Bilangan setana

Bilangan setana, angka setana, nomor setana (bahasa Inggris: cetane number), atau nilai setana (cetane rating) merupakan indikator laju pembakaran bahan bakar solar dan kompresi yang dibutuhkan untuk terjadinya pengapian. Bilangan setana memainkan peran yang sama untuk solar seperti halnya bilangan oktan untuk bensin. Bilangan setana merupakan faktor penting dalam menentukan kualitas bahan bakar solar, namun bukan satu-satunya; pengukuran kualitas bahan bakar solar lainnya meliputi (namun tidak terbatas pada) kandungan energi, kerapatan, keterpelumasan, sifat aliran dingin, dan kandungan belerang.^[1]

Definisi

Bilangan setana (atau CN) suatu bahan bakar ditentukan dengan mencari campuran setana dan isosetana dengan waktu tunda pengapian yang sama. Setana memiliki bilangan setana yang ditetapkan sebesar 100, sedangkan bilangan setana yang terukur untuk isosetana adalah 15, menggantikan bahan bakar acuan lama alfa-metilnaftalena, yang diberi bilangan setana 0. Setelah campuran diketahui, bilangan setana dihitung sebagai rata-rata tertimbang volume, dibulatkan ke bilangan bulat terdekat, dari 100 milik setana dan 15 milik isosetana.^[2]

bilangan setana = % n-setana + 0,15(% isosetana)^[2]

Bilangan setana merupakan kebalikan dari waktu tunda pengapian bahan bakar, yaitu periode waktu antara dimulainya pengapian dan peningkatan tekanan pertama yang dapat diidentifikasi selama pembakaran bahan bakar. Pada mesin diesel tertentu, bahan bakar dengan tingkat setana yang lebih tinggi akan memiliki waktu tunda pengapian yang lebih pendek dibandingkan bahan bakar dengan tingkat setana yang lebih rendah. Bilangan setana hanya digunakan untuk minyak diesel distilat yang relatif ringan. Untuk bahan bakar minyak berat (sisa) digunakan dua skala lainnya, CCAI (Indeks Aromatisitas Karbon Terhitung) dan CII (Indeks Pengapian Terhitung).

Nilai tipikal

Umumnya, mesin diesel beroperasi dengan baik dengan CN antara 48 dan 50. Bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah memiliki waktu tunda pengapian yang lebih lama sehingga memerlukan waktu yang lebih lama untuk menyelesaikan proses pembakaran bahan bakar. Oleh karena itu, mesin diesel berkecepatan lebih tinggi beroperasi lebih efektif dengan bahan bakar yang memiliki bilangan setana yang lebih tinggi.

Di Eropa, bilangan setana solar ditetapkan minimal 38 pada tahun 1994 dan 40 pada tahun 2000. Standar untuk solar yang dijual di Uni Eropa, Islandia, Norwegia, dan Swiss ditentukan oleh standar EN 590. Sejak 1 Januari 2001, EN 590 menuntut indeks setana minimum sebesar 46 dan bilangan setana minimum sebesar 51. Bahan bakar solar premium dapat memiliki bilangan setana hingga 60.^[3]

Di Finlandia, bahan bakar solar premium yang dijual oleh waralaba SPBU St1 (Diesel Plus), Shell (mengandung GTL) dan ABC (Smart Diesel) memiliki bilangan setana minimum 60 dengan nilai tipikal berada di angka 63.^[4]^[5]^[6] MY Renewable Diesel milik Neste yang dijual di Finlandia memiliki bilangan setana minimum sebesar 70.^[7]

Di Amerika Utara, sebagian besar negara bagian mengadopsi ASTM D975 sebagai standar bahan bakar solar dan bilangan setana minimum ditetapkan sebesar 40, dengan nilai tipikal pada kisaran 42-45. Bahan bakar solar premium mungkin memiliki bilangan setana yang lebih tinggi atau tidak, tergantung pada pemasoknya. Solar premium sering kali menggunakan bahan tambahan untuk meningkatkan CN dan keterpelumasan, detergen untuk membersihkan injektor bahan bakar dan meminimalkan endapan karbon, pendispersi air, dan bahan tambahan lainnya tergantung pada kebutuhan geografis dan musiman.^{[butuh rujukan]} Bahan bakar solar di California memiliki bilangan setana minimum sebesar 53.^[8] Di bawah Texas Low Emission Diesel (TxLED) terdapat 110 kabupaten di mana bahan bakar solar harus memiliki bilangan setana 48 atau lebih besar, atau harus menggunakan formulasi alternatif yang disetujui atau mematuhi batas alternatif yang ditentukan.^[9]

