bab ii dasar teori (2)

16
TUGAS BESAR TEKNIK PEMBAKARAN DAN BAHAN BAKAR HMKB 879 BAB II DASAR TEORI 2.1 Sistem Hybrid Mesin pendorong mobil berteknologi hybrid memiliki dua mesin yang berbeda, yaitu memiliki satu unit mesin bensin atau diesel dan sebuah mesin elektrik atau biasa disebut juga generator dengan mesin utama yang digunakan adalah mesin bensin atau diesel. Mobil hybrid memiliki prinsip kerja ketika mesin bensin atau diesel bergerak dengan putaran mesin yang relatif tinggi atau berlebih saat itu juga mesin elektrik merubah energi putaran mesiin yang berlebih menjadi energi listrik dan selanjutnya disimpan di sebuah baterai khusus (Gambar 2.1) di mana energi berlebih timbul dari mesin bensin atau diesel. (Roekettino, 2008) ROSYID NUR RIDHO H1F110026 A. A. SAGUNG DEWI A H1F110029 GOD SHALL OBEY P. S H1F110045 4

Upload: rosyid-nur-ridho

Post on 25-Nov-2015

80 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Mesin pendorong mobil berteknologi hybrid memiliki dua mesin yang berbeda, yaitu memiliki satu unit mesin bensin atau diesel dan sebuah mesin elektrik atau biasa disebut juga generator dengan mesin utama yang digunakan adalah mesin bensin atau diesel.

TRANSCRIPT

TUGAS BESAR TEKNIK PEMBAKARAN DAN BAHAN BAKAR

TUGAS BESAR TEKNIK PEMBAKARAN DAN BAHAN BAKARHMKB 879

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Sistem HybridMesin pendorong mobil berteknologi hybrid memiliki dua mesin yang berbeda, yaitu memiliki satu unit mesin bensin atau diesel dan sebuah mesin elektrik atau biasa disebut juga generator dengan mesin utama yang digunakan adalah mesin bensin atau diesel. Mobil hybrid memiliki prinsip kerja ketika mesin bensin atau diesel bergerak dengan putaran mesin yang relatif tinggi atau berlebih saat itu juga mesin elektrik merubah energi putaran mesiin yang berlebih menjadi energi listrik dan selanjutnya disimpan di sebuah baterai khusus (Gambar 2.1) di mana energi berlebih timbul dari mesin bensin atau diesel. (Roekettino, 2008)

Gambar 2.1 Komponen utama mobil hybrid

Sebagai contoh ialah pergerakan mobil pada jalan yang datar di mana mesin hybrid memanfaatkan energi gerak yang dihasilkan oleh mesin bensin atau diesel dan terjadi apabila pengemudi melepaskan pedal gas dan ketika menginjak pedal rem yang biasa disebit renewable energy atau energi yang dapat didaur ulang atau dapat digunakan kembali. Apabila energi yang telah tersimpan di baterai sewaktu-waktu diperlukan secara otomatis, maka energi yang tersimpan tersebut langsung di salurkan ke mesin elektrik dan kemudian dari mesin elektrik diubah menjadi energi gerak, seperti saat mobil dalam keadaan menanjak atau ketika mobil ingin mendahului. (Roekettino, 2008)Mesin hybrid dapat di juluki mesin yang dapat berpikir, seperti saat menunggu di persimpangan jalan atau lampu merha, mesin bensin atau diesel secara otomatis akan mati di mana mesin bensin atau diesel juga akan mati ketika pengereman dan ketika mesin tidak melakukan pembakaran atau kompresi. Mobil hybrid tidak memerlukan tempat pengisian baterai seperti telepon genggam, karena baterai akan diisi secara otomatis oleh mesin elektrik. Kedua mesin tersebut dapat bekerja sama dengan bantuan komputer dan sensor yang telah diprogram berdasarkan kebutuhan. (Roekettino, 2008)2.2 Konsep Thermoelctric Generator pada Mobil HybridSekarang banyak sekali isu-isu yang berkembang tentang masalah semakin menipisnya cadangan minyak di Dunia dan untuk mengatasi permasalahan tersebut, Jepang telah mengembangkan teknologi untuk menggunakan bahan bakar alternatif yaitu mobil hybrid. Seperti yang telah dijelaskan bahwa mobil hybrid menggunakan dua sistem pembakaran di mana sistem penyuplaian listrik dapat digunakan teknologi pembangkit thermoelectric dengan hanya mengubah sumber panas menjadi energi listrik. Pembangkit tersebut sangat ramah lingkungan karena tidak menimbulkan polusi bahkan menambah efisiensi dari mobil di mana panas buang dimanfaatkan kembali untuk suplai energi listrik. Sejumlah modul thermoelectric yang telah didesain tertentu dapat dipasang di bagian manifold mesin atau di sekitar muffler. Panas buangnya kemudian diubah menjadi arus DC yang akan mengisi baterai pada mobil hybrid. Sebuah mesin pembakarann akan mengalami rugi sekitar 35% dari energi potensialnya dalam gasoline melalui panas yang dibuang ke lingkungan. Jadi, terdapat energi yang cukup besar dalam bentuk panas yang dapat diubah menjadi daya untuk membantu suplai listrik pada mobil hybrid (Gambar 2.2). (Roekettino, 2008)

