Apa yang membuat bensin dan bahan bakar lainnya begitu bertenaga? Potensi campuran kimia seperti bahan bakar yang menghasilkan tenaga mobil berasal dari reaksi yang dapat ditimbulkan oleh bahan-bahan ini.
Anda dapat mengukur kerapatan energi ini menggunakan rumus dan persamaan langsung yang mengatur sifat kimia dan fisika ini saat bahan bakar digunakan. Persamaan kepadatan energi memberikan cara untuk mengukur energi yang kuat ini sehubungan dengan bahan bakar itu sendiri.
Rumus Kepadatan Energi
Rumus untukkepadatan energiaku s
E_d=\frac{E}{V}
untuk kepadatan energiEd, energiEdan volumeV. Anda juga dapat mengukurenergi spesifik EssebagaiE/Muntuk massa bukan volume. Energi spesifik berkorelasi lebih erat dengan energi yang tersedia yang digunakan bahan bakar saat menyalakan mobil daripada kepadatan energi. Tabel referensi menunjukkan bahwa bahan bakar bensin, minyak tanah dan solar memiliki kepadatan energi yang jauh lebih tinggi daripada batu bara, metanol dan kayu.
Terlepas dari itu, ahli kimia, fisikawan, dan insinyur menggunakan kepadatan energi dan energi spesifik saat merancang mobil dan menguji bahan untuk sifat fisik. Anda dapat menentukan berapa banyak energi yang akan dikeluarkan bahan bakar berdasarkan pembakaran energi padat ini. Ini diukur melalui kandungan energi.
Jumlah energi per satuan massa atau volume yang dikeluarkan bahan bakar saat terbakar adalah kandungan energi bahan bakar. Sementara bahan bakar yang lebih padat memiliki nilai kandungan energi yang lebih tinggi dalam hal volume, bahan bakar dengan kepadatan lebih rendah umumnya menghasilkan lebih banyak kandungan energi per satuan massa.
Unit Kepadatan Energi Energy
Kandungan energi harus diukur untuk volume gas tertentu pada suhu dan tekanan tertentu. Di Amerika Serikat, insinyur dan ilmuwan melaporkan kandungan energi dalam satuan termal Inggris internasional (BtuIT), sedangkan di Kanada dan Meksiko, kandungan energi dilaporkan dalam joule (J).
Anda juga bisa menggunakankaloriuntuk melaporkan kandungan energi. Metode yang lebih standar untuk menghitung kandungan energi dalam sains dan teknik menggunakan jumlah panas yang dihasilkan ketika Anda membakar satu gram bahan tersebut dalam joule per gram (J/g).
Menghitung Kandungan Energi
Dengan menggunakan satuan joule per gram ini, Anda dapat menghitung berapa banyak panas yang dilepaskan dengan meningkatkan suhu zat tertentu ketika Anda mengetahui kapasitas panas spesifiknya.Cpdari bahan itu. ItuCpair adalah 4,18 J/g°C. Anda menggunakan persamaan untuk panasHsebagai
H=\Delta T\kali m\kali C_p
di manaTadalah perubahan suhu, dan m adalah massa zat dalam gram.
Jika Anda secara eksperimental mengukur suhu awal dan akhir bahan kimia, Anda dapat menentukan panas yang dilepaskan oleh reaksi. Jika Anda memanaskan sebotol bahan bakar sebagai wadah dan mencatat perubahan suhu di ruang langsung di luar wadah, Anda dapat mengukur panas yang dilepaskan menggunakan persamaan ini.
Kalorimeter bom
Saat mengukur suhu, probe suhu dapat terus mengukur suhu dari waktu ke waktu. Ini akan memberi Anda kisaran suhu yang luas yang dapat Anda gunakan persamaan panasnya. Anda juga harus mencari tempat dalam grafik yang menunjukkan ahubungan linierantara suhu dari waktu ke waktu, karena ini akan menunjukkan bahwa suhu dilepaskan pada tingkat yang konstan. Ini kemungkinan menunjukkan hubungan linier antara suhu dan panas yang digunakan persamaan panas.
Kemudian, jika Anda mengukur berapa banyak massa bahan bakar yang telah berubah, Anda dapat menentukan bagaimana energi disimpan dalam jumlah massa bahan bakar tersebut. Sebagai alternatif, Anda dapat mengukur seberapa besar perbedaan volume ini untuk satuan kerapatan energi yang sesuai.