Neste MY Renewable Diesel yang dijual di Amerika Utara memiliki bilangan setana sebesar 70+.^[10]

Bahan tambahan

Alkil nitrat (terutama 2-etilheksil nitrat^[11]) dan di-tert-butil peroksida digunakan sebagai bahan tambahan untuk menaikkan bilangan setana.

Bahan bakar alternatif

Biodiesel dari sumber minyak nabati tercatat memiliki kisaran bilangan setana 46 hingga 52, dan bilangan setana biodiesel berbahan dasar lemak hewani berkisar antara 56 hingga 60.^[12] Dimetil eter merupakan bahan bakar solar yang potensial karena memiliki bilangan setana yang tinggi (55-60) dan dapat diproduksi sebagai bahan bakar hayati.^[13] Kebanyakan eter sederhana, termasuk yang cair, seperti dietil eter dapat digunakan sebagai bahan bakar solar, meskipun keterpelumasannya dapat menjadi kekhawatiran.

Hubungan kimiawi

Setana adalah hidrokarbon dengan rumus kimia C₁₆H₃₄ dan rumus struktur CH₃(CH₂)₁₄CH₃. Setana, yang juga diberi nama n-heksadekana, merupakan alkana jenuh tidak bercabang. Setana menyala dengan penundaan singkat saat kompresi, dan diberi bilangan setana 100. Alfa-metilnaftalena, yang memiliki periode penundaan yang lama, diberi bilangan setana 0, tetapi sebagai bahan bakar referensi telah diganti dengan 2,3,4,5,6,7,8-heptametilnonana, yang diberi bilangan setana 15.^[2] Semua hidrokarbon lain dalam bahan bakar solar diindekskan pada setana berdasarkan seberapa cepat hidrokarbon tersebut menyala dalam kondisi kompresi, yaitu kondisi mesin diesel. Karena ratusan komponen terdiri dari bahan bakar solar, bilangan setana keseluruhan dari bahan bakar tersebut merupakan kualitas setana rata-rata dari semua komponen. Komponen dengan setana tinggi memiliki pengaruh yang tidak proporsional, oleh karena itu diperlukan penggunaan aditif dengan setana tinggi.

Pengukuran bilangan setana

Bilangan setana agak sulit diukur secara akurat karena memerlukan mesin diesel khusus yang disebut mesin Cooperative Fuel Research (CFR). Pada kondisi pengujian standar, operator mesin CFR menggunakan kemudi manual untuk meningkatkan rasio kompresi (dan juga tekanan puncak di dalam silinder) mesin hingga waktu antara injeksi bahan bakar dan pengapian adalah 2,407 ms. Bilangan setana yang dihasilkan kemudian dihitung dengan menentukan campuran setana (heksadekana) dan isosetana (2,2,4,4,6,8,8-heptametilnonana) yang akan menghasilkan waktu tunda pengapian yang sama.

Penguji Kualitas Pengapian (IQT)

Metode lain yang dapat diandalkan untuk mengukur turunan bilangan setana (derived cetane number, DCN) bahan bakar solar adalah Penguji Kualitas Pengapian (Ignition Quality Tester, IQT). Instrumen ini menerapkan pendekatan pengukuran CN yang lebih sederhana dan lebih kuat dibandingkan CFR. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang pembakaran dengan volume konstan pada suhu sekitar 575 °C dan tekanan 310 psi (21 bar). Waktu antara dimulainya injeksi dan pemulihan tekanan ruang pembakaran hingga 310 psi (21 bar) didefinisikan sebagai waktu tunda pengapian. Penundaan pengapian terukur ini kemudian digunakan untuk menghitung DCN bahan bakar. DCN bahan bakar kemudian dihitung menggunakan hubungan terbalik empiris terhadap penundaan pengapian. Karena kemampuan reproduksi, biaya material, dan laju IQT, metode ini telah menjadi sumber pasti dari pengukuran bahan bakar DCN sejak akhir tahun 2000-an.^[14] ^[15] ^[16]

