1
PAPARAN KULIAH BAHAN BAKAR DAN PELUMAS Disusun untuk perkuliahan Bahan bakar dan pelumas
Disusun Oleh:
Drs. Supraptono, MPd.
TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG 2004
2
TINJAUAN MATA KULIAH A. Nama dan Kode Mata Kuliah : Bahan Bakar dan Pelumas. B. Jurusan/Program Studi
: PTM S1/TM S1/TM D3.
C. Deskripsi Mata Kuliah : Mahasiswa dapat menguasai tentang dasar pengertian yang berkaitan dengan bahan bakar dan pelumas beserta fungsi dan kegunaan bagi kehidupan. D. Kegunaan Mata Kuliah : dapat mengetahui energi yang ditimbulkan oleh pembakaran bahan bakar yang meliputi pengenalan bahan bakar, hakekat bahan bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan. E. Tujuan Instruksional Umum : mahasiswa dapat mengetahui tentang fungsi bahan bakar dan pelumas dalam pemakaian. F. Susunan dan materi pengajaran: pengenalan bahan bakar, hakekat bahan bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan G. Petunjuk Pelajaran Bagi Mahasiswa: pembelajaran dilakukan dengan multi media, buku ajar, diskusi, dan tugas-tugas sebagai pengayaan materi sehingga diharapkan mahasiswa mempersiapkan diri sebelum perkuliahan dilaksanakan. Untuk memperlajari mata kuliah ini mahasiswa harus sudah menempuh mata kuliah kimia teknik.
3
KATA PENGANTAR
4
DAFTAR ISI PENGANTAR………. DAFTAR ISI………… DAFTAR TABEL…… DAFTAR GAMBAR… BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR Pengertian bahan bakar Macam-macam bahan bakar Cara perolehan bahan bakar Syarat bahan bakar dalam pemakaian BAB II.
HAKEKAT BAHAN BAKAR Komposisi bahan bakar Sifat-sifat bahan bakar Tara kalor mikanik
BAB III.
ENERGI DAN PEMBAKARAN Dasar pengertian pembakaran Unsur yang terkandung dalam bahan bakar Proses pembakaran dan hasilnya
BAB IV.
ANALISA PEMBAKARAN Nomenklatur Stoichiometri massa dan volume Emisi gas buang
BAB V.
KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN Udara pembakar Pengaruh pencemaran lingkungan Persyaratan kesehatan
BAB VI.
PELUMAS DAN SISTEM PELUMASAN Dasar pengertian pelumasan Macam minyak pelumas Guna dan fungsi minyak pelumas
BAB VII.
KARAKTERISTIK MINYAK PELUMAS Sifat fisika dan kimia minyak pelumas Aditif, fungsi dan kegunaannya Karakteristik minyak pelumas
BAB VIII.
SISTEM PELUMASAN Macam-macam teknik pelumasan Pelumasan pada otomotif.
DAFTAR PUSTAKA
5
BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR Bahan bakar adalah bahan–bahan yang di gunakan dalam proses pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Jenis bahan bakar yang dikenal dalam kehidupan sehari–hari, digolongkan berdasar asal bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga, yaitu: (1) bahan bakar nabati, (2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Berdasarkan bentuknya, digolongkan menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas. DESKRIPSI Materi dalam bab 1. akan dipelajari tentang: (1) Pengertian bahan bakar, (2) Macam-macam bahan bakar, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat bahan bakar dalam pemakaian. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab 1. mahasiswa dapat mengetahui: (1) Dasar pengertian bahan bakar, (2) Macam-macam bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat-syarat yang harus dipenuhi bahan bakar dalam pemakaian.
6
BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR A. Pengertian Bahan Bakar Bahan bakar adalah bahan–bahan yang di gunakan dalam proses pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Banyak sekali jenis bahan bakar yang kita kenal dalam kehidupan kita sehari–hari. Penggolongan ini dapat dibagi berdasar dari asalnya bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga golongan, yaitu: (1) bahan bakar nabati, (2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Apabila dilihat dari bentuknya, maka bahan bakar di bagi menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas. Namun demikian hingga saat ini bahan bakar yang paling sering di pakai adalah bahan bakar mineral cair. Hal ini dilakukan karena banyaknya keuntungan–keuntungan yang di perolah dengan menggunakan bahan bakar dengan jenis mineral tersebut. Setiap bahan bakar memiliki karakteristik dan nilai pembakaran yang berbeda–beda. Karakteristik inilah yang menentukan sifat–sifat dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat di sempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut, dengan harapan akan mempengaruhi daya anti knocking atau daya letup dari bahan bakar, dan dalam hal ini menunjuk apa yang dinamakan dengan bilangan oktan (octane number). Proses pembakaran bahan bakar dalam motor bensin atau mesin pembakaran dalam sangat di pengaruhi oleh bilangan tersebut, sedangkan di motor Diesel sangat di pengaruhi oleh bilangan setana (cetane number). Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh energi yang di sebut dengan energi panas (heat energy). Hasil pembakaran bahan bakar yang berupa energi panas dapat di bentuk menjadi energi lain, misalnya : energi untuk penerangan, energi mekanis dan sebagainya. Dengan demikian setiap hasil pembakaran bahan bakar akan di dapatkan suatu bentuk energi yang lain yang dapat di sesuaikan dengan kebutuhan. Sisa–sisa hasil pembakaran dalam bahan bakar harus di perhatikan. Oleh karena itu sisa dari hasil pembakaran yang kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatif terhadap lingkungan. Sisa
7
pembakaran ini akan mengandung gas-gas beracun, yang terutama di timbulkan oleh pembakaran pada motor bensin. Sedangkan hasil pembakaran yang di timbulkan oleh motor Diesel akan dapat menimbulkan gas asap yang berwarna gelap yang akan mengotori lingkungan. Namun pada kenyataanya, polusi yang di timbulkan oleh pembakaran pada motor Diesel ini tidak berbahaya bagi lingkungan, jika di bandingkan dengan gas sisa hasil pembakaran pada motor bensin.