Metode ini, yang dikenal sebagaikalorimeter bommetode, memberi Anda metode eksperimental menggunakan rumus kerapatan energi untuk menghitung kerapatan ini. Metode yang lebih halus dapat memperhitungkan panas yang hilang ke dinding wadah itu sendiri atau konduksi panas melalui bahan wadah.
Kandungan Energi Nilai Pemanasan Lebih Tinggi
Anda juga dapat menyatakan kandungan energi sebagai variasi dari nilai kalor yang lebih tinggi (HHV). Ini adalah jumlah panas yang dilepaskan pada suhu kamar (25 °C) oleh massa atau volume bahan bakar setelah terbakar, dan produk telah kembali ke suhu kamar. Metode ini memperhitungkan panas laten, panas entalpi yang muncul ketika pemadatan dan transformasi fase padat terjadi selama pendinginan suatu material.
Melalui metode ini, kandungan energi diberikan oleh nilai kalor yang lebih tinggi pada kondisi volume dasar (HHVb). Pada kondisi standar atau dasar, laju aliran energiqHbsama dengan produk dari laju aliran volumetrikqvbdan nilai kalor yang lebih tinggi pada kondisi volume dasar dalam persamaan
q_{Hb}=q_{vb}\times HHV_b
Melalui metode eksperimental, para ilmuwan dan insinyur telah mempelajariHHVbuntuk berbagai bahan bakar untuk menentukan bagaimana hal itu dapat ditentukan sebagai fungsi dari variabel lain yang berkaitan dengan efisiensi bahan bakar. Kondisi standar didefinisikan sebagai 10 °C (273,15 K atau 32 oF) dan 105 pascal (1 bar).
Hasil empiris ini telah menunjukkan bahwaHHVbtergantung pada tekanan dan suhu pada kondisi dasar serta komposisi bahan bakar atau gas. Sebaliknya, nilai kalor yang lebih rendahLHVadalah pengukuran yang sama, tetapi pada titik di mana air dalam produk pembakaran akhir tetap sebagai uap atau uap.
Penelitian lain menunjukkan bahwa Anda dapat menghitungHHVdari komposisi bahan bakar itu sendiri. Ini seharusnya memberi Anda
HHV = 0,35X_C + 1,18X_H + 0,10X_S - 0,02X_N - 0,10X_O - 0,02X_{abu}
dengan masing-masingXsebagai massa fraksional untuk karbon (C), hidrogen (H), belerang (S), nitrogen (N), oksigen (O) dan kandungan abu yang tersisa. Nitrogen dan oksigen memiliki efek buruk padaHHVkarena mereka tidak berkontribusi pada pelepasan panas seperti elemen dan molekul lain.
Kepadatan Energi Biodiesel
Bahan bakar biodiesel menawarkan metode produksi bahan bakar yang ramah lingkungan sebagai alternatif bahan bakar lain yang lebih berbahaya. Mereka dibuat dari minyak alami, ekstrak kedelai, dan ganggang. Sumber bahan bakar terbarukan ini menghasilkan lebih sedikit polusi terhadap lingkungan, dan biasanya dicampur dengan bahan bakar minyak bumi (bensin dan solar). Ini menjadikannya kandidat ideal untuk mempelajari berapa banyak energi yang digunakan bahan bakar menggunakan jumlah seperti kepadatan energi dan kandungan energi.
Sayangnya dari perspektif kandungan energi, bahan bakar biodiesel memiliki jumlah oksigen yang besar, sehingga menghasilkan nilai energi yang lebih rendah sehubungan dengan massanya (dalam satuan MJ/kg). Bahan bakar biodiesel memiliki kandungan energi massa sekitar 10 persen lebih rendah. B100, misalnya, memiliki kandungan energi 119.550 Btu/gal.
Cara lain untuk mengukur berapa banyak energi yang digunakan bahan bakar adalah neraca energi, yang untuk biodiesel adalah 4,56. Artinya, bahan bakar biodiesel menghasilkan 4,56 unit energi untuk setiap unit energi fosil yang digunakan. Bahan bakar lain mengemas lebih banyak energi, seperti B20, campuran solar dengan bahan bakar biomassa. Bahan bakar ini memiliki sekitar 99 persen energi satu galon solar atau 109 persen energi satu galon bensin.
Ada metode alternatif untuk menentukan efisiensi panas yang dilepaskan oleh biomassa secara umum. Para ilmuwan dan insinyur yang mempelajari biomassa menggunakan metode kalorimeter bom untuk mengukur panas yang dilepaskan dari pembakaran yang ditransfer ke udara atau air di sekitar wadah. Dari sini, Anda dapat menentukanHHVuntuk biomassa.