiri dari senyawa yang mengandung unsur non logam, yaitu S, N, O dan unsur loga m seperti vanadium, nikel dan besi. ASTM mengklasifikasikan bahan bakar diesel menjadi tiga tingkatan, yaitu :
1.      Tingkat 1-D
Merupakan bahan bakar yang volatile untuk mesin dengan perubahan kecepatan dan loading yang berfrekuensi, misalnya untuk kendaraan bermotor.
1.      Tingkat 2-D
Merupakan bahan bakar dengan volatilitas lebih rendah untuk mesin industri, mesin kapal laut dan lokomotif.
1.      Tingkat 4-D
Bahan bakar dengan volatilitas lebih rendah untuk mesin berkecepatan rendah dan sedang.
Pada Tabel di bawah diberikan karakteristik bahan bakar untuk masing-masing tingkatan yang ditetapkan oleh ASTM. Untuk tingkat 1-D dan 2-D dicantumkan pula karakteristik bahan bakar untuk kandungan sulfur rendah. Standar bahan bakar pada Tabel 7 merupakan batas minimum yang dibutuhkan untuk menjamin kinerja yang memuaskan dari mesin diesel. Dapat dilihat pula bahwa semakin tinggi tingkatannya, temperatur distilasi akan semakin tinggi artinya volatilitas semakin rendah.
Penggolongan bahan bakar mesin diesel berdasarkan jenis putaran mesinnya, dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu:
1.      Automotive Diesel Oil ( ADO ), yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan kecepatan putaran mesin di atas 1000 rpm (rotation per minute). Bahan bakar jenis ini yang biasa disebut sebagai bahan bakar diesel. Biasanya digunakan untuk kendaraan bermotor.
2.      Industrial Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya digunakan untuk mesin-mesin industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak diesel.