B. Pengertian Bahan Bakar Minyak Bahan bakar minyak adalah bahan bakar mineral cair yang di peroleh dari hasil tambang pengeboran sumur – sumur minyak, dan hasil kasar yang di peroleh di sebut dengan minyak mentah atau crude oil. Hasil dari pengolahan minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam bahan bakar yang memiliki kualitas yang berbeda-beda. Minyak dalam hal ini merupakan bahan bakar yang di Indonesia pemakaianya telah lama kita pergunakan dalam kehidupan sehari–hari. Sebelumnya, lebih banyak di gunakan orang dengan istilah minyak tanah, yang artinya minyak yang di hasilkan dari dalam tanah (R.P. Koesoemadinata : 1980). Berdasar asal-muasalnya yaitu dengan di ketahuinya minyak tanah atau minyak mentah itu terdapat bersama–sama dengan gas alam, maka istilah yang lazim digunakan sekarang ini adalah minyak dan gas bumi.dalam beberapa bahasa lain, misalnya : petroleum (Bahasa Inggris) yang berasal dari kata “petro” yang berarti batu dan “oleum” yang berarti minyak. Jadi dengan kata lain petrolium berarti minyak yang berasal dari batu. Sebenarnya istilah minyak bumi lebih tepat digunakan, sebab minyak terdapat di bumi dan bukan dalam tanah, atau juga tepat apabila disebut sebagai minyak mentah, artinya minyak yang belum di kilang. Istilah lain yang biasa di pakai adalah natural gas atau gas alam. Adapun istilah minyak tanah kita kenal sebagai kerosin, yaitu salah satu hasil pengilangan minyak bumi, yang juga sering di sebut sebagai minyak latung, yang dalam hal ini latung berarti batu, dengan demikian minyak latung sama pengertiannya petro-oleum.
8
Komposisi Minyak Bumi Kebanyakan senyawa yang ditemukan dalam minyak bumi adalah gabungan dari hydrogen dan carbon. Material-material ini disebut hidrokarbon, senyawa lain yang ada seperti belerang, oksigen, dan nitrogen. Pengoperasian fisik dari kilang minyak seperti: penguapan, penggesekan, dan pendinginan untuk menentukan jenis hidrokarbon yang besar karena dalam material tersebut merupakan bagian yang penting dalam minyak, tetapi pengoperasian secara kimiawi, seperti: pengilangan dan penyaringan, hal ini dilakukan untuk mengelompokkan senyawa belerang, oksigen dan nitrogen, dengan metode yang sama seperti sejumlah hidrokarbon aktif untuk menyediakan senyawa-senyawa tersebut. Minyak mentah Rusia dan minyak “naphtane utama” sebagian besar berisi oksigen. Oksigen yang terdapat di dalamnya sering berkombinasi dalam bentuk asam naphtene. Nitrogen juga sering ditemukan dalam “minyak naphtane utama” dan pada umumnya seperti bentuk senyawa dasar yang mirip dengan alkil quiolin. Belerang yang ada biasanya merupakan belerang bebas, hydrogen sulfida atau sebagai senyawa organic, seperti: thiophenes, asam sulfonik, mercaptan, alkil sulfida. Beberapa senyawa-senyawa belerang ditemukan di dalam minyak mentah, tetapi senyawa-senyawa tersebut dihasilkan dari senyawa lain selama pengilangan dan destilasi. Senyawa belerang biasanya menyebabkan masalah karena bersifat korosif. Sebagian besar dari senyawa metal organic berisi besi, nikel, vanadium, arsenik dan lain-lain, senyawa-senyawa tersebut di antaranya ditemukan di dalam minyak, beberapa diantaranya beracun dan bersufat katalis. Berbagai jenis rangkaian dari hidrokarbon ditemukan pada minyak mentah dan jenis rangkaian lain dihasilkan dengan pemecahan dan hidroginasi. Banyak jenis rangkaian tersebut diantaranya adalah jenis yang telah teridentifikasi di dalam minyak dengan rumus kimia sebagai berikut: CnH2n+2, CnH2n, CnH2n-2, CnH2n-4, CnH2n-6, CnH2n-8, CnH2n-10, CnH2n-14, CnH2n-20. Beberapa dari senyawa tersebut mempunyai tingkatan yang tidak pernah dihasilkan secara sintetis atau untuk kepentingan penelitian, dalam hal komposisi n = 5 s/d 16 . Hal ini terdapat beberapa senyawa sebagai pembanding tingkatan dalam minyak. Namun pemisahan senyawa-senyawa murni sangat sulit karena sifat dari masing-
9
