BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Gambar 2.1 Penyulingan Minyak Sumber : id.wikipedia.org/wiki/ Crude_Oil_Distillation

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Pada proses pembakaran terbuka, umumnya bahan bakar yang digunakan tersususun dari bahan hidrokarbon seperti solar dan kerosin yang di peroleh dari hasil proses penyulingan minyak bumi atau minyak mentah (Gambar 2.1). Gambar 2.1 Penyulingan Minyak Sumber : id.wikipedia.org/wiki/ Crude_Oil_Distillation Solar Solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 o C 340 o C. Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel. (Pertamina,2005) Minyak solar ini digunakan untuk bahan bakar mesin Compression Ignition. Udara yang dikompresi menimbulkan tekanan dan panas yang tinggi sehingga membakar solar yang disemprotkan oleh injektor. Indonesia menetapkan solar dalam peraturan Ditjen Migas No. 3675K/24/DJM/2006. Minyak solar yang 6

2 sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus hetadecene (C16H34) dan alpha-methilnapthalene. (Darmanto, 2006) Karakteristik Solar Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Minyak solar sebagai bahan bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti Cetane Number (CN), penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala dan (Mathur, Sharma, 1980). a. Cetane Number (CN) Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan alphametyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52% alpha- metyl naphthalene. Angka CN yang tinggi menunjukkan bahwa minyak soloar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah dan sebaliknya angka CN yang rendah menunjukkan minyak solar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi. b. Penguapan (Volality) Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya. c. Residu karbon. Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %. 7

3 d. Viskositas. Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya. e. Belerang atau Sulfur. Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0,5% - 1,5%. f. Kandungan abu dan endapan. Kandungan abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%. g. Titik nyala. Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 o C. h. Titik Tuang. Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 o C. i. Sifat korosif. Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa. j. Mutu penyalaan. Nama ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang paling penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya 8

4 penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan. (ASTM D-975, 1991) Minyak solar yang dihasilkan harus memiliki standar dan mutu (spesifikasi) yang memenuhi persyaratan yang bisa dilihat dalam tabel 2.1. Tabel 2.1 Spesifikasi minyak solar Sumber: Surat Keputusan Dirjen Migas 3675/K/24/DJM/ Bahan Bakar Gas (BBG) Bahan Bakar Gas merupakan Bahan bakar hidrokarbon dengan fase gas yang telah dimampatkan. Secara umum lebih dari 80% komponen gas bumi yang dipakai sebagai BBG merupakan gas metana, 10%-15% gas etana, dan sisanya adalah gas karbon dioksida, dan gas-gas lain. Bahan bakar gas dapat dikelompokkan ke dalam dua bagian utama yaitu gas alam (natural gas) dan gas buatan (manufactured gas). Gas alam umumnya berada di tempat yang sama 9

5 dengan endapan minyak dan batubara. Sedangkan gas buatan diproduksi dari kayu, tanah gambut, batubara, minyak, dan sebagainya. Komponen mampu bakar dari gas adalah metana, karbondioksida, dan hidrogen dalam jumlah yang bervariasi. Karakteristik dari gas sangat tergantung pada komponen yang ada dalam gas tersebut. Berdasarkan sumbernya bahan bakar gas dapat dibagi 2 yaitu : Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam: o Gas alam o Metan dari penambangan batubara Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat o Gas yang terbentuk dari batubara o Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa o Dari proses industri lainnya (gas blast furnace) Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dengan kandungan methana % Sejarah Biogas Gas methan (biogas) ini sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China, dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas. Sejarah penemuan proses anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas tersebar di benua Eropa. Penemuan ilmuan Alessandro Volta terhadap gas yang dikeluarkan dirawa-rawa terjadi pada tahun 1770, beberapa decade kemudian Avogadro mengidentifikasikan tentang gas Methana. Setelah tahun 1875 dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari proses anaerobik digestion. Tahun 1884 Pateour melakukan penelitian tantang biogas menggunakan kotoran hewan. Era penelitian Pasteour menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga saat ini. Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Di Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua perang dunia dan beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama perang dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor. Karena harga BBM semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950-an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di Negara-negara berkembang kebutuhan 10