Gambar 2.2 Konsep thermoelectric generator pada mobil hybrid

Hasil penelitian dengan 12 modul thermoelectric yang dipasang di sekitar sisi-sisinya menunjukkan bahwa output dari pembangkitnya sekitar delapan Watt dan daya tersebut memang cukup kecil namun dapat menunjukkan habwa pembangkit tersebut memiliki prospek yang cerah di masa depan sebagai alternatif energi listrik. Jadi, di mana saja ada energi buang dalam bentuk panas pembangkiit thermoelectric dapat menghasilkan daya. (Roekettino, 2008)Modul thermoelectric ialah sirkuit terintegrasi dalam bentuk solid yang menggunakan tiga prinsip termodinamika yang dikenal sebagai efek Seebeck, Peltier dan Thompson. Konstruksinya terdiri dari sepasang material semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang membentuk termokopel yang memiliki bentuk seperti sandwich antar dua waffle keramik tipis. (Roekettino, 2008)

Gambar 2.3 Elemen Peltier

Thermoelectric dihubungkan secara listrik dalam seri dan paralel secara termal (Gambar 2.3). Modul tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan panas dan dingin di masing-masing sisinya jika arus listrik digunakan atau utuk menghasilkan listrik ketika panas dan dingin digunakan sebagai perbedaan temperaturnya. (Roekettino, 2008)Sejumlah arus dihasilkan berdasarkan perbedaan temperatur antar kedua sisi modul. Heat sink digunakan untuk membantu meningkatkan pelepasan kalor pada sisi dingin sehingga meningkatkan efisiensi dari modul tersebut (Gambar 2.4). Potensi pembangkitan daya dari modul thermoelectric tunggal akan berbeda-beda tergantung pada ukuran, konstruksi dan perbedaan temperaturnya. Perbedaan temperatur yang semakin besar antara sisi panas dan sisi dingin modul akan menghasilkan tegangan dan arus yang lebih besar. Modul-modul thermoelectric dapat juga disambungkan bersama baik secara seri maupun paralel seperti baterai untuk menghasilkan tegangan atau arus. Tiap modul mampu menghasilkan tegangan rata-rata satu sampai dua Volt DC dan bahkan sampai lima Volt DC tergantung variasi paans dan endinginan, tetapi umumnya satu modul thermoelectric menghasilkan satu koma lima sampai dua Volt DC. Keuntungannya ialah ia akan menghasilkan terus listrik selama panas masa ada pada manifold mesin atau muffler walaupun mesin telah dimatikan. (Roekettino, 2008)

