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, tetapi bukan satu-satunya; pengukuran kualitas bahan bakar solar lainnya meliputi (namun tidak terbatas pada) kandungan energi, kerapatan, keterpelumasan, sifat aliran dingin, dan kandungan belerang.Werner Dabelstein, Arno Reglitzky, Andrea Schütze and Klaus Reders "Automotive Fuels" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007, Wiley-VCH, Weinheim.
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.
bilangan setana = % n-setana + 0,15(% isosetana)

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.bosch.de (dalam bahasa Jerman) 

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. MY Renewable Diesel milik Neste yang dijual di Finlandia memiliki bilangan setana minimum sebesar 70.

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. Bahan bakar solar di California memiliki bilangan setana minimum sebesar 53. 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.

Neste MY Renewable Diesel yang dijual di Amerika Utara memiliki bilangan setana sebesar 70+.
Bahan tambahan
Alkil nitrat (terutama 2-etilheksil nitratdorfketal.com ) 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.  Dimetil eter merupakan bahan bakar solar yang potensial karena memiliki bilangan setana yang tinggi (55-60) dan dapat diproduksi sebagai bahan bakar hayati. 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. 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 . Waktu antara dimulainya injeksi dan pemulihan tekanan ruang pembakaran hingga  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.Heyne, Kirby, Boehman, Energy & Fuels, 2009. 

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).
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
 NExBTL
 Bilangan oktan
Referensi

Bacaan lebih lanjut


Pranala luar
  Artikel oleh Bruce Hamilton
  Penjelasan Setana dari BP

Kategori:Bahan bakar diesel
Kategori:Teknologi bahan bakar
Kategori:Produksi minyak bumi
Kategori:Skala