6 akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia ada. Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat pencerna anaerobik pertama dibangun pada tahun (BurhaniRahman, Definisi Biogas Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana (CH 4 ) dan karbon dioksida (CO 2 ). Biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari sumber energi terbarukan. Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana (CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi (nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur, kandungan air dan karbon dioksida (CO2). Saat ini pemanfaatan Biogas yaitu digunakan sebagai bahan bakar altrenatif pengganti bahan bakar fosil, salah satunya Biogas digunakan sebagai pengganti LPG untuk kompor gas rumah tangga, selain itu Biogas juga digunakan sebagai bahan bakar untuk mengoperasikan generator listrik Karakteristik Biogas Kandungan komposisi biogas dapat berbeda-beda tergantung dari bahan pembuatnya. Kandungan utama dari biogas adalah gas metana (CH 4 ) dan karbon dioksida (CO 2 ) kandungan gas lainnya ialah karbon monoksida (CO), nitrogen (N), hidrogen sulfide (H 2 S), oksigen (O 2 ), hidrogen (H 2 ), dan ammonia (NH 3 ). Sifat fisik dan kimiawi biogas dipengaruhi oleh bahan baku pembuat biogas tersebut dan nilainya berbeda-beda akan tetapi tidak terlalu jauh. (Omid dkk, 2011) Secara umum komposisi kandungan biogas ditunjukan pada tabel

7 Tabel 2.2 Komposisi kandungan biogas Sumber : Biogas Composistion and qualities (Omid dkk, 2011) Biogas memiliki beberapa sifat fisik secara umum. Sifat fisik biogas dapat dilihat pada tabel 2.3. Tabel 2.3 Sifat fisik biogas Sifat Fisik Keterangan Titik Bakar C Specific Gravity 0,55 Desnsitas 1,2 kg/m 3 RON 130 Nilai Kalor MJ/kg Laju Nyala 0,25 m/s 12

8 Adapun sifat kimiawi dari biogas secara umum adalah: 1. Biogas mudah terbakar bila bercampur dengan oksigen flash point C. 2. Biogas sulit untuk disimpan dalam tabung praktis karena biogas dapat berubah fase menjadi cair pada suhu C. 3. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida bila dibakar sehingga aman untuk penggunakan rumah tangga. 4. Biogas tidak memiliki warna dan tidak berbau Nilai Kalor Biogas Dengan menggunakan rumus pembakaran, berat dari uap air yang dihasilkan dapat dihitung. CH4 + O2 >>> CO2 + 2H2O >>> / = lb H2O/lb CH4 Dengan mengasumsikan panas kondensasi air sebesar 1040 Btu/lb, maka panas kondensasi pembakaran metana sekitar 2336 Btu per pound metana yang dibakar. HHV dan LHV untuk pembakaran metana dapat kita lihat sebagai berikut. HHV = 23,890 Btu/lb or Btu/ft3* LHV = 21,518 Btu/lb or Btu/ft3* * At 68 F and 14.7 psia. Sifat-sifat biogas tiap % CH4 yang dikandungnya dapat dilihat pada tabel 2.4. Tabel 2.4 Nilai LHV biogas tiap % CH 4 yang dikandungnya Sumber : David Ludington, 2006 Biogas Kering (CH4 dan CO2) pada 32 F & 1 atm % Densitas %Volume g mol LHV Berat ft 3 /lb CH 4 wt lbs d.g/ft 3 Btu/ft 3 CH 4 d.g 40 32,8 19,60 0, , ,3 20,90 0, , ,7 22,30 0, , ,1 23,70 0, ,

