Pembakaran bahan bakar merupakan proses utama yang menggerakkan mesin, baik pada kendaraan, mesin industri, maupun pembangkit energi. Di saat semakin ketatnya aturan lingkungan, penting bagi industri teknik untuk memproduksi mesin yang efisien dan ramah lingkungan. Salah satu pendekatan dalam mencapai tujuan ini adalah dengan memanfaatkan konsep stoikiometri untuk lebih mengoptimalkan proses pembakaran bahan bakar, sehingga mengurangi pelepasan zat,energi ,atau komponen lain yang berbahaya dan meningkatkan efisiensi penggunaan energi.
Apa Itu Stoikiometri?
Stoikiometri adalah salah satu bidang ilmu kimia yang mempelajari perbandingan kuantitatif antara reaktan dan produk reaksi kimia. Sebutan Stoikiometri dalam pembakaran mengacu pada perhitungan yang memastikan reaksi bahan bakar dan oksigen dalam rasio yang tepat untuk mencapai pembakaran maksimum tidak ada bahan bakar yang tidak terbakar dan tidak ada udara yang berlebih. Selain menurunkan efisiensi energi, pembakaran yang tidak sempurna dapat menghasilkan zat-zat atau bahan berbahaya seperti hidrokarbon tak terbakar dan karbon monoksida (CO). Prinsip Stoikiometri dalam Pembakaran Bahan Bakar: Reaksi kimia untuk pembakaran hidrokarbon, seperti bensin atau solar, adalah C_xH_y + O_2 CO_2 + H_2O.
Dalam reaksi ini, molekul hidrokarbon (C_xH_y) bereaksi dengan oksigen (O_2) dapat menghasilkan karbon dioksida (CO_2) dan air (H_2O) sebagai hasil utama. Rasio oksigen terhadap bahan bakar yang ideal untuk menghasilkan reaksi ini disebut rasio udara-bahan bakar stoikiometrik. Misalnya, pada pembakaran bensin, rasio udara-bahan bakar ideal sekitar 14,7:1, artinya diperlukan 14,7 bagian udara untuk setiap 1 bagian bahan bakar.
Pentingnya Pembakaran Stoikiometrik dalam Mesin Jika rasio udara-bahan bakar dalam mesin tidak sesuai, pembakaran dapat menjadi kurang efisien dan menghasilkan emisi atau zat-zat yang berbahaya manusia dan maupun lingkungan. Pada rasio yang terlalu kaya atau terlalu banyak bahan bakar (rich mixture), kelebihan bahan bakar dapat membuat tidak terbakar dangan sempurna, dan dapat menghasilkan karbon monoksida dan hidrokarbon tak terbakar yang mencemari udara. Sebaliknya, jika rasio terlalu sediki pada bahan bakar (lean mixture), pembakaran menjadi tidak stabil dan menghasilkan nitrogen oksida (Nox) yang berbahaya bagi manusia dan maupun lingkungan.
Dengan memastikan pembakaran sesuai rasio stoikiometrik, mesin dapat:
1.Mengurangi Zat Emisi yang Berbahaya: Pembakaran sempurna menghasilkan CO_2 dan H_2O sebagai produk utama, yang lebih aman bagi lingkungan dibandingkan dengan zat emisi karbon monoksida dan hidrokarbon tak terbakar.
2.Meningkatkan Efisiensi Energi: Pembakaran sempurna menghasilkan panas maksimum, yang diterjemahkan menjadi energi mekanik lebih besar untuk menggerakkan mesin.
3.Memperpanjang Usia Mesin: Dengan mengurangi pembentukan jelaga (karbon hitam) dan residu pembakaran, mesin bekerja lebih ringan dan meminimalkan keausan komponen internal.
Teknologi Pendukung Pembakaran Stoikiometrik Teknologi mesin modern, seperti fuel injection dan engine control units (ECU), dirancang untuk mengatur suplai bahan bakar dan udara agar sesuai dengan kebutuhan mesin dalam berbagai kondisi dan situasi. ECU yang diatur secara otomatis menyesuaikan rasio udara bahan bakar berdasarkan data dari sensor oksigen, temperatur, dan tekanan, sehingga mencapai pembakaran yang lebih dekat dan maksimal ke kondisi stoikiometrik.
Beberapa teknologi lain yang bisa dibilang mendukung penerapan stoikiometri dalam mesin ramah lingkungan adalah:
