Menentukan Kebutuhan Energi Dinamis Sebuah Mobil

13 Januari 2013 at 3:17 pm Tinggalkan komentar

Menentukan kebutuhan Energi pada gerak dinamis mobil adalah cukup kompleks, karena melibatkan beban mobil, berat penumpang, kondisi AS, kondisi gigi-gigi koupling, kecepatan, kemiringan jalan, pengereman, drag (aerodinamika karena angin), akselerasi, kodisi pengapian dan faktor-faktor lainnya yang mungkin terlibat. Untuk menentukan kebutuhan Energi terpakai  dari sebuah mobil yang bergerak, baik mobil bensin maupun mobil listrik, tidak cukup hanya berdasarkan parameter berapa km/liter atau berapa km/kWh yang bisa ditempuh dari membaca spesifikasi km/kWh-nya atau km/liter-nya. Karena konsumsi real Energi kWh atau liter bensin sangat tergantung kondisi kemacetan, kecepatan, cara akselerasi, deakselerasi, pengereman dan faktor-faktor lainnya seperti disebutkan sebelumnya.

Misalnya bagaimana kita bisa memperkirakan berapa liter bensin yang dibutuhkan jika kondisi jalan lancar selama 1 jam, atau berapa liter bensin yang dibutuhkan untuk kondisi kemacetan 5 km/jam selama 1 jam. Atau kadang ada pertanyaan, apakah bensin yang tersisa sekitar 2 liter masih cukup, ketika mobil terjebak dikemacetan sepanjang 1 km selama 2 jam. Pertanyaan tersebut, kadang tidak bisa dengan mudah dijawab. Namun untungnya  kita bisa memperkirakan berapa liter bensin yang dibutuhkan atau berapa kWh yang dibutuhkan untuk kondisi jalan yang kita hadapi hanya berdasarkan informasi RPM (Rotation Per Minute) dan lama penggunaan mobil tersebut. Dan semua petunjuk tersebut biasanya tersedia di dashboard mobil.

Untuk mempermudah konversi  dari 1 liter bensin menjadi kWh, kita lihat penggunaan bensin atau solar untuk genset dengan kapasitas cukup besar. Mungkin angkanya sedikit berbeda dari satu penelitian dengan lainnya, tergantung efisiensi genset yang digunakan.  Tetapi untuk saat ini, kita ambil acuan berdasarkan hasil penelitian di PT KRIP oleh peneliti dari Petra, energi rata-rata yang bisa dihasilkan oleh genset dalam 1 liter bensin atau solar adalah 2,78 kWh. (https://yohans.wordpress.com/2012/08/29/menghitung-kebutuhan-batere-modifikasi-mobil-mesin-bensin-menjadi-mobil-listrik/#more-515). Angka ini kita sebut sebagai Eo, atau energi acuan.

Menentukan kebutuhan Energi mobil bensin :

Memperkirakan kebutuhan energi dinamis mobil bensin bisa dilakukan dengan cara teknik sampling dan derivative. Tujuan sampling adalah untuk mengetahui  penggunaan 1 liter bensin pada RPM steady state (yang disebut sebagai  ωo) selama waktu  tertentu yang disebut sebagai to. Angka –angka  ini kemudian digunakan untuk mendapatkan penggunaan energi dinamis mobil, pada RPM tertentu selama waktu tertentu sesuai dengan kondisi kelancaran atau kemacetan jalan yang tengah dihadapi.

Metode untuk menentukan ωo dan to, salah satunya adalah dengan menggunakan mobil tertentu dengan L liter bensin. Mobil dibiarkan melaju steady state dengan RPM konstan sebeser ωo. Ketika bensin L habis, kita catat waktunya. Waktu to adalah t total dibagi L. Untuk contoh perhitungan, misal untuk mobil yang kita gunakan, pada kecepatan langsam kita menghabiskan 1 liter bensin pada RPM langsam 2200 rpm, kecepatan 60 km/jam, menempuh 12 km.  Dari sini kita dapatkan:

ωo = 2200 rpm

to = 12 menit

Kebutuhan Energi dinamis mobil, bisa ditulis sebagai :

Et = El + Ea + Ed ;

Dimana:

Et            : Energi total

El             : Energi langsam;

Ea           : Energi Akselerasi;

El             : Energi deakselerasi/ pengereman.