9 Tabel 2.4 Lanjutan Biogas Kering (CH4 dan CO2) pada 32 F & 1 atm %Volume CH 4 %Volume %Volume %Volume %Volume ft 3 /lb CH 4 CH 4 CH 4 lbs d.g/ft 3 CH 4 d.g 48 30,6 25,20 0, , ,0 26,70 0, , ,5 28,30 0, , ,9 30,00 0, , ,4 31,70 0, , ,8 33,50 0, , ,2 35,40 0, , ,7 37,30 0, , ,1 39,30 0, , ,6 41,40 0, , ,0 43,70 0, , ,4 46,00 0, , Biogas Kering Proses Pembuatan Biogas Pada dasarnya pembuatan biogas sangat sederhana, yaitu hanya dengan memasukkan substrat seperti kotoran ternak, limbah pertanian, limbah rumah tangga ke dalam digester yang anaerob yang kemudian akan menghasilkan biogas dan dapat disimpan di dalam tangki penyimpanan kemudian dapat digunakan. Prinsip pembuatan biogas adalah adanya dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar adalah berupa gas metan (yang memiliki sifat mudah terbakar) dan karbon dioksida, gas inilah yang disebut biogas. Proses dekomposisi anaerobik dibantu oleh sejumlah mikroorganisme, terutamabakteri metan. Suhu yang baik untuk proses fermentasi adalah o C, dimana pada suhu tersebut mikro organisme mampu merombak bahan bahan organik secara optimal. Berikut ini skema proses pembuatan biogas dapat dilihat pada gambar

10 Gambar 2.2 Proses pembuatan biogas sederhana Sumber : Proses pembuatan biogas dalam perkembangan saat ini dibagi menjadi 3 jenis yaitu: 1. Fixed Dome Plant Pada fixed dome plant, digesternya tetap. Penampung gas ada pada bagian atas digester. Ketika gas mulai timbul, gas tersebut menekan slurry ke bak slurry. Jika pasokan kotoran ternak terus menerus, gas yang timbul akan terus menekan slurry hingga meluap keluar dari bak slurry. Gas yang timbul digunakan/dikeluarkan lewat pipa gas yang diberi katup/kran. 2. Floating Drum Plant Floating drum plant terdiri dari satu digester dan penampung gas yang bisa bergerak. Penampung gas ini akan bergerak keatas ketika gas bertambah dan turun lagi ketika gas berkurang, seiring dengan penggunaan dan produksi gasnya. 3. Jenis Balon Reaktor balon merupakan jenis reaktor yang banyak digunakan pada skala rumah tangga yang menggunakan bahan plastik sehingga lebih efisien dalam penanganan dan perubahan tempat biogas. reaktor ini terdiri dari satu bagian yang berfungsi sebagai digester dan penyimpan gas masing masing bercampur dalam satu ruangan tanpa sekat. Material organik terletak dibagian bawah karena memiliki berat yang lebih besar dibandingkan gas yang akan mengisi pada rongga atas. 15

11 Dalam perencanaan pembangunan biogas, rancangan anggaran biayanya dapat dilihat pada tabel 2.5. Tabel 2.5 Rancangan anggaran pembangunan biogas Sumber: ITS-paper Rancangan Anggaran Biaya Pembangunan Biogas No Waktu Biaya Tipe Vol digester Produksi Beroperasi anaerobic Digester ( m 3 ) (L/hari) (tahun) digester (Rp) 1 Type ,- 2 Type 2 4, ,- 3 Type 3 5, ,- 4 Type , Kelebihan dan Kekurangan Biogas Biogas memiliki beberapa kelebihan dan keuntungan dibandingkan dengan bahan bakar gas lainnya seperti LPG dan CNG. Berikut ini adalah beberapa kelebihan dan kekurangan biogas: Kelebihan : a. Energi yang terbaharukan dan tidak membutuhkan material yang masih di gunakan sehingga tidak mengganggu keseimbangan karbon dioksida. b. Energi yang dihasilkan biogas dapat menggantikan bahan bakar fosil (nilai kalor tinggi). c. Ramah lingkungan. d. Harga biogas murah. e. Emisi gas buang yang rendah. f. Menghasilkan pupuk organic yang berkulitas tinggi. Kekurangan : a. Memerlukan biaya instalasi yang cukup besar. b. Belum dapat dikemas dalam bentuk cair dalam tabung. c. Belum dikenal masyarakat luas. 16