Penguji Pengapian Bahan Bakar (FIT)

Metode lain yang dapat diandalkan untuk mengukur turunan bilangan setana bahan bakar solar adalah Penguji Pengapian Bahan Bakar (Fuel Ignition Tester, FIT). Instrumen ini menerapkan pendekatan pengukuran CN yang lebih sederhana dan lebih kuat dibandingkan CFR. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang pembakaran dengan volume konstan yang suhu lingkungannya kira-kira 575 °C. Bahan bakar kemudian terbakar, dan tingginya laju perubahan tekanan di dalam ruang menentukan dimulainya pembakaran. Penundaan pengapian bahan bakar kemudian dapat dihitung sebagai waktu yang berlalu antara dimulainya injeksi bahan bakar dan dimulainya pembakaran. Turunan bilangan setana bahan bakar kemudian dapat dihitung menggunakan hubungan terbalik empiris terhadap penundaan pengapian.

Indeks setana

Statistik lain yang digunakan oleh pengguna bahan bakar untuk mengontrol kualitas adalah indeks setana (cetane index, CI), yang merupakan angka yang dihitung berdasarkan kerapatan dan rentang distilasi bahan bakar. Terdapat berbagai versi mengenai indeks setana, bergantung pada satuan yang digunakan, apakah metrik atau imperial, dan jumlah titik distilasi yang digunakan. Saat ini sebagian besar perusahaan minyak menggunakan 'metode 4 titik', ASTM D4737, yang didasarkan pada kerapatan dan suhu pemulihan 10%, 50% dan 90%. 'Metode 2 titik' didefinisikan dalam ASTM D976 dan hanya menggunakan kerapatan dan suhu pemulihan 50%. Metode 2 titik ini cenderung melebih-lebihkan indeks setana dan tidak disarankan. Perhitungan indeks setana tidak dapat memperhitungkan bahan tambahan peningkat setana dan oleh karena itu tidak mengukur jumlah setana total untuk bahan bakar solar yang diberi tambahan. Pengoperasian mesin diesel terkait terutama dengan bilangan setana sebenarnya, dan indeks setana hanyalah perkiraan bilangan setana dasar (yang tidak diberi tambahan).^{[butuh klarifikasi]}

Standar industri

Standar industri untuk mengukur bilangan setana adalah ASTM D613 (ISO 5165) untuk mesin CFR, D6890 untuk IQT, dan D7170 untuk FIT.

Lihat pula

Referensi

^ Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders "Automotive Fuels" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007, Wiley-VCH, Weinheim.DOI:10.1002/14356007.a16_719.pub2
^ ^a ^b ^c Speight, James G. (12 Desember 2014). Handbook of Petroleum Product Analysis: Speight/Handbook of Petroleum Product Analysis (dalam bahasa Inggris). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. doi:10.1002/9781118986370. ISBN 978-1-118-98637-0.
^ bosch.de (dalam bahasa Jerman) Diarsipkan 24 Desember 2007 di Wayback Machine.
^ "St1 Diesel plus -20 °C Product Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018.
^ "Shell Diesel Summer -20 °C Product Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 3 Januari 2020. Diakses tanggal 9 Januari 2024.
^ "NEOT DIESEL -10/-20, NEOT DIESEL -10/-20 Premium Smart Diesel Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018.
^ "Neste MY Renewable Diesel Product Data Sheet" (PDF). 1 Januari 2019.
^ "Specs table" (PDF). www.arb.ca.gov. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 21 Februari 2017. Diakses tanggal 9 Januari 2024.
^ "Texas Low Emission Diesel (TxLED) Program". TCEQ.
^ "The Advantages of Neste MY Renewable Diesel (HVO or R99 Diesel)". Neste in North America (dalam bahasa Inggris). 22 Juli 2022. Diakses tanggal 9 Januari 2024.
^ dorfketal.com Diarsipkan 8 Agustus 2007 di Wayback Machine.
^ "404 Error - Biodiesel.org" (PDF). www.biodiesel.org. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 14 Juli 2007. Diakses tanggal 9 Januari 2024.
^ Olah, G.A.; Goeppert, A.; Prakash, G.K. (2006). "11". Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy .
^ Heyne, Kirby, Boehman, Energy & Fuels, 2009. DOI:10.1021/ef900715m
^ Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Heyne, Joshua; Farouk, Tanvir I.; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Hui, Xin; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Iyer, Venkatesh; Iyer, Suresh; Litzinger, Thomas A.; Santoro, Robert J.; Malewicki, Tomasz; Brezinsky, Kenneth (2012). "The experimental evaluation of a methodology for surrogate fuel formulation to emulate gas phase combustion kinetic phenomena". Combustion and Flame. 159 (4): 1444–1466. doi:10.1016/j.combustflame.2011.11.002.
^ Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Chaos, Marcos; Heyne, Joshua; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Santoro, Robert J.; Litzinger, Thomas A. (2010). "A jet fuel surrogate formulated by real fuel properties". Combustion and Flame. 157 (12): 2333–2339. doi:10.1016/j.combustflame.2010.07.001.

Bacaan lebih lanjut

John B. Heywood (1988). Internal Combustion Engine Fundamentals . McGraw Hill. ISBN 0-07-100499-8.
Keith Owen, Trevor Coley SAE (1995). Automotive Fuels Reference Book. ISBN 1-56091-589-7.

Pranala luar

(Inggris) Artikel oleh Bruce Hamilton
(Inggris) Penjelasan Setana dari BP

[Ullmann-1] Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders "Automotive Fuels" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007, Wiley-VCH, Weinheim.DOI:10.1002/14356007.a16_719.pub2

[:0-2] Speight, James G. (12 Desember 2014). Handbook of Petroleum Product Analysis: Speight/Handbook of Petroleum Product Analysis (dalam bahasa Inggris). Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc. doi:10.1002/9781118986370. ISBN 978-1-118-98637-0.

[3] sch.de (dalam bahasa Jerman) Diarsipkan 24 Desember 2007 di Wayback Machine.

[4] "St1 Diesel plus -20 °C Product Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018.

[5] "Shell Diesel Summer -20 °C Product Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 3 Januari 2020. Diakses tanggal 9 Januari 2024.

[6] "NEOT DIESEL -10/-20, NEOT DIESEL -10/-20 Premium Smart Diesel Data Sheet" (PDF). 15 Maret 2018.

[7] "Neste MY Renewable Diesel Product Data Sheet" (PDF). 1 Januari 2019.

[8] "Specs table" (PDF). www.arb.ca.gov. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 21 Februari 2017. Diakses tanggal 9 Januari 2024.

[9] "Texas Low Emission Diesel (TxLED) Program". TCEQ.

[10] "The Advantages of Neste MY Renewable Diesel (HVO or R99 Diesel)". Neste in North America (dalam bahasa Inggris). 22 Juli 2022. Diakses tanggal 9 Januari 2024.

[11] rfketal.com Diarsipkan 8 Agustus 2007 di Wayback Machine.

[12] "404 Error - Biodiesel.org" (PDF). www.biodiesel.org. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 14 Juli 2007. Diakses tanggal 9 Januari 2024.

[13] Olah, G.A.; Goeppert, A.; Prakash, G.K. (2006). "11". Beyond Oil and Gas: The Methanol Economy .

[14] Heyne, Kirby, Boehman, Energy & Fuels, 2009. DOI:10.1021/ef900715m

[15] Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Heyne, Joshua; Farouk, Tanvir I.; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Hui, Xin; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Iyer, Venkatesh; Iyer, Suresh; Litzinger, Thomas A.; Santoro, Robert J.; Malewicki, Tomasz; Brezinsky, Kenneth (2012). "The experimental evaluation of a methodology for surrogate fuel formulation to emulate gas phase combustion kinetic phenomena". Combustion and Flame. 159 (4): 1444–1466. doi:10.1016/j.combustflame.2011.11.002.

[16] Dooley, Stephen; Hee Won, Sang; Chaos, Marcos; Heyne, Joshua; Ju, Yiguang; Dryer, Frederick L.; Kumar, Kamal; Sung, Chih-Jen; Wang, Haowei; Oehlschlaeger, Matthew A.; Santoro, Robert J.; Litzinger, Thomas A. (2010). "A jet fuel surrogate formulated by real fuel properties". Combustion and Flame. 157 (12): 2333–2339. doi:10.1016/j.combustflame.2010.07.001.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]