Sifat
Jenis Minyak Diesel
Mesin Putaran Tinggi
Mesin Industri
Mesin Putaran Rendah dan Sedang
Angka Setane
≥ 40
≥ 40
≥ 30
Titik didih (°C)
288
282 - 338
-
Viskositas pada (38°mm²/s)
1.4 – 2.5
2.0 – 4.3
5.8 – 26.4
Titik nyala (°C)
≥ 38
≥ 52
≥ 55
Kadar sulfur (% berat)
≥ 0.5
≥ 0.5
≥ 0.2
Kadar air dan endapan (% volume)
≥ 0.05
≥ 0.05
≥ 0.5
Kadar abu (% berat)
≥ 0.01
≥ 0.01
≥ 0.1
Residu karbon dalam 10% residu destilasi (% massa)
≥ 0.15
≥ 0.35
-
Sumber : ASTM D-975, 1991
Mesin-mesin dengan putaran mesin yang cepat (>1000 rpm) membutuhkan bahan dengan karakteristik tertentu yang berbeda dengan minyak diesel. Karakteristik yang diperlukan berhubungan dengan auto ignition (kemampuan menyala sendiri), kemudaham mengalir dalam saluran bahan bakar, kemampuan untuk teratomisasi, kemampuan lubrikasi, nilai kalor dan karakteristik lain.
KARAKTERISTIK UMUM MINYAK DIESEL
Karakteristik yang umum perlu diketahui untuk menilai kinerja bahan bakar diesel antara lain viskositas, angka setana, berat jenis, titik tuang, nilai kalor pembakaran, volatilitas, kadar residu karbon, kadar air dan sedimen, indeks diesel, titik embun, kadar sulfur, dan titik nyala.
1. Viskositas
Viskositas adalah tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa kapiler terhadap gaya gravitasi, biasanya dinyatakan dalam waktu yang diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor. Viskositas yang lebih tingi akan membuat bahan bakar teratomisasi menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki kecenderungan untuk bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin. Hal ini menyebabkan pemadaman flame dan peningkatan deposit dan emisi mesin.
Bahan bakar dengan viskositas lebih rendah memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran, sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan atau lubrikasi dari bahan bakar. Viskositas yang relatif tinggi mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik. Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat.
2. Angka Setana
Angka setana menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk menyala sendiri (auto ignition). Skala untuk angka setana biasanya menggunakan referensi berupa campuran antara normal setana (C16H34) dengan alpha methyl naphtalene (C10H7CH3) atau dengan heptamethylnonane (C16H34). Normal setana memiliki angka setana 100, alpha methyl naphtalene memiliki angka setana 0, dan heptamethylnonane memiliki angka setana 15. Angka setana suatu bahan bakar biasanya didefinisikan sebagai persentase volume dari normal setana dengan
campurannya tersebut.
Angka setana yang tinggi menunjukkan bahwa bahan bakar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah, dan sebaliknya angka setana rendah menunjukkan bahan bakar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi. Penggunaan bahan bakar mesin diesel yang mempunyai angka setana yang tinggi dapat mencegah terjadinya knocking karena begitu bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder pembakaran maka bahan bakar akan langsung terbakar dan tidak terakumulasi.
3. Berat Jenis
Berat jenis menunjukkan perbandingan berat per satuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berat jenis bahan bakar diesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D287 atau ASTM D1298 dan mempunyai satuan kilogram per meter kubik (kg/m3).
4. Titik Tuang
Titik tuang adalah titik temperatur terendah dimana mulai terbentuk kristalkristal parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar. Titik tuang ini dipengaruhi oleh derajat ketidakjenuhan (angka iodium),semakin tinggi ketidakjenuhan maka titik tuang semakin rendah. Titik tuang juga dipengaruhi oleh panjang rantai karbon, semakin panjang rantai karbon maka semakin tinggi titik tuang. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metoda ASTM D97.
5. Nilai Kalor Pembakaran
Nilai kalor pembakaran menunjukkan energi kalor yang dikandung dalam tiap satuan massa bahan bakar. Nilai kalor dapat diukur dengan bomb kalorimeter kemudian dimasukkan dalam rumus :
Nilai Kalor (kcal/kg) = {8100 C + 3400 ( H – O/8)} : 100
Nilai kalor H, C, dan O dinyatakan dalam persentase berat setiap unsur yang terkandung dalam satu kilogram bahan bakar.
6. Volatilitas
Volatilitas adalah sifat kecenderungan bahan bakar untuk berubah fasa menjadi fasa uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang rendah menandakan tingginya volatilitas.
7. Kadar Residu Karbon
Kadar residu karbon menunjukkan kadar fraksi hidrokarbon yang mempunyai titik didih lebih tinggi dari range bahan bakar. Adanya fraksi hidrokarbon ini menyebabkan menumpuknya residu karbon dalam ruang pembakaran yang dapat mengurangi kinerja mesin. Pada temperatur tinggi deposit karbon ini dapat membara, sehingga menaikkan temperatur silinder pembakaran.
8. Kadar Air dan Sedimen
Pada negara yang mempunyai musim dingin kandungan air yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk kristal yang dapat menyumbat aliran bahan bakar. Selain itu, keberadaan air dapat menyebabkan korosi dan pertumbuhan mikro organisme yang juga dapat menyumbat aliran bahan bakar. Sedimen dapat menyebabkan penyumbatan juga dan kerusakan mesin.
9. Indeks Diesel
Indeks diesel adalah suatu parameter mutu penyalaan pada bahan bakar mesin diesel selain angka setana. Mutu penyalaan dari bahan bakar diesel dapat diartikan sebagai waktu yang diperlukan untuk bahan bakar agar dapat menyala di ruang pembakaran dan diukur setelah penyalaan terjadi. cara menentukkan indeks diesel dari suatu bahan bakar mesin diesel dapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :
Indeks Diesel = {Titik Anilin (oF) x API Gravity} : 100
Dari rumus di atas dapat diketahui bahwa nilai indeks diesel dipengaruhi oleh titik anilin dan berat jenisnya.
10. Titik Embun
Titik embun adalah suhu dimana mulai terlihatnya cahaya yang berwarna suram relatif terhadap cahaya sekitarnya pada permukaan minyak diesel dalam proses pendinginan. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metoda ASTM D97.
11. Kadar Sulfur
Kadar sulfur dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan pertama (straight-run) sangat bergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah. Pada umumnya, kadar sulfur dalam bahan bakar diesel adalah 50-60% dari kandungankandungan dalam minyak mentahnya. Kandungan sulfur yang berlebihan dalam bahan bakar diesel dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran dan dapat juga disebabkan karena keberadaan oksida belerang seperti SO2 dan SO3. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metode ASTM D1551.
12. Titik nyala ( flash point)
Titik nyala adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat menyala. Hal ini berkaitan dengan keamanan dalam penyimpanan dan penanganan bahan bakar.