Berdasarkan penurunan Power pada gerak putar,

P = k1.τ.ω                           (1)  (sumber: http://en.wikipedia.org/wiki/Torque)

Dimana :

P = power

τ  =  torsi

ω  = kecepatan radian

Dari persamaan tersebut, kita turunkan kebutuhan energi untuk keadaan steady state (langsam). Dalam keadaan steady state, kecepatan RPM konstan. Pada RPM tertentu harga torsi juga konstan, karena w dan t konstan maka untuk waktu t, energi steady state dapat dituliskan sebagai:

E = k1.τ.ω .t                        (2)

dimana k1 adalah konstanta transfer satuan,

dalam keadaan steady state, energi ini digunakan untuk mempertahankan kecepatan mobil untuk melawan berbagai macam gaya, karena: gesekan disetiap gigi, gesekan A, rugi-rugi transfer gigi, pengereman dan drag.  Torsi yang dihasilkan oleh mesin, harus seimbang dengan gaya-gaya yang terjadi dan bisa ditulis sebagai:

τ  = F = Σkn.ω                      (3)  karena ω konstan maka bisa ditulis sebagai

τ = ω.Σkn atau k2. ω   dimana k2 = Σkn

Persamaan ini dimasukkan kedalam (2) menjadi :

E = k.ω2 .t                                            (4)

dimana  k = k1.k2

Untuk melawan gaya gravitasi yang setara dengan E=m.g.h, mengatasi percepatan mobil dan pengereman yang tidak mempengaruhi  steady state ω, besarnya energi yang dibutuhkan mobil bisa ditulis kembali sebagai  E = k1.τ.ω .t . Dalam kondisi langsam, torsi yang dibutuhkan juga equal dengan ω.  Sehingga secara umum, pada kondisi langsam bisa dituliskan kebutuhan energi sebuah mobil adalah E = k.ω2 .t bukan hanya untuk melawan gaya gesek, tetapi juga untuk mengimbangi sebab lain seperti pengereman,  gravitasi ketika mobil naik atau bertambahnya kecepatan mobil ketika jalan menurun yang tidak menyebabkan ω berubah .

Pada saat akselerasi :

Dalam pemakaian mobil, umumnya akselerasi bisa dibagi dua yaitu akselerasi mobil yang tidak menyebabkan ω berubah dan akselerasi yang menyebabkan ω berubah.

Akselerasi yang tidak menyebabkan ω berubah masih dikategorikan sebagai kondisi langsam. Ini biasanya terjadi ketika mobil melaju dari 0 km/jam menuju 10 km/jam, pada kondisi  dimana RPM konstan pada RPM minimum ω sekitar 1000 RPM. Kondisi ini juga bisa terjadi pada kondisi jalan menurun, dimana mobil menjadi lebih cepat tanpa terjadi peningkatan RPM. Dalam kondisi tertentu, putaran mesin justru lebih tinggi dari energi langsam, tetapi kelebihan putaran ini tidak mengambil dari Energi bensin yang sedang kita perhatikan, tetapi mengambil dari energi potensial mobil. Kebutuhan Energi dari bensin, dalam kondisi ini adalah sama dengan kondisi langsam (4):

E = k.ω2 .t

Untuk akselerasi lebih jauh,  sampai tercapai kecepatan optimum yang dikehendaki oleh pengendara, ω1 berubah terhadap waktu t, sampai tercapai  ω2  langsam yang biasanya lebih kecil dari ω sesaat sebelum mobil mencapai kecepatan puncaknya. Energi yang dibutuhkan untuk percepatan ini bisa ditulis sebagai perubahan energi kinetik ditambah dengan total  E langsam dari waktu perubahan ω, yang bisa ditulis sebagai :

E = ∆Er + ∫ El dt                 (5)

Dimana ∆Er adalah perubahan energi kinetik mobil, yang diwakili oleh ∆Er = 0,5ΣIn ω22– 0,5ΣIn ω12  yang bisa ditulis kembali sebagai  ∆Er = Kn ( ω2212 ) dimana Kn adalah konstanta kinetik mobil.