Gambar 2.4 Prinsip kerja thermoelectric generator

Nilai tersebut sangat tergantung dari perbedaan temperatur yang didapatkan karena panas buang kendaraan bersifat fluktuatuf, nilai daya yang dihasilkan mungkin berubah-ubah tetapi selama mesin dinyalakan nilai dayanya akan terus ada. Hal penting yang patut dimenegrti ialah bahwa daya keluaran merupakan hasil perbedaan temperatur kesua sisi modul thermoelectric yang berarti bukan bagaimana mendapatkan temperatur paansnya, namun seberapa besar perbedaan temperatur yang didapatkan. Semua hal tersebut berhubungan dengan efisiensi dari thermoelectric sendiri, jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluaran juga semakin besar, hingga titik maksimum efisiensi Peltier tersebut. Jasi ada kemungkinan walaupun perbedaa temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkannya lebih kecil. (Roekettino, 2008)Nilai efisiensi modul thermoelectric dapat ditingkatkan dengan cara panas didispasi di atas sisi dingin modul, sperti penggunaan iheat sink, fan water jacket atau hanya dengan memberikan temperatur lingkungan di atas sisi dingin modul untuk menjaga perbedaan temperatur dengan sisi panasnya. (Roekettino, 2008)

2.3 Macam-macam Sistem HybridSeperti yang telah disinggung pada sub bab latar belakang bahwa hybrid memiliki tiga sistem, yaitu seri, paralel dan gabungan seri-paralel. (Setiawan, 2012)1. Seri hybrid terdiri dari pembakaran internal dari mesin yang membakar bensin, solar atau gas. Dengan semua komponen yang saling terhubung secara seri. Pembakaran pada ruang mesin terhubung dengan sebuah generator untuk mengubah tenaga yang dihasilkan oleh mesin menjadi tenaga listrik yang disimpan ke sebuah aki. Tengan listrik yang tersimpan di aki dialirkan melalui sebuah alat yang dinamak inverter atau pembalik untuk menyalurkan tenaga ke sebuah motor listrik, sehingga mampu menggerakkan roda kendaraan. Pembakaran yang terjadi di mesin dapat menghasilkan tenaga ke motor listrik untuk menggerakkan mobil yang tidak cukup apabila hanya mengandalkan tenaga aki. Oleh sebab itu, pemakaian bahan bakar masih sedikit untuk mampu menggerakkan mobil.2. Paralel hybrid memiliki sistem pembakaran dengan ruang mesin merupakan penghasil tenaga utama, sedangkan tenaga aki merupakan tenaga pendukung. Oleh sebab itu, pengefisiensian bahan bakar adalah dengan cara membatasi konsumsinya. Sistem paralel menggunakan mesin pembakaran dalam dan sebuah motor listrik untuk menggerakkan kendaraan. Dalam sistem paralel, motor listrik juga sebagai generator, shingga ketika motor listrik digunakan, aki tidak dapat melakukan pengisian. Motor listrik beralih menjadi generator pada saat pengisian dan hanya dapat dilakukan pada saat mobil tidak menggunakan motor listrik dalam bergerak, tetapi menggunakan tenaga yang dihasilkan dari proses pembakaran. Hal tersebut menyebabkan sistem memiliki keterbatasan jika dikaitkan dengan efisiensi bahan bakar.3. Gabungan dua sistem sebelumnya disebut dengan Series-Parallel Hybrid System. Sistem tersebut memungkinkan sumber tenaga menjadi paling fleksibel dan optimal, sehingga mampu mencapai tingkat efisiensi maupun tingkat kehandalan performa yang mengagumkan. Teknologi Hybrid tersebut memiliki generator atau pembangkit listrik khusus dan alat pembagi tenaga yang mampu menyalurkan tenaga yang dihasilkan oleh pembakaran pada ruang mesin untuk menggerakkan roda secara langsung atau sebagai tenaga bagi motor listrik untuk melakukan pergerakan, tergantung dari kondisi berkendara. Hal itu memungkinkan kedua sumber tenaga tersebut bekerja seefisien mungkin. Pada saat kecepatan rendah ke tinggi, kendaraan juga dapat melaju meskipun hanya menggunakan tenaga listrik saja dan dapat menghasilkan efisiensi yang besar. Generator juga dapat digunakan untuk mengisi aki melalui alat pembalik atau menverter. Pada saat melakukan akkselerasi atau percepatan secara mendadak juga dapat meenghasilkan performa yang maksimal.2.4 Kelebihan dan Kelemahan Mobil Hybrid2.4.1 Kelebihan Mobil HybridBerikut merupakan beberapa kelebihan dari mobil hybrid: (Manik, 2012)1. Efisiensi bahan bakar lebih besar; yaitu sistem hybrid yang menggabungkan motor listrik dan pembakaran di mesin menghasilkan tenaga yang berasal dari dua sumber daya yang berarti bahwa mesin pembakar internal membutuhkan konsumsi bahan bakar lebih sedikit untuk mencapai jarak yang sama. Berarti, kendaraan hybrid memiliki