12 2.3 Dual Fuel System Berbeda dengan mesin berbahan bakar bensin, mesin diesel tidak memiliki katup penghambat/penutup (throttle). Sebagai gantinya mesin diesel menggunakan governor yang mengatur kecepatan mesin. Mesin diesel menggunakan governor yang sepenuhnya mekanik, sederhana namun berputar dengan efektif. Fungsi governor adalah untuk menjaga kecepatan mesin tanpa mempedulikan bebannya (jenis governor lainnya dapat menanggung beban dalam kecepatan berapa saja namun sekali lagi, ini lebih canggih dan lebih mahal). Governor mengatur permintaan bahan bakar sehingga dapat mempertahankan kecepatan yang telah ditetapkan. Kecepatan mesin disesuaikan oleh 'rak' yang diatur oleh operator untuk mencapai kecepatan tertentu yang diinginkan. Oleh sebab itu, sesungguhnya operator menggunakan posisi rak sebagai pengendali katup penghambat, meskipun fungsinya berbeda dari mesin bensin karena dalam hal ini yang diatur adalah bahan bakarnya dan bukan udaranya, namun hasil akhirnya tetap sama. Hal ini penting untuk diketahui, karena ketika kita memperkenalkan biogas ke dalam sistem, kita mengganti udara yang 'lembam' dengan campuran yang mudah meledak/eksplosif sehingga seluruh fisika yang terlibat dalam proses pembakarannya benar-benar mengalami penataan ulang. Untungnya, kita tidak harus lebih dulu menjadi ahli termodinamika supaya dapat membuat semuanya berjalan. Pada kenyataannya, sistem cenderung menyeimbangkan dirinya sendiri dan rasio campuran eksplosif tersebut terbentuk secara otomatis. Biogas tidak dapat menyalakan dirinya sendiri di bawah tekanan/kompresi, sehingga sedikit solar masih diperlukan untuk pemantik. Rasio optimal yang dapat dicapai saat menggunakan biogas sebagai bahan bakar utama adalah sekitar 20% solar untuk 80% biogas. Menambahkan sedikit solar ke dalam campuran juga penting untuk melumasi injektor bahan bakar, ini adalah fungsi sekunder solar. Jika Anda ingin menjalankan sebuah mesin sepenuhnya menggunakan biogas murni, maka diperlukan sebuah 'mesin gas'. Mesin gas ini pada dasarnya adalah mesin diesel dengan pemantik percikan, berbeda sekali dengan mesin diesel sejati, yang menggunakan kompresi untuk memantik campuran bahan bakar/udara. Mesin gas tersedia dalam ukuran relatif kecil, tetapi harganya cenderung lebih 17

13 mahal dan sulit dicari dibandingkan mesin diesel biasa. Karena mesin gas memiliki sistem pemantik, maka mesin tersebut cenderung lebih kompleks. Keunggulan mesin diesel adalah kesederhanaannya, mesin diesel murni dapat berfungsi dengan mengandalkan unsur-unsur mekanik saja. Penambahan gulungan, busi, waktu pemantik, dll hanya membuat sistem menjadi lebih kompleks sehingga lebih menuntut perawatan dan meningkatkan kemungkinan terjadinya kegagalan mekanis. (Gordon Hirst,2013) Dual fuel system solar-biogas adalah sistem bahan bakar yang menggunakan dua jenis bahan bakar sekaligus di dalam bekerjanya motor bakar sebagai motor penggerak yaitu bahan liquid (solar) dan bahan bakar gas (biogas) melalui sedikit modofikasi mixer mesin pada bagian intake manifold mesin diesel dan menggunakan gas injector untuk menyuplai biogas. Biogas yang masuk bercampur dengan udara di mixer kemudian masuk ke dalam ruang bakar, kemudian dari sisi lain bahan bakar liquid (solar) akan masuk sekaligus. Bahan bakar yang terdiri dari solar, biogas, dan udara akan dikompresi di ruang bakar untuk selanjutnya terbakar dan menghasilkan energi. Sistem dua bahan bakar dapat dilihat pada gambar 2.2. Gambar 2.3 Mesin dengan sistem dua bahan bakar Sumber: Mesin Diesel Salah satu penggerak awal yang banyak dipakai adalah mesin kalor, yaitu mesin yang menggunakan energi panas untuk melakukan kerja mekanik atau yang mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri didapat dengan proses pembakaran, proses fusi bakan bakar nuklir atau proses-proses 18

14 yang lain. Ditinjau dari cara memperoleh energi termal ini, mesin kalor dibagi menjadi dua golongan yaitu mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Pada mesin pembakaran luar, proses pembakaran terjadi di luar mesin dimana energi panas dari gas hasil pembakaran dipindah ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Sedangkan pada mesin pembakaran dalam atau dikenal dengan motor bakar, proses pembakaran terjadi di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Motor diesel disebut juga motor bakar atau mesin pembakaran dalam karena pengubahan tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanik dilaksanakan di dalam mesin itu sendiri. Di dalam motor diesel terdapat torak yang mempergunakan beberapa silinder yang di dalamnya terdapat torak yang bergerak bolak-balik (translasi). Di dalam silinder itu terjadi pembakaran antara bahan bakar solar dengan oksigen yang berasal dari udara. Gas yang dihasilkan oleh proses pembakaran mampu menggerakkan torak yang dihubungkan dengan poros engkol oleh batang penggerak. Gerak translasi yang terjadi pada torak menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi tersebut mengakibatkan gerak bolak-balik torak. Konsep pembakaran pada motor diesel adalah melalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran ini dapat terjadi karena udara dikompresi pada ruangan dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar daripada motor bensin, yaitu antara Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar. Hal ini berbeda untuk percikan pengapian mesin bensin yang menggunakan busi untuk menyalakan campuran bahan bakar udara. Mesin dan siklus termodinamika keduanya dikembangkan oleh Rudolph Diesel pada tahun (Wiranto Arismunandar, 1988) Prinsip Kerja Mesin Diesel Siklus Diesel adalah siklus teoritis untuk compression-ignition engine atau mesin diesel. Siklus Perbedaan antara siklus diesel dan Otto adalah penambahan panas pada tekanan tetap. Karena alasan ini siklus Diesel kadang disebut siklus 19

15 tekanan tetap. Dalam diagram P-v dan T-s, siklus diesel dapat dilihat pada gambar 2.4. Gambar 2.4 Diagram T - S dan P - V siklus diesel Sumber: Mc Graw Hill, 1982 Dalam kondisi ideal siklus diesel dibatasi dua garis isentropik dan dua garis isovolum. Masing-masing proses ini dijelaskan sebagai berikut: Proses 1-2 : adalah kompresi isentropik dimana piston bergerak dari TMB ke TMA Proses 2-3 : adalah proses perpindahan panas dari bahan bakar ke fluida kerja (pembakaran). Proses ini terjadi saat piston berada di TMA atau terjadi secara isovolum. Proses 3-4 : Proses ekspansi (proses menghasilkan daya) secara isentropik Proses 4-1 : Proses pembuangan panas ke lingkungan dimana piston berada pada TMB. Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Diesel Sumber : 1. Langkah Isap Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak dari bawah katup isap terbuka, yang 20

16 menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara. 2. Langkah Kompresi Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup tertutup, Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi, suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur C C (pada perbandingan kompresi 21 : 1). 3. Langkah Usaha Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA. Pada akhir langkah kompresi, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi, terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaah tertutup. Gaya dorong ke bawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB. 4. Langkah Buang Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA. Bersamaan itu juga, katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju saluran pembuangan (exhaust) Performansi Mesin Diesel a. Nilai Kalor Bahan Bakar. Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. 21

17 Nilai kalor atas (High Heating Value, HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan: HHV = (T2 T1 Tkp) x Cv... (2.1) Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kj/kg) T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan ( 0 C) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan ( 0 C) Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0,05 0 C) Cv = Panas jenis bom kalorimeter (KJ/Kg 0 C) Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15% yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah hidrogennya. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kn/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kj/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut: LHV = HHV (2.2) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kj/kg) Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat 22

18 tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV) b. Daya Poros Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator, yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah: x...(2.3) Dimana : P B V I c. Torsi = daya (W) = Beda potensial dari pembebanan (Volt) = Kuat arus yang dibutuhkan dari pembebanan (A) Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak, dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Skema operasi dynamometer dapat dilihat pada gambar

19 Gambar 2.6 Skema operasi dynamometer Sumber : docplayer. dasar teori mesin diesel Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. P B =... (2.4) T =... (2.5) Dimana : P B = Daya ( W ) T = Torsi ( Nm ) N = Putaran mesin ( rpm ) d. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. SFC =... (2.6) x... (2.7) dimana : SFC P B = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) = daya (W) = konsumsi bahan bakar (kg/jam) 24