masing tingkatan tersebut berbeda dan titik didihnya berbeda, yang mana tidak bisa dipisahkan dengan fraksinasi dan prevalent. Kesulitan pemisahan dan kemajemukan dari hidrokarbon tersebut menjadikan minyak sebagai obyek penelitian yang menarik di bidang kimia perminyakan. Jenis rangkaian hidrokarbon, dari jenis rangkaian hidrokarbon yang terdapat dalam perminyakan hanya beberapa yang telah diteliti melalui pengembangan komersiil yang cukup berhasil. Jenis terbaik dan telah diketahui adalah paraffin, olefin, nephtane, aromatis, diolefin, dan asetilen. Jenis rangkaian paraffin (CnH2n+2), senyawa ini mempunyai sifat yang stabil. Penamaan dalam senyawanya diakhiri dengan “ane” methane, ethane, hexane, dan hexadekane. Dalam suhu ruangan jenis-jenis ini tidak tereaksi oleh penguapan asam belerang, terkonsentrasi alkali, asam nitris atau bahkan oleh asam krom oksida kuat, kecuali yang berisi sebuah atom karbon tersier. Mereka bereaksi secara lambat dengan klorin dalam sinar mata hari dan begitu juga blorin, apabila terdapat katalis. Reaksi biasanya terjadi dari substitusi unsur dan senyawa kimia atom hydrogen. Tingkatan terendah telah teridentifikasi disebagian besar minyak mentah, tetapi menurut Mabery , bahwa Mahoning County, Ohio, minyak mentah tidak berisi hidrokarbon paraffin. Jenis tingkatan paraffin yang lebih tinggi dimungkinkan menghasilkan minyak yang lebih banyak walaupun minyak mentah itu masuk secara bebas dari bak yang tidak berisi hidro karbon paraffin yang bertitik didih rendah. Bak paraffin mungkin terdiri dari urutan berantai hidrokarbon paraffin lurus dan bercabang. Egloff, Schaad dan Lowry telah membuat penelitian melalui pembusukan hidrokarbon paraffin. Jenis rangkaian olefin atau etilen (CnH2n). Senyawa ini mempunyai komposisi hidro karbon tak jenuh contohnya jenis dari rangkaian ini memungkinkan mengelompok secara langsung dengan material yang lain seperti klorin, bromin, asam hidroklorin dan asam belerang tanpa salah penempatan asam hydrogen. Nama-nama dari hidrokarbon ini adalah berakhiran “ene”, sebagai etana (etilen), propena (propilen), dan butana (butilen). Senyawa-senyawa yang tak jenuh bereaksi dan larut dalam asam belerang dan berubah dari minyak bumi
10
tapi mereka berada dalam hasil yang terpecah. Egloff, Schaad dan Lowry teleh membuat penelitian yang sangat luar biasa dari literature hidrokarbon olefin. Jenis rangkaian naptin (CnH2n) . Rangkaian ini mempunyai jenis rumus yang sama pada jenis olefin hanya saja pada senyawa ini mempunyai sifat-sifat yang berbeda. Naptin adalah senyawa lingkaran atau siklik, mengingat olefin adalah senyawa rantai yang lurus, dimana dua ikatan tersebut menghubungkan atom-atom karbon. Naptin adalah senyawa-senyawa jenuh dan olefin adalah senyawa tak jenuh. Senyawa tak jenuh dapat bereaksi dengan senyawa kombinasi serta bahan-bahan yang lain, tetapi senyawa jenuh hanya dapat bereaksi oleh penempatan hydrogen bahan-bahan lain. Banyak literatur kimia menyebutkan bahwa naptin disebut metilen. Contohnya, tetrametilen, pentametilen, dan heksametilen. Hal ini mengingat penamaan yang ada sekarang adalah siklobutana, siklopentana, dan sikloheksana. Sebagaimana contoh tersebut hubungan dari rangkaian ke rangkaian siklik yang lain mempertimbangkan benzana dan sikloheksana. Baik senyawa-senyawa berisi enam (6) atom-atom karbon per molekul, tapi enam atom hydrogen itu harus ditambahkan benzana untuk menghasilkan sikloheksana. Molekul sikloheksana bersifat jenuh, tetapi molekulmolekul benzana adalah sangat tak jenuh, jadi molekul-molekul benzana tersebut mempunyai tiga kombinasi dari tiga atom karbon. Ikatan-ikatan tripel yang terbentuk adalah benzana yang sangat aktif sehingga disebut bahan yang sangat aktif, namun sikloheksana tidak mempunyai ikatan yang ganda dan juga tidak bereaksi. Bagaimanapun kebanyakan dari reaksi-reaksi benzana adalah dengan mensubstitusikan dari pada mengkombinasi. Naptana tidak seperti isomerisomernya olefin, mereka tidak dapat larut dengan mudah dalam asam belerang. Neptana telah banyak diketemukan di semua jenis minyak mentah. Tapi sekali lagi minyak mentah Mahoning County adalah sebuah pengecualian. Minyak mentah ini berisi rangkaian hidrokarbon CnH2n-2 dan CnH2n-4, tapi tidak ada paraffin atau neptana yang sederhana. Egloff, Bollman dan Levinson telah melakukan riset dari siklohidrokarbon yang menghasilkan formulasi sebagai terlihat pada gambar di bawah ini.
11
H
H H H
l
l
l
H
H
l
l
l
H H H H H H l
H–C–C–C–C–C–C–H l
l
H
l
l
l
l
l
l
H–C–C–C–C–C=C
l
l
l
l
l
l
l
l
H H H
H
H
H
H
H
H
H
Gb. (a) Normal Heksana C6H14
Gb. (b) Normal Heksana C6H12 H
H
H
C
H
H
H
C
C
H
C H– C
C - H
H– C
C
H
H
C
C
H
C H
H
C
H H H Gb. (c) Cycloheksana C6H12
Gb. (d) Benzena C6H6
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
l
C = C - C - C - C = C l H
H–C - C - C - C - C-H
l
l
l
l
l
l
l
H
H
H
H
H
H
H H-C-H I H
Gb. (e) Heksadiena –1,5, C6H10.