efisiensi yang lebih baik jika dibandingkan dengan mobil konvensional.2. Emisi gas buang lebih rendah; yaitu karena konsumsi bahan bakar yang efisien, mobil hybrid akan mengeluarkan lebih sedikit gas buang dibandingkan dengan mobil konvensional dan hal tersebut membuat mobil hybrid lebih ramah lingkungan.3. Pengurangan energi yang terbuang dan regenrasi energi; yaitu energi yang biasanya terbuang menjadi panas pada saat dikendarai, pengurangan laju dan pengereman diubah sebagai tenaga listrik, yang kemudian digunakan kembali untuk memberikan tenaga ke motor elektrik. Hal tersebut membuat mobil hybrid menjadi lebih efisien. Sistemnya juga didesain seefektif mungkin di mana aki diisi dari berbagai tingkat pergerakan kendaraan. Karena mobil hybrid bersifat menghasilkan ulang (tenaga), maka ia tidak membutuhkan pengisian ulang dari sumber eksternal.2.4.2 Kelemahan Mobil Hybrid dan SolusinyaSelain kelebihannya, mobil hybrid ternyata juga memiliki beberapa kelemahan, yaitu (Hikmawati, 2012)1. Apabila baterai mobil listrik diisi dari stop kontak di rumah ataupun tempat pengisian tersendiri, maka tidak lain halnya kebutuhan listrik tiap penduduk yang memilki mobil listrik akan bertambah. Dan berakibat penambahan kapasitas listrik yang harus disediakan oleh pembangkit listrik, dikarenakan penambahan kapasitas produksi listrik dan kebanyakan pembangkit listrik di Indonesia menggunakan bahan bakar batu bara sebagai pembangkitnya.2. Penggunaan bensin atau diesel saat baterai habis sama saja dengan mobil konvensional sekarang, sehingga tidak ada bedanya jika memiliki tujuan mengurangi polusi udara akibat kendaraan bermotor namun tetap menggunakan bahan bakar fosil. Dan yang sangat jelas mengenai bahan bakar bensin atau diesel yaitu bukan merupakan sumber energi yang bisa diperbaharui.Setiap permasalahan selalu terdapat solusi, beberapa solusi dari kelemahan-kelemahan mobil hybrid ialah1. Banyak sumber energi terbuang percuma, padahal masih dapat kita manfaatkan. Seperti energi matahari yang bebas untuk dimanfaatkan. Ada pula teknologiregeneratif shock arbsorberyang bisa menghasilkan listrik jika terjadi gerakan, sehingga apabila kita menempuh perjalanan dan melewati jalan yang tidak datar maka akan dihasilkan listrik yang lumayan dari gerakan naik turunshock breakertadi.2. Selain itu pada saat terjadi pengereman energi yang tersimpan saat mobill melaju kencang tadi dibuang menjadi energi panas yang terjadi pada kampas rem. Dan apabila kita pasang generator sebagai pengganti rem pada mobil maka saat terjadi pengereman baterai akan diisi oleh generator tersebut.3. Apabila terpaksa menggunakan bahan bakar, maka bisa diambil bahan bakar bioenergi yang sudah jelas lebih bersahabat dengan lingkungan. Selain itu, bahan bakar bioenergi bersifat dapat diperbaharui, sehingga tidak perlu khawatir dengan ancaman kelangkaan bahan bakar bioenergi dikemudian hari.2.5 Sistem Hybrid pada Toyota CamrySistem hybrid pada Toyota Camry merupakan program kedua dari hybrid synergy drive (HSD) yang sengaja didesain untuk teknologi hybrid car di mana teknologi tersebut telah memproduksi mobil full hybrid yang memungkinkan mobil untuk bergerak hanya dengan motor listrik yang bertolak belakang pada mobil hybrid lainnya yang menggunakan motor listrik dan bahan bakar sebagai tenaga penggerak. Teknologi HSD juga merupakan kombinasi dari penggerak listrik dan planetary gearset yang menunjukkan kesamaan gerakan seperti pada variabel transmisi bersambung. HSD mmerupakan sistem penggerak kawat dengan tidak terdapat sambungan mekanis langsung antara mesin dengan pusat kontrol mesin di mana kedua pedal gas atau accelerator dan gearshift mesin tersambung dengan sinyal elektrik ke sistem kontrolnya. HSD merupakan pengganti Toyota Hybrid System (THS) yang dugunakan pada tahu 1997 hingga 2003 pada Toyota Prius. Generasi keduanya didesain pada Toyota Prius 2004 (Gambar 2.5) dan nama sistemnya berubah karena sistem tersebut juga digunakan pada mobil di luar merk Toyota, seperti pada Lexus. Toyota Hybrid Camry pertama muncul pada seri XV 40 yang juga dikenal dengan nama Daihatsu Altis (Gambar 2.6), diproduksi pada tahun 2006 sampai tahun 2011 dengan body style sedan empat pintu. XV 40 memiliki mesin 2AZ-FXE empat silinder dengan 110 kW (150 hp) conjunction dan 30 kW (40 hp) daya motor listrik untuk menghasilkan kombinasi daya keluaran sebesar 140 kW (140 hp).