20 ρf = massa jenis bahan bakar (kg/m 3 ) Vf = Volume bahan bakar (ml) t = waktu (s) e. Efisiensi Thermal Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake (thermal efficiency, η b ). Jika daya keluaran P B dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar m f dalam satuan kg/jam, maka: η b = x (2.8) f. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR) Energi yang masuk kedalam sebuah mesin berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:....(2.9)...(2.10) Dimana: T massa udara di dalam silinder per siklus massa bahan bakar di dalam silinder per siklus laju aliran udara didalam mesin laju aliran bahan bakar di dalam mesin tekanan udara masuk silinder temperatur udara masuk silinder konstanta udara volume langkah (displacement) volume sisa 25

21 g. Brake mean Effective Preasure (bmep) Brake mean effective preasure (bmep) adalah tekanan rata rata ruang bakar untuk setiap satu kali siklus pembakaran. Untuk mesin 4 tak dengan 2 kali putaran mesin setiap satu siklus pembakaran, nilai tekanan efektif rata-rata dapat dicari dengan menggunakan rumus: 4 T = (bmep) Vd... (2.11) bmep =... (2.12) Dimana : = Daya keluaran (Watt) N = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m) Bmep = Tekanan efektif rata-rata (kpa) Vd = Volume ruang bakar (m 3 ) 2.5 Tinjauan Nilai Ekonomis Nilai ekonomis adalah nilai yang dimiliki oleh suatu benda yang bisa diperhitungkan dengan nilai uang sejak dia memasuki masa produktif sampai dengan habisnya masa produktif tersebut. Nilai ekonomis bahan bakar erat kaitannya dengan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC). Dimana dihitungnya jumlah harga dari banyaknya bahan bakar yang habis selama penyalaan mesin dalam waktu tertentu. Untuk menghitung nilai ekonomis dari tiap bahan bakar, rumus yang digunakan adalah : x /kg...(2.13) 2.6 Blower Blower adalah mesin atau alat yang digunakan untuk menaikkan atau memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam suatu ruangan tertentu juga sebagai pengisapan atau pemvakuman udara atau gas tertentu. Mesin blower termasuk bagian dari mesin fluida. Mesin fluida adalah mesin yang mengubah kerja menjadi energi mekanis fluida yaitu energi potensial dan energi kinetic atau sebaliknya. Suatu pompa sentrifugal atau blower sentrifugal 26

22 pada dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih yang dilengkapi dengan sudusudu yang dipasangkan pada poros yang berputar dan diselubungi oleh rumah (casing). Blower dapat dilihat pada gambar 2.7. Gambar 2.7 Blower Sumber: Jenis -Jenis blower Blower dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi daripada fan, sampai 1,20 kg/cm2. Dapat juga digunakan untuk menghasilkan tekanan negatif untuk sistim vakum di industri. Blower sentrifugal dan blower positive displacement merupakan dua jenis utama blower, yang dijelaskan dibawah ini: a. Blower sentrifugal Blower sentrifugal terlihat lebih seperti pompa sentrifugal daripada fan. Impelernya digerakan oleh gir dan berputar rpm. Pada blower multi- tahap, udara dipercepat setiap melewati impeler. Pada blower tahap tunggal, udara tidak mengalami banyak belokan, sehingga lebih efisien. Blower sentrifugal beroperasi melawan tekanan 0, 35 sampai 0,70 kg/cm2, namun dapat mencapai tekanan yang lebih tinggi. Satu karakteristiknya adalah bahwa aliran udara cenderung turun secara drastic begitu tekanan sistim meningkat, yang dapat merupakan kerugian pada sistim pengangkutan bahan yang tergantung pada volum udara yang mantap. Oleh karena itu, alat ini sering digunakan untuk penerapan sistim yang cenderung tidak terjadi penyumbatan. b. Blower positive displacement Blower jenis positive displacement memiliki rotor, yang "menjebak" udara dan mendorongnya melalui rumah blower. Blower ini menyediakan volum udara 27