Gb. (f) Isomeric isofarafin compound
12
Jenis rangkaian Aromatik (CnH2n-6), formula ini biasa disebut seri benzena yang merupakan kimia aktif. Hidrokarbon ini mudah untuk melakukan oksidasi dengan formasi asam organic. Aromatik tersebut bisa ditambahkan atau disubstitusikan dengan produk tergantung pada reaksinya. Hanya beberapa jenis minyak mengandung sejumlah kecil dari aromatik bertitik didih rendah seperti benzena dan toluene. Mabery menemukan kuantitas relatif yang lebih banyak dari aromatik dalam minyak di Ventura, Coalinga, Poentehills dan Chalifornia. Beberapa minyak mentah di bagian Sumatra dan Kalimantan juga kaya akan aromatik tersebut. Seri ini ditemukan pada bensin dengan katalis dan kandungan yang tinggi untuk kualitas anti ketukan (knocking). Jenis rangkaian Diolefin (CnH2n-2), formula ini seperti pada jenis olefin memiliki dua atom hydrogen untuk mengadakan dua ikatan ganda dalam molekul masing-masing. Ikatan ganda ini disebabkan karena sifatnya yang sangat reaktif. Diolefin dikerjakan pada polimeresasi atau kombinasi dengan beberapa bentuk ikatan molekul sangat berat dalam bentuk larutan padat diolefin dan karet, dari proses ini tidak dikerjakan dengan pemecahan gaselin, tetapi kemungkinan tidak ditemukan dalam petroleum mentah. Proses polemerisasi dibuat dengan asam sulfur. Jenis siklik dengan formulasi CnH2n-2, CnH2n-4, CnH2n-8. Masih ada beberapa formulasi lain dengan komposisi yang tak begitu dikenal, namun demikian banyak literature menyebutkan jenis-jenis yang menguasai dalam minyak dengan titik didih tinggi, minyak gas, dan minyak pelumas. Sebagian besar hidrokarbon dalam minyak pelumas adalah jenuh. Menurut Seyr bahwa antara 20 % dari minyak pelumas larut dalam sulfur dioksida. Berdasar penelitian Doubtles menemukan bahwa sekitar 20 % terikat dalam hidrokarbon jenuh. Kandungan isomeric. Kerancuan pada pemahaman sering muncul yang disebab kan adanya perbedaan kandungan tetapi memiliki formula molekul yang sama. Kandungan isomeric memiliki formula molekul yang sama karena perbedaan internal dalam struktur. Kandungan dari formula tipe CnH2n bisa jenuh atau terserap. Formula dari kandungan jenuh cyclohehance dan kandungan terisap hexane-1 dapat dijelaskan bahwa formula dari n-hexane, 2-metil pentane, dan 2-
13
dimetil butana, memiliki tipe formula yang sama yaitu CnH2n+2 atau C6H14 . Kelompok atom seperti kelompok metil menurut kandungannya biasa disebut alkil group atau radikal. Bagian-bagian ini mengacu pada kelompok atom-atom karbon dan hidrogen yang berada dalam satu unit, karena atom ini berperan seperti kelompok dalam reaksi kimia. Atom-atom tersebut didefinisikan sebagai hidrokarbon menovalent yaitu kelompok yang memiliki formula secara umum CnH2n+1 . Biasanya kelompok radikal terdiri dari metil (CH3), etil (C2H5) dan propile (C3H7). Radikal-radikal tersebut bukan kelompok ikatan individu karena harus selalu ditarik radikal lainnya, elemen seperti kelompok atom lain. Ada dua isomer butana yang mungkin yaitu viz n-butana dan 2-metil propana, 3 pentana, 5 heksana, 9 heptana. Jumlah isomer hidrokarbon yang mungkin tersebut dapat meningkat secara cepat sesuai dengan jumlah atom-atom karbon yang meningkat, ikatan-ikatan dari atom-atom yang mempunyai jenis rumus kimia CnH2n-4 memungkinkan pembentukan isomer. Rangkaian ini mengindikasikan sejumlah isomer yang mungkin tapi tak jenuh, molekul hidrokarbon tinggi yang kuat dalam minyak yang mungkin sedikit atau isolasi dari ikatan tersebut adalah komplek yang membuktikan jumlah hidrokarbon isomer yang munkin (CnH2n+2) berupa rangkaian yang terpisah-pisah.
Sejumlah kemungkinan dari alifatik (CnH2n+2) hidrokarbon isomerik. Atom Karbon
Isomer
6
5
7
9
8
18
9
35
12
355
15
4.347
18
60.523
25
36.797.588
40
62.491.178.805.831
14
C. Macam–macam Bahan Bakar Minyak 1. Bensin Bensin berasal dari kata benzana, lazim sebenarnya zat ini berasal dari gas tambang yang mempunyai sifat beracun dan merupakan persenyawaan dari hidrokarbon tak jenuh, artinya dapat bereaksi dengan mudah terhadap unsur– unsur lain. Bentuk ikatan adalah rangkap, dan senyawa molekulnya di sebut alkina. Bahan bakar jenis ini biasa disebut dengan kata lain gasoline. Bensin pada dasarnya adalah persenyawaan jenuh dari hidro karbon, dan merupakan komposisi isooctane dengan normal-heptana.Serta senyawa molekulnya tergolong dalam kelompok senyawa hidrokarbon alkana. Kualitas bensin dinyatakan dengan angka oktan, atau octane number. Angka oktan adalah prosentase volume isooctane di dalam campuran antara isooctane dengan normal heptana yang menghasilkan intensitas knocking atau daya ketokan dalam proses pembakaran ledakan dari bahan bakar yang sama dengan bensin yang bersangkutan. Isooctane sangat tahan terhadap ketokan atau dentuman yang kita beri angka oktan 100, heptane yang sangat sedikit tahan terhadap dentuman di beri bilangan 0. Pada motor percobaan, bermacam–macam bensin di bandingkan dengan campuran isooctane dan normal heptana tersebut. Bilangan oktan untuk bensin adalah sama dengan banyaknya prosen isooctane dalam campuran itu. Semakin tinggi ON bahan bakar menunjukkan daya bakarnya semakin tinggi. Bensin yang ada di pasaran di kenal ada tiga kelompok : (1) Regular–grade, (2) Premium–grade, dan (3) Third-grade Gassoline. Adapun di Indonesia pertamina mengelompokkanya menjadi : bensin, premium, aviation gas dan super 98.
2. Minyak Tanah Minyak tanah merupakan campuran kompleks antara beratus- ratus macam hidro karbon dalam minyak tanah terdapat karbon tak jenuh, tetapi hasil kracking yaitu penyulingan pada suhu dan tekanan yang tinggi terjadi pula senyawa hidro karbon yang tidak jenuh. Adapun terjadinya minyak tanah ini berdasarkan pertimbangan geologis maupun dasar pertimbangan kimia yang telah di ketahui,
15
menyatakan bahwa minyak tanah terjadi dari sisa – sisa hewan dan tumbuhan. Hal ini nampak dalam beberapa fraksi minyak tanah mempunyai kegiatan optik dan terdapatmya porpirin yang ada hubunganya dengan khlorofil maupun hemin. Sehingga dapat di simpulkan bahwa sisa–sisa tumbuhan mengandung khlorofil, sedang sisa–sisa hewan mengandung haemoglobin. Pengambilan minyak tanah dilakukan dengan jalan pengeboran minyak bumi sampai dengan lapisan tertentu, kemudian di lakukan penyulingan. Hasil dari penyulingan meperoleh sejumlah fraksi yang berhasil di pisahkan,antara lain : (1) Petroleum eter, fraksi pertama yang mendidih antara 35°C sampai dengan 80°C, (2) Gassoline / bensin, fraksi kedua yang mendidih antara 50°C sampai dengan 220°C, (3) Kerosin, fraksi ketiga yang mendidih antara 200°C sampai dengan 300°C, (4) Parafin padat, cair, petroleum, fraksi yang mempunyai temperatur tertinggi, dan (5) Residu, fraksi yang terakhir.
3. Minyak Solar Minyak solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi mentah, bahan bakar ini mempunyai warna kuning cokelat yang jernih. Minyak solar ini biasanya digunakan sebagai bahan bakar pada semua jenis motor Diesel dan juga sebagai bahan bakar untuk pembakaran langsung di dalam dapur–dapur kecil yang menghendaki hasil pembakaran yang bersih. Minyak ini sering di sebut juga sebagai gas oil, ADO, HSD, atau Dieseline. Pada temperatur biasa, artinya pada suhu kamar tidak menguap, dan titik nyalanya jauh lebih tinggi dari pada bahan bakar bensin. Kualitas solar dinyatakan dengan angka setane atau cetane number (CN). Bilangan setane yaitu besar prosentase volume normal cetane dalam campuranya dengan methylnapthalene yang menghasilkan karakteristik pembakaran yang sama dengan solar yang bersangkutan (Drs. Warsowiwoho : 1976). Secara umum solar dapat diklasifikasikan sebagai berikut: (1) Light Diesel Fuel (LDF) mempunyasi CN = 50, (2) Medium Diesel Fuel (MDF) mempunyasi CN = 50, dan (3) Heavy Diesel Fuel (HDF) mempunyasi CN = 35.
16
LDF dan MDF sering dikatakan sebagai solar no.1 dan 2. Kedua jenis solar ini sebenarnya letak perbedaanya adalah pada efek pelumasanya saja. LDF dalam hal ini lebih encer, jernih, dan ringan, sedang MDF lebih gelap, berat, dan dan dalam pemakaianya dealam motor bakar di perlukan syarat- syarat khusus.
4. Minyak Diesel Minyak Diesel adalah bahan bakar minyak jenis penyulingan kotor yang mengandung fraksi–fraksi berat atau campuran dari jenis destilase dengan fraksi yang berat (residual fuel oil) dan berwarna hitam dan gelap, tetapi tetap cair pada suhu rendah. Minyak Diesel ini banyak di gunakan sebagai bahan bakar mesin Diesel yang berputar sedang atau lambat dan juga sebagai bahan bakar untuk pembakaran langsung dalam dapur–dapur industri. Bagi kehidupan sehari-hari minyak ini sering disebut sebagai MDF (Medium Diesel Fuel).
5. Minyak Bakar Minyak bakar adalah bahan bakar yang bukan berasal dari hasil penyulingan, tetapi jenis residu. Minyak ini mempunyai tingkat kekentalan yang tinggi dan juga titik tuang (pour point) yang lebih tinggi dari pada minyak Diesel, serta berwarna hitam gelap. Bahan bakar jenis ini banyak di pergunakan sebagai bahan bakar pada sistem pembakaran langsung dalam dapur–dapur industri yang besar. Pembakaran langsung yang di maksud adalah pada sistem eksternal combustion engine atau mesin pembakaran luar, misalnya: pada mesin uap, dapurdapur baja, dan lain sebagainya. Minyak ini di sebut juga sebagai MFO (Medium Fuel Oil).
6. Bensol Bensol adalah bahan bakar hasil tambahan dari pada industri gas batu bara dan pabrik kokas. Bensol dapat di peroleh dengan cara mencuci gas yang keluar dari dapur dengan ter yang ringan. Bahan bakar minyak ini sangat baik di gunakan pada kendaraan bermotor, karena sangat tahan terhadap knocking atau dentuman, sehingga memenuhi syarat pada motor dengan kompresi tekanan yang tinggi.
17
Kadang–kadang di pakai sebagai campuran bensin untuk mempertinggi sifat anti dentuman (knoking). Bensol membeku pada temperatur 5°C di bawah nol. Dengan menambahkan tuluol dan xylol titik beku dari bahan bakar ini dapat di turunkan.
D. Cara Perolehan Bahan Bakar 1. Bahan bakar yang berasal dari tumbuhan Sebenarnya bahan bakar, terutama bahan bakar minyak telah lama di kenal oleh bangsa Indonesia. Hanya saja pada saat itu minyak hanya di gunakan sebatas sebagai penerangan rumah tangga di waktu malam hari. Namun pengenalan minyak masih sangat sederhana, misalnya pada penggunaan obor, yang semua itu sebenarnya merupakan bahan bakar minyak yang di pergunakan dalam bentuk yang lain. Bahan bakar minyak ini dapat diperoleh melalui proses peragian atau dengan jalan penggilingan yang berasal dari tumbuh–tumbuhan yang telah terkubur sekian tahun lamanya. Adapun proses terjadinya adalah sebagai berikut, di tinjau bagaimana benih suatu tumbuhan mulai tumbuh dari lembaganya, maka benih tersebut keluar akar yang kemudian masuk ke dalanm tanah, sedagkan batangnya muncul di udara. Akar dari tumbuhan ini mengambil makanan dari dalam tanah. Daun pada batang mengambil makanan dari udara atau sebagai dapur untuk memasak makanan tersebut. Akan tetapi sebelumnya bibit kecil itu memerlukan persediaan makanan sedikir sekali sebagai bekalnya. Modal tumbuhan itu terdapat di dalam benihnya. Sesungguhnya makanan sebenarnya adalah sebagian besar merupakan benih tumbuhan, misalnya tanaman padi yang di tumbuk atau di giling menjadi beras, buah–buahan yang bertempurung seperti kelapa, pala, kemiri dan sebagainya adalah benih pohon atau selubung benih tempat makanan persediaan untuk tumbuhan tadi. Bahan makanan yang mengandung minyak mudah di simpan dan di timbun dalam jangka waktu yang cukup lama. Demikian juga pada tumbuh-tumbuhan yang menyimpan makananya dalam bentuk minyak pada bijihnya. Itulah sebabnya hampir semua bahan bakar yang berbentuk minyak nabati berasal dari benih tumbuh-tumbuhan. Apalagi benih tumbuhan yang mengandung minyak tadi, misalnya : kenari, kemiri, kacang
18
tanah dan sebagainya jika dikeringkan maka akan terdapat minyak yang dapat di bakar hingga memberi nyala api. Namun perlu di ketahui bahwa minyak jenis seperti itu sangatlah terbatas jumlahnya, sehingga bahan bakar yang demikian itu sangat mahal harganya di pasaran, maka sebagian orang tidak lagi menggunakan bahan bakar yang semacam itu karena dianggap kurang ekonomis. Untulk menanggulangi hal itu, maka sekarang ini banyak di produksi jenis minyak tersebut dengan jalan peragian (arsenium), misalnya tetes tebu, ketela pohon, kentang dan sebagainya. Bahan bakar jenis ini banyak di gunakan untuk bahan pembuatan alkohol. Walaupun pembuatanya menggunakan fasilitas yang relatif lebih murah, namun produksinya sangat rendah, sehingga kurang memadai apabila di bandingkasn dengan jumlah penggunanya. Bahan bakar yang di hasilkan dengan jalan seperti di atas sering di sebut sebagai bahan bakar alkohol dan spiritus.
2. Bahan bakar mineral Bahan bakar minyak mineral ini di dapatn dari tambang sehingga sering juga di sebut sebagai minyak bumi ataun minyak mineral atau juga minyak tambang. Bahan bakar mineral ini sangat penting artinya bagi kehidupan manusia, karena dunia memerlukanya begitu banyak sehingga manusia mencari di manamana. Adanya kebutuhan yang banyak itu maka eksploitasi terhadap minyak bumi dilakukan secara besar-besaran. Keadaan yang seperti itu, dikhawatirkan akan memacu terjadinya kelangkaan minyak dunia. Teknologi modern tentang pengolahan minyak telah ditemukan dengan cara melakukan penyulingan terhadap minyak bumi. Proses dimulai dengan memasukkan saluran pipa ke dalam sumur galian yang di dalamnya mengandung minyak, gas dan air. Pipa tersebut kemudian di hubungkan dengan menara destilasi, yang mana di dalam menara itu minyak mentah dan gas alam akan di proses dengan temperatur yang tinggi agar mencair dan dapat dipisahkan menjadi jenis bahan bakar yang berbeda-beda.
19
E. Syarat Bahan Bakar dalam Pemakaian Ada beberapa tipe bahan bakar dan pelumas yang digunakan pada kendaraan bermotor. Beberapa diantaranya berisi racun dan zat kimia yang mudah terbakar dan ini harus di tangani dengan hati–hati. Penggunaan tipe bahan bakar atau pelumas disesuaikan dengan karaktristik terhadap kebutuhan, agar tidak terjadi kesalahan yang menyebabkan kerusakan pada mesin pembangkit tenaga. Pemakaian bahan bakar yang tidak sesuai dengan karakter mesin mungkin dapat menyebabkan kerusakan pada sistem kerja mesin maupun efek yang lain, yaitu berupa polusi lingkungan. Oleh karena itu sangatlah penting bagi kita untuk mengetahui perbedaan tipe karakteristik pelumas dan bahan bakar, beserta cara penangananya yang benar. Sampai saat ini bahan bakar yang biasa di gunakan pada mobil dan sebagian kendaraan bermotor adalah bensin dan solar (Diesel), dan beberapa negara ada yang menggunakan alkohol, LPG dan bahan bakar lainya. Namun demikian secara garis besar penjelasan dan penggunaan tentang bahan bakar yang ada dipasaran umum, yaitu berupa bensin dan solar (Diesel).
1. Bahan bakar bensin Bensin mengandung hidro karbon hasil sulingan dari produksi minyak mentah. Bensin mengandung gas yang mudah terbakar, umumnya bahan bakar ini di pergunakan untuk mesin dengan pengapian busi. Sifat yang di miliki bensin antara lain : (1) Mudah menguap pada temperatur normal, (2) Tidak berwarna, tembus pandang dan berbau, (3) Titik nyala rendah (-10° sampai -15°C), (4) Berat jenis rendah (0,60 s/d 0,78), (5) Dapat melarutkan oli dan karet, (6) Menghasilkan jumlah panas yang besar (9,500 s/d 10,500 kcal/kg), dan (7) Setelah di bakar sedikit meninggalkan karbon. Adapun syarat–syarat bensin yang baik dan memberikan kerja mesin yang lembut, yaitu : (1) Mudah terbakar, artinya mampu tercipta pembakaran serentak di dalam ruang bakar dengan sedikit knocking atau dentuman, (2) Mudah menguap, artinya bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk memberikan campuran udara dengan bahan bakar yang tepat saat menghidupkan mesin yang masih dingin, (3) Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih, artinya
20
sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama di simpan. Selain itu juga bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake, (4) Angka octane, adalah suatu angka untuk mengukur bahan bakar bensin terhadap daya anti knock characteristic. Bensin dengan nilai oktan yang tinggi akan tahan terhadap timbulnya engine knocking.
2. Bahan bakar Diesel Bahan bakar Diesel biasa juga di sebut debgan light oil atau solar, yaitu suatu campuran dari hidro karbon yang telah di destilase setelah bensin dan minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 200°C sampai 340°C. Bahan bakar jenis ini atau biasa disebut sebagai bahan bakar solar sebagian besar di gunakan untuk menggerakkan mesin Diesel. Bahan bakar Diesel mempunyai sifat utama sebagai berikut : (1) Tidak berwarna atau sedikit kekuning-kuningan dan berbau, (2) Encer dan tidak menguap di bawah temperatur normal, (3) Titik nyala tinggi (40°C sampai 100°C), (4) Terbakar spontan pada 350°C, sedikit di bawah bensin, (5) Berat jenis 0,82 s/d 0,86, (6) Menimbulkan panas yang besar (10,500 kcal/kg), dan (7) Mempunyai kandungan sulfur yang lebih besar di banding dengan bensin. Syarat–syarat pengunaan solar sebagai bahan bakar harus memperhatikan kualitas solar, antara lain adalah sebagai berikut: (1) Mudah terbakar, artinya waktu tertundanya pembakaran harus pendek/singkat, sehingga mesin mudah di hidupkan. Solar harus memungkinkan kerja mesin yang lembut dengan sedikit knocking, (2) Tetap encer pada suhu dingin (tidak mudah membeku), menunjukan Solar harus tetap cair pada suhu rendah sehingga mesin akan mudah di hidupkan dan berputar lembut, (3) Daya pelumasan, artinya Solar juga berfungsi sebagai pelumas untuk pompa injeksi dan nossel. Oleh karena itu harus mempunyai sifat dan daya lumas yang baik, (4) Kekentalan, berkait dengan syarat melumas dalam arti Solar harus memiliki kekentalan yang baik sehingga mudah untuk dapat di semprotkan oleh injektor, (5) Kandungan sulfur, karakteristik Sulfuir yang dapat merusak pemakaian komponen mesin sehingga mempersyaratkan kandungan sulfur solar harus sekecil mungkin (< 1 %), dan (6) Angka cetane, Yaitu suatu
21
cara untuk mengontrol bahan bakar solar dalam kemampuan untuk mencegah terjadinya knocking, tingkat yang lebih besar memiliki kemampuan yang lebih baik. Ringkasan simpulan. Berdasar uraian di atas dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut: 1. Bahan bakar adalah bahan–bahan yang diperlukan untuk pembakaran 2. Bahan bakar yang di pakai di masyarakat beraneka macam, maka harus pandai memilih bahan bakar yang baik dan tepat untuk proses pembakaran. 3. Bahan bakar yang sering di pakai adalah bensin, solar dan minyak tanah. Untuk mengetahui bensin yang baik dengan melihat angka octan-nya, sedang solar yang baik dapat di lihat dari angka cetan-nya.
BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR Komposisi bahan bakar, hingga saat ini bahan bakar cair merupakan bahan bakar yang banyak digunakan, mengingat segi keuntungan yang ada untuk keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Komposisi bahan bakar dapat dikenali dengan Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon. Sifat-sifat bahan bakar, pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi, karaterisik ini menentukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar tersebut. Tara kalor mikanik, tujuan pembakaran bahan bakar untuk memperoleh energi yang disebut energi panas (heat energy), yang dapat diubah menjadi bentuk energy mechanich. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar harus diperhatikan, karena pembakaran yang kurang sempurna mengandung gas-gas beracun dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungan. DESKRIPSI: Materi dalam bab II. akan dipelajari tentang: (1) Komposisi bahan bakar, (2) Sifat-sifat dan karakteristik bahan bakar, dan (3) Tara kalor mikanik. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat mengetahui: (1) Komposisi struktur bahan bakar, (2) Sifat-sifat bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, dan (3) Kesetaraan energi dalam tara kalor mekanik.