ADITIF PENINGKAT ANGKA SETAN BAHAN BAKAR SOLAR
Penggunaan solar sebagai bahan bakar mesin diesel menghasilkan gas buang dengan kandungan NOx, SOx,hidrokarbon dan partikulat-partikulat. Gas buang yang dihasilkan oleh kendaraan di Indonesia masih berada diatas baku mutu yang ditetapkan oleh Pemerintah Indonesia. Emisi partikulat yang dikeluarkan oleh mesin diesel ini sangat berbahaya dibandingkan dengan emisi yang dikeluarkan oleh mesin berbahan bakar bensin. Hal ini disebabkan karena partikulat yang dikeluarkan oleh mesin diesel mempunyai kadar toksisitas relatifpaling tinggi, yaitu 106,7 dibandingkan dengan emisi CO yang memiliki toksisitas relatif=1[1]. Ukuran partikulat atau jelaga (PM-10) yang lebih kecil dari 10 μm yang menyebabkan mudah terhirup ke paru-paru bersama udara.
Untuk mengurangi laju polusi udara ini maka perlu dilakukan perbaikan pada mesin diesel dan bahan bakar solar. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi emisi gas buang seperti NOx, SOx, dan partikulat adalah dengan meningkatkan Cetane Number (CN) pada solar. CN yang tinggi berarti waktu tunda penyalaan lebih singkat. Bahan bakar diesel (solar) memiliki 3 jenis kategori, yaitu [2,3]:
1. Solar kategori I: memiliki CN minimum 48 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 5000 ppm.
2. Solar kategori II: memiliki CN minimum 52 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 300 ppm.
3. Solar kategori III: memiliki CN minimum 54 serta bebas kandungan sulfur.
Untuk meningkatkan CN dapat dilakukan dengan cara menambahkan aditif pada bahan bakar solar. Aditif bahan bakar solar yang telah diproduksi secara komersil adalah 2-Ethyl Hexyl Nitrate (2-EHN) [3]. 2-EHN adalah senyawa organik yang memiliki gugus nitrat pada ujung rantai karbonnya. 2-EHN digunakan karena tidak stabil secara termal dan terdekomposisi dengan cepat pada temperatur yang tinggi pada ruang pembakaran. Produk yang terdekomposisi membantu dimulainya pembakaran bahan bakar, dengan waktu penyalaan yang lebih pendek dibandingkan dengan bahan bakar tanpa aditif. Penambahan 2-EHN pada bahan bakar solar dengan dosis 0,05%-0,4% akan memberikan kenaikan CN sebesar 4-7.

EMISI GAS BUANG
Polusi udara oleh gas buang dan bunyi pembakaran motor Diesel merupakan gangguan terhadap lingkungan. Komponen-komponen gas buang yang membahayakan itu antara lain adalah asap hitam (angus), hidro karbon yang tidak terbakar (UHC), karbon monoksida (CO), oksida nitrogen (NO) dan NO2. NO dan NO2 biasa dinyatakan dengan NOx (W Arismunandar 2002 : 51). Namun jika dibandingkan dengan motor bensin, motor Diesel tidak banyak mengandung CO dan UHC. Disamping itu, kadar NO2 sangat rendah jika dibandingkan dengan NO. Jadi boleh dikatakan bahwa komponen utama gas buang motor Diesel yang membahayakan adalah NO dan asap hitam.

Selain dari komponen tersebut di atas beberapa hal berikut yang merupakan bahaya atau gangguan meskipun bersifat sementara. Asap putih yang terdiri atas kabut bahan bakar atau minyak pelumas yang terbentuk pada saat start dingin, asap biru yang terjadi karena adanya bahan bakar yang tidak terbakar atau tidak terbakar sempurna terutama pada periode pemanasan mesin atau pada beban rendah, serta bau yang kurang sedap merupakan bahaya yang menggangu lingkungan. Selanjutnya bahan bakar dengan kadar belerang yang tinggi sebaiknya tidak digunakan karena akan menyebabkan adanya SO2 di dalam gas buang.

Asap hitam membahayakan lingkungan karena mengeruhkan udara sehingga menggangu pandangan, tetapi juga karena adanya kemungkinan mengandung karsinogen. Motor Diesel yang mengeluarkan asap hitam yang sekalipun mengandung partikel karbon yang tidak terbakar tetapi bukan karbon monoksida (CO). Jika angus yang terjadi terlalu banyak, gas buang yang keluar dari mesin akan berwarna hitam dan mengotori udara.