23 yang konstan bahk an jika tekanan sistimnya bervariasi. Cocok digunakan untuk sistim yang cenderung terjadi penyumbatan, karena dapat menghasilkan tekanan yang cukup (biasanya sampai mencapai 1,25 kg/cm 2 ) untuk menghembus bahanbahan yang menyumbat sampai terbebas. Mereka berputar lebih pelan daripada blower sentrifugal (3.600 rpm) dan seringkali digerakkan dengan belt untuk memfasilitasi perubahan kecepatan. ( 2.7 Supercharger Supercharger (juga dikenal dengan blower), adalah sebuah kompresor gas digunakan untuk memompa udara ke silinder mesin pembakaran dalam. Massa oksigen tambahan yang dipaksa masuk ke silinder membuat membuat mesin membakar lebih banyak bahan bakar. Dan meningkatkan efisiensi mesin dan membuat mesin lebih bertenaga. Sebuah supercharger di tenagai oleh listrik, pully sabuk, atau sprocket rantai maupun mekanisme roda gigi dari poros engkol mesin. ( Supercharger mirip dengan turbocharger, tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin. Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin dan dalam banyak aplikasi kurang efisien daripada turbocharger. Dalam aplikasi di mana tenaga besar lebih penting dari pertimbangan lain, seperti dragster top fuel dan kendaraan digunakan dalam kompetisi tractor pull, supercharger sangat umum. Supercharger mesin pertama dunia yang bisa digunakan dan diuji diciptakan oleh Dugald Clerk, dimana dia menggunakannya pertama kali pada mesin 2-tak pada tahun Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke ruang bakar. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan bakar dibakar di dalam sebuah silinder mesin. Jika udara dipaksa lebih banyak ke dalam silinder, maka bahan bakar akan lebih banyak yang akan terbakar. Mesin beroperasi dengan udara terkompresi pada tekanan atmosfer, yaitu 1 bar. Ketika katup intake silinder terbuka, tekanan atmosfer mendorong udara ke dalam silinder disaat piston diturunkan. Ketika katup buang terbuka, piston 28

24 mendorong gas buang keluar ke dalam sistem knalpot, pada tekanan atmosfer normal. Semua sistem ini berada pada tekanan udara yang sama. Pada mesin tersebut, timing katup, timing camshaft & ukuran knalpot sangat penting untuk mendapatkan output daya yang maksimum. Dalam sistem supercharger, laju aliran massa udara yang lebih besar akan dipasok atau dimasukkan ke ruang bakar, sehingga kerapatan udara yang lebih tinggi dan kecepatan aliran udara yang lebih tinggi pula. Tekanan udara yang masuk keruang bakar akan meningkat, sehingga daya akan meningkat akibat pembakaran yang lebih sempurna. ( Supercharger membutuhkan sumber putaran untuk menggerakan komponennya, sumber putarannya biasanya diambil dari tenaga mesin, sehingga hal ini akan mengurangi performansi mesin. Namun semua itu akan tertutupi oleh daya yang dihasilkan setelah penggunaan alat ini. Keunggulan dari supercharger ini, efek peningkatan performansi mesin terasa lebih spontan dibanding penggunaan turbocharger, dimana mulai dari putaran rendah sudah terjadi kenaikkan tenaga. Tidak seperti halnya pada penggunaan turbocharger, dimana efek penambahan performansi mesin akan dirasakan pada saat rpm 3000 ke atas, sehingga akan terasa kurang pada hal akselerasi pada rpm rendah, ditambah dengan tenaga yang digunakan untuk memutar turbin berasal dari gas buang pembakaran, sehingga akan menghambat pelepasan kalor dari ruang bakar. Prinsip kerja dari supercharger dapat dilihat pada gambar2.8. Gambar 2.8 Prinsip kerja supercharger Sumber: 29

25 2.8 Generator Generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis) dan rotor (kumparan berputar). Generator akan dikopel pengan mesin penngerak yang selanjutnya akan menghasilka daya. Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskan bahwa mesin memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnet pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz. Gambar 2.9 Generator Sumber: Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban akan menghasilkan daya listrik. Dalam aplikasi dijumpai bahwa generator terdiri dari genset 1 phasa atau 3 phasa. Pengertian 1 phasa atau 3 phasa adalah merujuk pada kapasitas tegangan yang dihasilkan oleh genset tersebut. Tegangan 1 phasa artinya tegangan yang dibentuk dari kutub L yang mengandung arus dengan kutub N yang tidak berarus, atau berarus No.l atau sering dikenal sebagai Arde atau Ground. Sedangkan tegangan 3 phase dibentuk dari dua kutub yang bertegangan. Genset tiga phase menghasilkan tiga kali kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt. Daya listrik dalam ilmu fisika merupakan besaran vektor, artinya besaran yang memiliki besar dan arah, tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Di Indonesia, frekuensi tegangan dan arus ditetapkan sebesar 50 Hz, dimana hal ini mengikuti standar frekuensi di 30

