fisikastudycenter.com_ Soal cerita tentang daya guna mesin bensin, taraf kesukaran pembakaran atau bilangan oktan dengan hitungan efisiensi melibatkan rumus massa jenis, mol, daya dan energi. Dikutib dari soal Sipenmaru IPA Terpadu tahun 1984.

Soal
Mobil masa kini biasanya masih menggunakan bensin atau diesel (solar) sebagai bahan bakarnya. Satu liter bensin umumnya dapat menjalankan mobil dengan laju 40 km/jam sejauh 8 km pada jalan mendatar. Gaya gesekan udara dan lain-lain yang dialaminya tergantung pada lajunya menurut grafik sebagai berikut:

Bensin yang dijual pada masyarakat mengandung timbal tetra-etil, agar tidak terjadi pembakaran spontan dalam mesin. Taraf kesukaran pembakaran spontan ini diukur dengan "bilangan oktan". Bilangan oktan 100 diberikan kepada iso-oktana yang amat sukar terbakar secara spontan, sedangkan bilangan oktan 0 diberikan kepada n-heptana yang amat mudah terbakar secara spontan.

Keburukan timbal tetra-etil adalah, bahwa senyawa itu memutuskan ikatan fosfat RNA transfer dalam sel manusia. Sejak empat puluh tahun yang lalu telah diusulkan suatu cara peningkatan efisiensi bensin, tetapi baru tahun 1983 masalah teknis tertentu terpecahkan di Inggris, dan dapat diharapkan bahwa penggunaan senyawa timbal itu dapat dihentikan.

Penelitian itu menghasilkan peningkatan efisiensi sebesar 5%, dan turunnya sisa-sisa hidrokarbon, karbon monoksida, dan karbon sebanyak ±15% pada rotasi mesin sebesar ±3.000 putaran /menit.

Data lain:
massa jenis iso-oktana = 900 kg/m2
kalor pembakaran heptana = 5kj/mol

(bahan dari: NEW SCIENTIST)

84. Efisiensi kerja mesin mobil itu, jika bahan bakarnya iso-oktana (C4H18) adalah:
A. 4,1%
B. 6,8%
C. 36%
D. 41%
E. 68%

85. Jika mobil berjalan mendatar seperti disebut dalam tulisan di atas, daya yang dihasilkan mesinnya adalah:
A. 5 watt
B. 16 watt
C. 22 watt
D. 80 watt
E. 320 watt

Pembahasan
Berdasarkan bacaan di atas, energi yang ada berasal dari pembakaran iso oktana (ρ = 900 kg/m3).

Untuk 1 liter iso oktana massanya adalah:
m = ρ V
m = 900 x 10-3
m = 0,9 kg

Banyak mol iso oktana:
mol = gr/Mr
mol = 900/114

Kalor pembakaran 900/114 mol (anggap sama dengan kalor pembakaran heptana)
= 900/114 x 4kJ/mol
= 39,47 kJ

Dari bacaan dan grafik, untuk menentukan energi yang keluar V = 40 km/jam
S = 8 km
t = S/V
t = 8km/40 km/jam
t = 0,2 jam

Energi yang keluar dihitung dengan rumusan:
Energi = daya x waktu
= F V t
= 2 newton x 40 km/jam x 0,2 jam
= 16 kJ

Efisiensi = (Energi keluar/Energi Masukan) x 100%
= (16/39,47) x 100%
= 40,54% (dibulatkan 41%)

85. Daya saat mobil berjalan mendatar:
Dari bacaan dan grafik di atas,
V = 40 km/jam
F = 2 N

Daya = P
P = FV
= 2 newton x 40 km/jam
= 2 N x (40/3,6) m/s
= 22,22 watt (pembulatan 22 watt)