Menurut Nakoela Soenarta (1995 : 39) faktor-faktor yang menyebabkan terbentuknya jelaga atau angus pada gas buang motor Diesel adalah :

a.       Konsentrasi oksigen sebagai gas pembakar kurang
b.      Bahan bakar yang disemprotkan ke dalam ruang bakar terlalu banyak
c.       Suhu di dalam ruang bakar terlalu tinggi
d.      Penguapan dan pencampuran bahan bakar dan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna
e.       Karbon tidak mempunyai cukup waktu untuk bedifusi supaya bergabung dengan oksigen

Terbentuknya karbon-karbon padat (angus) karena butir-butir bahan bakar yang terjadi saat penyemprotan terlalau besar atau beberapa butir terkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi. Hal tersebut disebabakan karena pemanasan udara pada temperatur yang terlalu tinggi sehingga penguapan dan pencampuran dengan udara tidak dapat berlangsung sempurna. Saat dimana terlalu banyak bahan bakar yang disemprotkan maka terjadinya angus tidak dapat dihindarkan. Angus yang terlalu banyak menyebabkan gas buang yang keluar dari mesin akan berwarna hitam dan mengotori udara (Wiranto Arismunanadar , 2002: 12).

Pengujian kadar kepekatan asap gas buang dilakukan pada saat akselerasi pada putaran stasioner hingga mencapai rpm maksimum tahan 1-4 detik. Lepas gas hingga putaran stasioner dan catat nilai opasitas asap

Ambang batas kepekatan asap gas buang pada motor Diesel ditetapkan dalam K-m-1 berdasarkan tahun pembuatan mesin.

Tahun Pembuatan Mesin
Kepekatan asap (K-m)
Sebelum1982
1982 – 1987
1988 – 1998
Setelah 1998
2.5
1.6
1.4
1.2

Pembakaran yang sempurna akan menghasilkan tingkat konsumsi bahan bakar yang ekonomis dan berkuranganya besar kepekatan asap hitam gas buang karena pada pembakaran sempurna campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar seluruhnya dalam waktu dan kondisi yang tepat. Agar terjadi pembakaran yang sempurna maka perlu diperhatikan kualitas bahan bakar sesuai dengan karakteristiknya sehingga homogemitas campuran bahan bakar dengan udara dapat terjadi secara sempurna. Viskositas bahan bakar adalah salah satu karakteristik bahan bakar yang sangat menentukan kesempurnaan proses pembakaran. Viskositas yang tinggi menyebabkan aliran solar terlalu lambat. Tingginya viskositas menyebabkan beban pada pompa injeksi menjadi lebih besar dan pengkabutan saat injeksi kurang sempurna sehingga bahan bakar sulit terbakar.

Pemanasan untuk menaikkan suhu bahan bakar adalah salah satu cara untuk mengubah karakteristik suatu bahan bakar. Pemanasan pada solar mengakibatkan turunnya viskositas dan bertambahnya volume yang menyebabkan butir-butir bahan bakar akan lebih mudah menguap dan mempengaruhi proses pengkabutan saat penyemprotan. Butiran bahan bakar yang disemprotkan sangat berpengaruh terhadap proses pembakaran sehingga tekanan penyemprotan divariasikan untuk mempercepat dan memperbaiki proses pencampuran bahan bakar dengan udara. Langkah ini dilakukan dengan tujuan untuk dapat diperoleh homogenitas campuran yang lebih sempurna sehingga pembakaran yang sempurna dapat tercapai. Dengan langkah ini diharapkan besar konsumsi bahan bakar dan kepekatan asap hitam gas buang dapat dikurangi.





KESIMPULAN
Dari pembahasan di atas kita dapat mengambil kesimpulan bahwa :
  1. Bahan bakar solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi mentah yang berwarna kuning coklat.
  2. Pengolongan bahan bakar solar didasarkan atas jenis putaran mesinnya, yaitu automotive diesel oil (ADO) dengan kecepatan putaran mesin di atas 1000 rpm dan industrial diesel oil (IDO) dengan kecepatan putaran mesin sama dengan atau kurang dari 1000 rpm.
  3. Angka setana yang tinggi menunjukkan bahwa bahan bakar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah, dan sebaliknya angka setana rendah menunjukkan bahan bakar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi.





Tidak ada komentar:

Poskan Komentar