26 Belanda atau negara-negara Eropa, sedangkan di negara Amerika Serikat dan Kanada menggunakan frekuensi 60 Hz. (Herringshaw Brian, 2009) 2.9 Emisi Gas Buang Untuk mesin Diesel emisi gas buang yang dilihat adalah opasitas. Opasitas sendiri adalah tingkat ketebalan asap/gas buang dari mesin. Pada pengujian ini digunakan alat Heshbon Automative Opacity Smokemeter, dimana alat ini digunakan untuk mengukut tingkat ketebalan (opacity) dari gas buang kendaraan. Alat ini sendiri bekerja dengan prinsip penerangan cahaya. Dimana gas buang kendaraan lewat melalui sebuah tabung yang didalamnya telah terpasang lampu. Kemudian, alat pendeteksi photodiode, mendeteksi ketebalan gas buang tersebut dan mengkonversi nilainya untuk dimunculkan pada display. Adapun Standart nilai opasitas berdasarkan peraturan menteri Negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas buang dapat dilihat pada gambar Gambar 2.10 standar Uji Emisi Gas Buang Sumber : Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Sumber Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O 3 ) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. 31

27 2.9.2 Komposisi Kimia Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya Bahan Penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas. c. Partikulat Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan. Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam. d. Unburned Hidrocarbon (UHC) Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu 32

28 pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan. Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar. e. Karbon Monoksida (CO) Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO 2 ) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk. f. Oksigen (O 2 ) Oksigen (O 2 ) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO 2 ) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya 33

29 reaksi antara N 2 dan O 2 pada temperature tinggi di atas 1210 o C. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut: O 2 N 2 +O N+O 2 2O NO+N NO Teori Pembakaran Pada motor bakar, proses pembakaran merupakan reaksi kimia yang berlangsung sangat cepat antara bahan bakar dengan oksigen yang menimbulkan panas, sehingga mengakibatkan tekanan dan temperatur gas yang tinggi Kebutuhan oksigen untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran antara oksigen dan nitrogen, serta beberapa gas lain dengan presentase yang relatif kecil dan dapat diabaikan. Reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang diperoleh dari udara akan menghasilkan produk hasil pembakaran yang komposisinya tergantung dari kualitas pembakaran yang terjadi. Dalam pembakaran, prose yang terjadi adalah oksidasi dengan reaksi dapat dilihat pada gambar Gambar 2.11 proses pembakaran mesin diesel Sumber: Pembakaran diatas dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen (dari udara) mempunyai perbandigan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa. Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran lean (kurus), pembakaran ini menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau tidak cukup oksigen), dikatakan campuran rich (kaya), pembakaran ini menghasilkan api reduksi. ( mesin-diesel.html) 34

30 Dalam pembakaran, ada pengertian udara primer yaitu udara yang dicampurkan dengan bahan bakar di dalam burner (sebelum pembakaran) dan udara sekunder yaitu udara yang dimasukkan dalam ruang pembakaran setelah burner, melalui ruang sekitar ujung burner atau melalui tempat lain pada dinding dapur. Produk pembakaran campuran udara-bahan bakar dapat dibedakan menjadi: 1. Pembakaran sempurna (Pembakaran ideal) Setiap pembakaran sempurna menghasilkan karbon dioksida dan air. Peristiwa ini hanya dapat berlangsung dengan perbandingan udara-bahan bakar stoikiometris dan waktu pembakaran yang cukup bagi proses ini. 2. Pembakaran tak sempurna Peristiwa ini terjadi bila tidak tersedia cukup oksigen. Produk pembakaran ini adalah hidrokarbon terbakar maka aldehide, ketone, asam karbosiklis dan sebagian karbon monoksida menjadi polutan dalam gas buang. 3. Pembakaran dengan udara berlebihan Pada kondisi temperatur tinggi, nitrokgen dan oksigen dari udara pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan NO2). 35