Sementara itu ∫ El dt  ≤ 1/2k.(ω22 + ω12).t

Pada saat pengendara menginjak gas,  ω  berubah terhadap waktu tergantung dari seberapa cepat gas diinjak. Berdasarkan case percepatan mobil di dibawah 10 km/jam, untuk K > dari Kn, total energi akselerasi yang dibutuhkan bisa didekati dengan :

E = 1/2k.(ω22 + ω12).t                      (6)

Pada saat pengereman atau deakselerasi :

Energi saat deakselerasi atau pengereman adalah sama dengan energi langsam terendah karena pada saat yang sama tidak ada energi yang dikeluarkan selain hanya untuk mempertahankan rpm minimum dari konversi rem. Misalnya ω  langsam terendah kita sebut sebagai ωm, maka saat deakselerasi atau pengereman, energi yang dibutuhkan sama dengan

E = k.ωm2 .t  (3)

Case Mobil Bensin:

  1.  Misalnya mobil diatas dikendarai dengna kondisi penumpang sama, tetapi dalam kondisi macet 2 km/jam, RPM langsam 1000 rpm, bensin yang dihabiskan untuk menempuh perjalanan 10 km bisa dicari dengan cara:

E = Eo. (ω^2).t/(ωo^2).to

t = 10/2 jam = 300 menit

E = 2,78. (1000^2).300/((2200^2).12)

E = 14,4 kWh atau setara dengan 5,2 liter bensin.

  1. Berapakah energi maksimum yang dibutuhkan oleh sebuah mobil bensin untuk proses akselerasi jika diketahui RPM mobil diam adalah 1000 RPM dan sesaat sebelum pengendara mengurangi gas adalah 5000 RPM. Waktu perubahan RPM adalah 10 detik.

Jawab:

Emaks = 1/2k.(ω22 + ω12).t

E = Eo. 0,5.(ω22 + ω12).t  /(ωo^2).to

E = 2,78. 0,5.(5000^2+1000^2).0,167/((2200^2).12)

E = 0,104 kWh atau setara dengan 0,037 liter bensin.

  1.  Berapakah energi yang dibutuhkan oleh sebuah mobil bensin ketika kondisi jalan turun selama 30 menit, sehingga pengendara tidak perlu menginjak gas. Jika diketahui RPM bada saat mobil berhenti adalah 1000 rpm.

E = Eo. (ω^2).t/(ωo^2).to

E = 2,78. (1000^2).30/((2200^2).12)

E = 1,44 kWh atau setara dengan 0,52 liter bensin.

Case Mobil Listrik:

Misal untuk mobil listrik hybrid yang digunakan, pada kecepatan langsam kita menghabiskan 2 kWh pada RPM langsam 2200 rpm, kecepatan 60 km/jam, menempuh 12 km.  Dari sini kita dapatkan:

Eo = 2 kWh

ωo = 2200 rpm

to = 12 menit

Dalam mobil listrik, ωm bisa lebih kecil dari mobil bensin, karena tidak perlu ada putaran selain untuk kebutuhan AC atau alat elektronik (misalnya sebesar  0,5 kW). Sisa daya listrik murni dibutuhkan untuk menggerakkan mobil Oleh karena itu ωm bisa mencapai 0 RPM.

  1. Misalnya kita punya mobil listrik diatas dikendarai dengan kondisi penumpang sama, tetapi dalam kondisi macet 2 km/jam, RPM langsam 300 rpm, berapa energi yang dibutuhkan untuk menempuh perjalanan 10 km?

E = Eo. (ω^2).t/(ωo^2).to  + E elektronic

t = 10/2 jam = 5 jam atau 300 menit

E = 2. (400^2).300/((2200^2).12) + 0,5.5

E = 4,2 kWh

—————–

Entry filed under: Energi Dasar. Tags: , , , .

Menghitung kebutuhan batere modifikasi mobil mesin bensin menjadi mobil listrik

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s

Trackback this post  |  Subscribe to the comments via RSS Feed


Kalender

Januari 2013
S S R K J S M
« Agu    
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
28293031  

Most Recent Posts


%d blogger menyukai ini: