Konsumsi Energi Mobil

Sebuah mobil keluarga memberikan perubahan dalam kehidupan dengan memberikan mobilitas yang tinggi. Sayangnya mobil bukanlah sebuah alat yang efisien. Di bawah kondisi ideal, hanya 15% dari energi diperoleh dari pembakaran bahan bakar digunakan untuk mendorong mobil bergerak. Dalam kedaan diam dan bergerak percentase tersebut turun walaupun lebih rendah. Tidak ada pendekatan yang mengagumkan dari 100 juta kendaraan di Amerika yang bertanggung jawab hampir setengah dari konsumsi semua bentuk transportasi.

Di bawah ini akan dijelaskan bagaimana proses kehilangan daya pada mobil ketika bergerak. Energi kimia adalah sebuah kuantitas yang diberikan dari bahan bakar yang dikonsumsi selama mengendarai kendaraan, baik berkendara di dalam kota dan berkendara dijalan bebas hambatan. Semua item ditunjukkkan dalam bentuk persentase dari daya masukan bahan bakar. Diindikasikan HP adalah daya mekanik yang dihasilkan dari kerja selinder mobil. Setelah pembakaran 62% dari daya input masukan hilang untuk proses pendinginan selinder dan kehilangan energi. Setelah gesekan utama menghilang pada mesin, daya mekanik keluaran dari mesin adalah 25% dari daya masukan bahan bakar. Ini disebut sebagai daya rem (BHP). Dalam proses transmisi BHP ke roda, 3% hilang menjadi gesekan fluida dalam transmisi dan perputaran gear. Pada berkendara di dalam kota sekitar 7.5% dibuang dalam pengereman dan proses meluncur. Beberapa aksesoris dalam mobil memerlukan sekitar 2.5% dari BHP. Hal ini menyisakan daya masukan bahan bakar sekitar 12% yang menunjukkan daya untuk menggerakan roda. Daya roda ini dapat digunakan untuk mempercepat kendaraan dan berfungsi mengatasi gesekan selama roda berputar dan gesekan udara. Pada kelajuan 70 km/jam keduanya menghilangkan energi yang sama.

Misalkan gesekan putaran dari ban adalah f yang secara kasar bernilai tetap (faktanya hal tersebut menurun sebagaimana kecepatan meningkat karena gaya angkat aerodinamis pada mobil). Daya yang dihasilkan oleh gesekan tersebut adalah P = f.v. Sedangkan gaya gesekan pada mobil akibat udara dituliskan  adalah

Dimana ρ merupakan kerapatan fluida, A merupakan luas permukaan yang tegak lurus kecepatan, dan C koefisien gesekan. Total kehilangan daya tentunya adalah jumlah dari daya gesekan sewaktu berputar dan gesekan udara atau aerodinamis.

Dari persamaan di atas faktor daya gesekan udara sangat bergantung pada kelajuan pangkat tiga. Sebagai contoh ketika sebuah kendaraan melaju 70 km/j akan diperlukan daya dua kali lebih besar untuk mengatasi gesekan dibandingkan kelajuan saat 55 km/j. Sedangkan pada kecepatan 80 km/j akan menjadi tiga kali lebih besar. Jika kita mencoba membandingkan sebuah mobil biasa dan truk, kita akan menemukan bahwa kehilangan daya akibat gesekan udara adalah 20 kW untuk mobil dan 115 kW untuk truk ( 20 kW akan cukup memuaskan untuk mencukupi kebutuhan rata-rata listrik dirumah). 

Kehilangan daya besar tersebut dapat dikurangi dengan melakukan beberapa cara. Secara nyata kita dapat mengendarai kendaraan pada kelajuan yang rendah. Hal lain juga adalah dengan membuat bentuk kendaraan yang aoerodinamis sehingga koefisien gesekan udara menjadi sangat kecil. Selain itu, bagian depan kendaraan dapat dikurangi dengan membuat mobil biasa dan truck berukuran lebih kecil. Hal lainnya adalah menutup jendela kaca dapat pula mengurangi gesekan udara dalam persentase yang kecil. Disisi lain, kehilangan daya akibat putaran ban dapat diminimalisasi dengan menjaga tekanan ban tetap tinggi untuk mengurangi kelenturan ban. 

Biasanya ukuran efisiensi bahan bakar sering dinyatakan dalam mil/galon atau dalam  km/L. Bentuk lain dari konsumsi bahan bakar kendaraan dapat dinyatakan pula dalam L/km. Energi yang diperlukan untuk bergerak dengan kelajuan konstan dapat dituliskan sebagai berikut:

Jarak yang ditempuh selama delta t tersebut dapat dihubungkan dengan persamaan gerak yaitu:

Sehingga konsumsi bahan bakar untuk sebuah kendaraan dalam mengatasi gesekan putaran roda dan gesekan udara dapat ditulis:

Dari persamaan diatas kita dapat menghitung berapa konsumsi energi untuk kecepatan tertentu sebuah kendaraan yang melaju. Untuk satu 1 L bahan bakar dilepaskan energi sebesar 3 x 10^(7) Joule. Dari nilai konversi tersebut, konsumsi bahan bakar akhirnya dapat dinyatakan dalam bentuk L/km. 

Sumber: 

Strategy for Energy Conservation Through Tribology. Pinkus and Wilcock (1977).

Physics Teacher. Waring (1980).

University Physics. Harris Benson (1995).