BAB III PEMBAKARAN PADA MOTOR DIESEL Pembakaran adalah Reaksi kimia dari komposisi bahan bakar terhadap oksigen. Komposisi bahan bakar dimaksud adalah : - Zat arang (carbon) dengan unsur kimia C - Zat air (hydrogen) dengan unsur kimia H 2 - Zat lumas (netrogen) dengan unsur kimia N 2 - Zat belerang (sulp hair) dengan unsur kimia S 2 Reaksi kimia tersebut adalah C + O 2 2C + O 2 2H 2 + O 2 N 2 + O 2 S + O 2 CO 2 (CO 2 akan menghasilkan pembekaran sempurna) 2CO (CO mengakibatkan pembakaran tidak sempurna) 2H 2 O 2NO SO2 Sebagaimana diketahui bahwa yang menonjol dari udara adalah oksigennya, yang dapat dilihat konsentrasinya: Dalam prosentase berat : 23% O 2 dan 77% N 2 Dalam prosentasi volume : 21% O 2 dan 79%N 2 ) Berikut adalah langkah-langkah (tahap-tahap) dari proses pembakaran yaitu: a. Infeksi (penyemprotan) bahan bakar oleh injector b. Cracking prosesn (proses pemecahan) bahan bakar dari partikel-partikel besar menjadi partikel-partikel kecil c. Pengabutan bahan bakar, partikel-partikel kecil berubah bentuk,menjadi kabut (tog). d. Penguapan bahan bakar, setelah kabut langsung menguap-uap inilah sebagai penyabab pembakaran e. Penyalaan bahan bakar f. Pembakaran bahan bakar
Pada kenyataannya langkah-langkah tersebut diatas kita dapat diteksi depan mata kaset (mata telanjang) atau secara visual, karlus putaran diesel paling rendah hanya 90 RPM. Kejadian- kejadiannya hanya diteliti di laboratorium saja. Sebagaimana diketahui bahasa pengelompokan putara-putaran pada motor diesel adalah sebagai berikut: a. Putaran 0-120 RPM disebut diesel putaran rendah (slow speed diesel) biasa dijumpai pada diesel 2 takt. b. Putaran 120-600 RPM disebut diesel putaran menengah (medium speed diesel) biasa dijumpai pada diesel 2 takt dan 4 takt. c. Putaran diatas 600 RPM disebut putaran tinggi (high speed diesel) biasa dijumpai pada diesel 4 takt. Diagram Tekanan dan Waktu Diagram pembakaran kita gambarkan dalam dua sumbu oramat adalah tekanan (pressure) dan sumbu absis adalah waktu (time) seperti dibawah ini : Gambar 20
Timing injection sesuai instruction book (manual book) dari pembuat engine (maker) misalnya: 20 0 sebelum TMA hingga 10 0 sesudah TMA. Pada diagram pembakaran terlihat bahwa 2-2-TMA adalah pembakaran pada volume tetap (V=C) sedangkan TMA-2-3 adalah pembakaran pada tekanan tetap (P=C), dimana diesel terdapat 2 pembakaran yaitu pembakaran pada volume tetap dan pembakaran pada tekanan tetap, yang lebih dikenal dengan proses ganda (diesel proscess). Bila timing injection kita rubah misalnya : 30 0 sebelum TMA, apa yang terjadi? Pada 30 0 sebelum TMA, jelas tekanan akhir kompresi belum mencapai 35kg/cm dan suhu udara akhir kompresi belum mencapai 550 0 C karena torak belum mencapai TMA, sehingga pembakaran sulit terjadi, dan bila kondisi ini dijalankan, engine cenderung mati atau putaran engine terbalik, untuk mencegah hal ini : - tining injection dikembalikan ke 20 sebelum TMA. Sedangkan bila dirubah manjadi 5 0 sebelum TMA (titik 1) maka pembakaran baru terjadi setelah TMA dititik 1n, pada kondisi tersebut tekanan udura akhir kompresi sudah menurun dari 35kg/cm2, begitu juga suhu udara akhir kompresi sudah menurun dari 550 0 C, kedua torak bergerak ke RMB. Kondisi ini disebut detonasi (terlambatnya pembakaran), dengan akibat seperti : pembakaran tidak sempurna, tenaga motor menurun, suhu gas buang tinggi, motor panas dan pemakaian BBM boros. Untuk mencegah hal ini maka diusahakan memperendah kelambatan penyaluran. a. Tining injection dikembalikan ke 20 0 sebelum TMA. b. Saat bunker lakukas full treat ment (perawatan bahan bakar) dengan mencampurkan zat kimia (chenical) kedalam bahan bakar didalam tangki dengan ratio 1:4000 liter (1 adalah chenical sedang 4000 liter adalah bahan bakar). c. Bahan bakar dipanaskan secara rutine khususnya bila memakai MFO (Marnie ful oil) dan disesuaikan pada diagram viscosity Temperature Chart yang ada dikapal. d. Tekanan kompresi ditinggikan sesuaikan dengan manual book. e. Pendingin engine diturunkan (blanding). f. Rakukas campuran bahan bakar antara MFO dengan MDO (marine diesel oil), khususnya saat kapal pada putaran berubah-ubah (pada saat olah gerak), sedangkan pada jalan/ layar panjang (full away) gunakan langsung MFO pada motor-motor 2 takt putaran slow dengan kepala silang (CROSSHEAD).
