KAJIAN TEORITIS ENERGI UDARA TERMAMPATKAN

KAJIAN TEORITIS ENERGI UDARA TERMAMPATKAN UNTUK DIGUNAKAN SEBAGAI BAHAN BAKAR KENDARAAN BERMOTOR


Oleh:


Bowo Suranto, S.Si


Berawal dari menonton acara televisi yang menceritakan tentang berbagai kendaraan dengan bahan bakar tidak lazim maka penulis menemukan satu ketertarikan terhadap mobil dengan bahan bakar udara (angin). Pada awalnya penulis menyangka bahwa mobil tersebut bergerak free dengan udara sebagai konsumsi bahan bakarnya, keren sekali, namun setelah mencari informasi ternyata mobil tersebut dibekali dengan mesin Pneumatik (Tenaga Udara) yang dapat bekerja dengan memanfaatkan energi yang terkandung didalam udara bertekanan.


Kelebihan mobil ini dibandingkan mobil listrik adalah pada waktu pengisiaan bahan bakar yang lebih efisien dan tangki serat karbonya bisa berumur lebih panjang dibandingkan baterai mahal yang berumur pendek.


Dengan berdasarkan pada ketertarikan tersebut penulis berusaha untuk mengkaji tentang kelayakan penggunaan udara bertekanan sebagai bahan bakar kendaraan. Kajian ini didasari pada teori kinetik gas ideal, Secara konsep kajian ini tidak dapat dijadikan referensi baku tetapi dapat dijadikan gambaran apakah layak, efektif atau efisien apabila udara bertekanan dijadikan alternatif pengganti energi terutama BBM.


Pada kajian teori kinetik gas, terdapat pembahasan mengenai energi dalam yang dimiliki oleh gas. Secara umum kajian teoritik kinetik gas didasarkan pada asumsi gas ideal. Dimana gas ideal merupakan gas imaginer yang memiliki sifat-sifat sebagai berikut:

1. Jumlah partikel gas sangat banyak, tetapi tidak ada gaya tarik menarik (interaksi) antarpartikel.
2. Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang atau acak.
3. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas berada.
4. Setiap tumbukan yang terjadi antarpartikel gas dan antara partikel gas dan dinding bersifat lenting sempurna.
5. Partikel gas terdistribusi merata di dalam ruangan.
6. Berlaku Hukum Newton tentang gerak

Energi dalam yang dimiliki oleh gas ideal dituliskan dengan rumus: U = f ( ½ ) NkT, dimana f merupakan

faktor koreksi yang dimiliki gas berdasarkan derajat kebebasan yang dimilikinya, yaitu:

• Gas monoatomik memiliki 3 derajat kebebasan yaitu translasi xyz.
• Gas diatomik suhu rendah (+ 250 K) 3 derajat kebebasan, translasi xyz
• Gas diatomik Suhu sedang (+ 500 K) 5 derajat kebebasan, translasi xyz dan vibrasi (xy)
• Gas diatomik dan suhu tinggi (+ 1000 K) 7 derajat kebebasan, translasi xyz, vibrasi xy dan rotasi pq

Karena PV = NkT maka persamaan umum energi dalam gas ideal dapat juga dituliskan dengan U = f ( ½ ) PV. Nilai P dan V merupakan besaran makroskopik yang dapat dihitung, yaitu P adalah besarnya tekanan dan V adalah volume ruang dimana gas dimampatkan.

Untuk mengitung kelayakan penggunaan tekanan gas sebagai energi pada kendaraan maka kita butuh menganalisa kebutuhan energi kendaraan selama bergerak. Untuk menghitung kebutuhan energi gerak kendaraan, cara paling mudah adalah dengan membandingkan konsumsi kalori bahan bakar dengan energi dalam pada udara bertekanan. Berikut tabel nilai kalori dari berbagai jenis bahan bakar.


Tabel 1.
Komposisi dan nilai kalor dari berbagai jenis bahan bakar




Sekarang kita coba untuk menghitung energi dalam 1 liter bensin, 1 gram bensin memiliki energi sebesar 48 kJ, 1 liter bensin = 750 gram karena massa jenis bensin 0,75 kg/liter. Maka 1 liter bensin memiliki energi sebesar 750 x 48 kJ = 36000 kJ.


Selanjutnya adalah menghitung kandungan energi pada udara bertekanan yang setara dengan kandungan energi 1 liter bensin. Energi udara bertekanan adalah U = f ( ½ ) PV. Karena sistem bekerja pada interval suhu rendah maka f = 3, sehingga U = 3/2 PV. Dengan memakai ukuran volume yang sama dengan bensin maka volume pemampatan udara adalah 1 liter, 1 liter = 0,001 m^3. Sehingga besarnya pressure dapat dihitung dengan: P = 2U/3V = 2.36000 kJ/3.0,001 = 2 x 12.000.000.000 = 24.000.000.000 N/m2 = 24000 Mpa. Jika dikonversikan dalam psi = 24000 x 145,04 = 3.480.960 psi.


Hitungan sederhana diatas merupakan perhitungan dasar yang dapat dijadikan gambaran betapa sangat besarnya tekanan udara yang dibutuhkan untuk menyamai energi yang dimiliki oleh bakar bakar minyak (premium/bensin). Untuk membuat pressure sampai 3.10^6 psi membutuhkan kompressor yang sangat kuat bahkan bukan hanya kompressor tetapi juga dibutuhkan pendingin. Langkah berikut adalah usaha para enginer untuk bisa mewujudkannya.


Sebagai penutup maka disini penulis membuat beberapa kesimpulan:

1. Udara bertekanan memiliki energi, sehingga ada potensi untuk digunakan pada kendaraan.
2. Kesetaraan kandungan energi udara bertekanan dibandingkan BBM diperlukan tekanan yang sangat tinggi yang berhubungan dengan, kompresor, pendingin dan material yang kuat.
3. Tingkat safety dari kendaraan menggunakan udara bertekanan sangat rendah. Bayangkan didalam kendaraan terdapat tabung dengan pressure yang sangat besar yang sewaktu-waktu dapat meledak, bagaimana jika terjadi kecelakaan. Apakah pabrikan dapat menjamin material tabung penyimpan udaranya untuk tidak pecah.

Saran dari penulis, aplikasi kendaraan berbahan bakar udara memang dapat diwujudkan tetapi untuk mencapai tingkat efektifitas sebagaimana kendaraan berbahan bakar minyak maka masih sangat jauh. Selain faktor teknologi juga faktor keselamatan. Jadi mungkin saja dibuat motor atau mobil berbahan bakar udara namun setiap 10 km harus ada statiun pengisiannya.