Gambar 2.5 Toyota prius 2004

Gambar 2.6 Daihatsi altisMesin 2AZ-FXE merupakan salah satu seri mesin keluaran Toyota dengan memiliki straight-4 piston engine yang menggunakan material alumunimu pada engine block dan cast iron pada cylinder liners serta aluminium DOHC (double overhead camshaft) untuk cylinder heads. Mesin 2AZ-FXE merupakan penyempurnaan dari mesin sebelumnya, yaitu 2AZ-FE di mana keduanya memiliki spec yang sama, yaitu total displacement sebesar 2362 cc (2,4 L) dengan 88,5 mm (3,5 in) bore dan 96,0 mm (3,8 in) stroke serta pada 2AZ-FXE memiliki rasio kompresi sebesar 12,5:1 dengan maksimum daya keluaran sebesar 147 hp (108 kW) pada putaran 6000 rpm dan torsi 138 lb.ft (187 N.m) pada putaran 4400 rpm.

Gambar 2.7 Toyota hybrid camry 2012

Pada mesin 2AZ-FXE menggunakan siklus termodinamika ideal Atkinson yang merupakan siklus termodinamika ideal untuk sistem hybrid. Langkah-langkah kerjanya ialah seperti pada Gambar 2.6 Siklus termodinamika ideal Atkinson.

Gambar 2.8 Siklus termodinamika ideal Atkinson

1. Langkah 1-2 = Isentropik 2. Langkah 2-3= Pemanasan Isohorik (Qp)3. Langkah 3-4= Pemanasan Isobarik (Qp)4. Langkah 4-5= Ekspansi Isentropik5. Langkah 5-6= Pendinginan Isohorik (Qo)6. Langkah 6-1= Pendinginan Isobarik (Qo)

ROSYID NUR RIDHO H1F110026 A. A. SAGUNG DEWI A H1F110029 GOD SHALL OBEY P. SH1F110045 15