Evaluasi Hasil Pembelajaran 1. Tuliskan komposisi kimia dari bahan bakar perkapalan dengan unsur-unsur kimianya dan reaksi kimianya. 2. Jelaskan tahapan - tahapan (prosedur) dari pembakaran bahan bakar secara berurutan. 3. Gambarkan diagram tekanan waktu dari proses kompresi, pembakaran normal, awal penyemprotan, akhir penyamprotan, kelambatan penyalaan, pembakaran explosif, pembakaran defosif, pembakaran susulan dan detonasi (tentukan sendiri tining injectionnya). 4. Jelaskan sebab, akibat dan antisipasi dari proses detonasi yang terjadi dalam ruang pembakaran (cambustion chamber) NERACA PANAS (Heat Balancing) 1. Pendahuluan Pada motor diesel, pembakaran yang terjadi didalam silinder karena adanya pencampuran bahan bakar dengan udara. Bahan bakar yang dipakai adalah jenis bahan bakar untuk perkapalan yaitu : MFO ( Marine Full Oilc ), MDF ( Marine Diesel Full ), MDO (Marine Diesel Oil ) dan MGO ( Marine Gas Oil ). Sifat-sifat yang merugi pada bahan bakar perkapalan adalah bahan bakar tersebut terlambat menyala kedua titik nyala ( Flash Point ) nya tinggi diatas 43 0 C (bensin mempunyai nyala dibawah 43 0 C). Pembakaran pada motor diesel karena beberapa faktor seperti:: - Tekanan udara akhir kompresi =35-40 bar. - Suhu udara akhir kompresi =550 0-600 ) C. - Tekanan injector =250-400 bar dalam bentuk kabut / uap. - Kecepatan baham bakar keluar injector =200 m/detik. Dengan ke 4 faktor tersebut secara bersamaan terjadi, mengakibatkan terjadinya pembakaran dan suhu pembakaran ini mencapai 1600 0 C. Akibat dari pengaruh kondisi suhu pembakaran yang begitu tinggi ini, minyak pelumasnya menjadi encer, sehingga efek viscosity pelumas terganggu menjadi encer, dengan kondisi yang encer ini oil film akan hilang, sehingga terjadi kontak antara metal-metal yang bergerak mengakibatkan keduanya menjadi rusak.
Bila panas pembakaran ini dihasilkan panas sebanyak 100%, panas ini akan diserap oleh media-media ( gas buang, radiasi, air pendingin, silinder, pompa bilas, gesekan mekanis dan oleh poros). Penyerapan panas oleh media-media tersebut terhadap panas pembakaran disebut DIAGRAM SANKEY. Berikut skets dari Diagram dimaksud adalah sbb : - Panas diserap gas = Qgas = 32% - Panas hilang radiasi = Qrad = 2% - Panas diserap air = Qair = 19% - Panas diserap p.bilas = Q p.bilas = 5% - Panas diserap poros = Qporos =42% 2. Diagram Sankey
Gambar 21 3. Analisa Perhitungan Neraca Panas a. Panas yang diserap oleh gas buang. Bila untuk pembakaran sempurna tiap kg bahan bakar diperlukan 14,5 kg udara, berarti berat udara theoritis (guth)=14,5 kg tiap kg bahan bakar sehingga: Gupr = fu. Guth 1 Namun bila komposisi bahan bakar diketahui yang mengandung Carbon (C), Hydrogen (H) Oksigen (O), Nitrogen (N) Dan Sulphy (S) maka Guth =100 ( 8 C + 8 H-O+S) 23 3 kg / kg b, bakar.2 G gas = Gupr + G bb Q gas = G gas. Pj gas. T gas 3 4 Bila diketahui kelebihan udara x %, maka, Gupr = (100%+x%) fu. Guth 5 dimana : Guth dalam kg/kg b. bakar Gupr dalam kg/kg. Bahan bakar Qgas dalam kj/kg 0 C Tgas dalam 0 C Ggas dalam kg/kg b. bakar C,H,O,N dan S dalam %. b. Panas yang diserap air pendingin Q AIR =100% - ( th + Q gas + Q rad ) c. panas yang hilang karena gesekan mekanis Q gesekan mekanis = th - tot = P I - P e = Q sil - Q poros d. Kapasitas pompa air pendingin Kapasitas pompa air = Gair Jair..6 G air = Q air. B. NO Pj air. t air
e. Kapasitas pompa minyak pelumas Kapasitas pompa pelumas = G minyak minyak.7 G minyak = Q gas mekanis. B.NO Pj minyak. t minyak Keterangan : Q air = panas yang hilang terikut air pendingin dalam %. Kapasitas pompa air pendingin dalam dm 3 /jam atau ton/jam G air = berat air dalam kg/jam. J air = berat jenis air dalam kg/dm 3. B = berat BBM dalam kg/jam. No = nilai apak bahan bakar dalam kj/kg bb. Pj air = panas jenis air dalam kj/kg 0 C T air = beda suku air yang keluar terhadap yang masuk motor ( 0 C ) Kapasitas pompa minyak pelumas dalam dm 3 / jam atau ton / jam G minyak = berat minyak dalam kg/jam minyak = berat jenis minyak dalam kg/dm 3 pj minyak = panas jenis minyak dalam kj/kg 0 C t minyak = beda suku minyak yang diizinkan dalam 0 C Q gesekan mekanis = panas hilang akibat gesekan mekanis dalam % termasuk minyak pelumas.