23
BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR
Pendahuluan Bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses pembakaran. Jika ditinjau menurut asalnya, bahan bakar digolongkan menjadi tiga golongan, yaitu bahan bakar nabati, bahan bakar mineral dan bahan bakar fosil. Sedangkan ditinjau menurut bentuknya, maka bahan bakar dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu bahan bakar berbentuk padat, cair dan gas. Hingga saat ini bahan bakar cairlah yang merupakan bahan bakar yang banyak dipergunakan diseluruh dunia. Hal ini mengingat banyak segi keuntungan yang ada bahan bakar mineral cair ini sebagian besar dipergunakan untuk keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) Pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Karaterisik inilah yang akan menentukan sifat-sifat dalam proses
pembakaran,
dimana
sifat
yang
kurang
menguntungkan
dapat
disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar tersebut. Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh energi yang disebut energi panas. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar didalam motor bakar harus diperhatikan. Oleh karena itu sisa dari pembakaran yang kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungannya. Sisa pembakaran yang kurang sempurna akan mengandung gas-gas beracun, yang terutama ditimbulkan oleh pembakaran pada motor bensin.
A. Karakteristik Minyak Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, baik ditinjau dari segi teknik maupun segi ekonomi. Keuntungan bahan bakar minyak dibanding dengan bahan bakar yang lain terutama disebabkan karena berbagai sifat fisika yang ada pada minyak tersebut. Adapun sifat-sifat minyak yang menguntungkan antara lain :
24
1. Sifat cair bahan bakar minyak Sifat ini ditinjau dari segi teknik sangat menguntungkan, yaitu cairan mudah sekali mengalir dan mudah sekali menyesuaikan dengan tempat penampungan. Cairan mudah sekali ditransportasikan dengan memompakannya melalui pipa sehingga mengalir sendiri, mudah disimpan dalam bentuk tangki yang bagaimanapun. Misalnya saja pada pengilangan minyak, transportasi dengan kapal tangker yang relatif lebih praktis dan tidak memakan tempat. Sifat mengalir sendiri tidak memerlukann peralatan pembantu yang rumit dan perawatan yang relatif murah dibanding dengan bahan bakar padat. Jadi dengan sifat cair bahan bakar minyak cenderung lebih praktis dalam pemakaian. 2. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi Bahan bakar minyak memiliki kalor yang tinggi dibandingkan bahan bakar yang lain dalam jumlah kg yang sama. Misalnya 1 kg solar akan menghasilkan kalori yang lebih tinggi dari pada 1 kg batu bara atau kayu. Tabel 1 Nilai kalor macam-macam bahan bakar (RP. Koesoemadinata : 1980) Bahan bakar
Kalori / gram
Kayu
3.990 – 4.420
Arang kayu
7.260
Batu bara muda / lignit
3.328 – 3.339
Batu bara subbitumina
5.289 – 5.862
Batu bara bitumina
5.650 – 8.200
Lemak hewan
9.500
Minyak nabati
9.300 – 9.500
Alkohol
6.456
Aspal
5.295
Minyak mentah
10.419 – 10.839
Minyak bunker
10.283 – 10.764
Solar
10.667
Minyak tanah
11.006
Bensin
11.528
25
Besarnya nilai kalor yang dihasilkan pada bahan bakar dapat dilihat pada tabel berikut di atas tersebut. 3. Minyak menghasilkan beberapa macam bahan bakar Berdasar minyak mentah hasil pengeboran dapat diperoleh berbagai macam fraksi destilasi yang merupakan bahan bakar untuk keperluan bermacammacam mesin pula. Hal ini sangat menguntungkan dalam perancangan model mesin termasuk sistem bahan bakarnya, sehingga kebutuhan bahan bakar dapat disesuaikan dengan masing-masing jenis mesin tersebut. Misalnya saja hasil dari penambangan explorasi yang dipisahkan dengan penyulingan diperoleh sejumlah fraksi-fraksi yaitu : fraksi 1 Petroleum eter, fraksi ke 2 Gasoline, fraksi ke 3 Kerosine, fraksi ke 4 Parafine cair, Petroleum dan Parafine padat, dan fraksi terakhir residu. 4. Minyak mineral dapat menghasilkan macam-macam pelumas Perlu diketahui bahwa hasil dari penambangan minyak mineral dapat juga diperoleh berbagai minyak pelumas, yang memungkinkan pembuatan macammacam jenis pelumas mesin, misalnya : pelumas motor bensin, pelumas motor diesel, pelumas veresneliing, pelumas gardan, pelumas pesawat dan macammacam pelumas sebagai pencampur bahan bakar pada motor bakar. 5. Minyak pelumas dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemicals. Minyak dapat pula sebagai bahan petrokimia, yaitu bahan sintetis dalam pembuatan barang seperti bahan plastik, tekstil, dan lainya. Plastik sebagai alat pembungkus telah memegang peranan dalam kehidupan, praktis penggunaannya dan relatif lebih murah. Tekstil seperti nylon dan sebagainya dibuat dari bahan minyak mineral juga. Selain itu juga pipa-pipa dan bejana banyak yang terbuat dari plastik, bukan lagi dari besi.
B. Sifat Fisika Minyak Mineral Seperti halnya zat cair, kuantitas bahan bakar minyak diukur berdasarkan volumenya. Adapun ukuran yang dipakai di Indonesia adalah M3 atau juga Ton, sedangkan pada perdagangan international digunakan satuan Barrel yang besarnya kira-kira 159 liter.
26
1. Berat Jenis Berat jenis merupakan sifat minyak yang penting yang memiliki nilai dalam perdagangan. Berat jenis disebut juga grafitasi jenis atau specific grafity, adalah suatu perbandingan berat dari bahan bakar minyak dengan berat dari air dalam volume yang sama, dengan suhu yang sama pula (600 F). Bahan bakar minyak pada umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 – 0,96 dengan kata lain minyak lebih ringan dari pada air. Dalam perdagangan international, berat jenis dinyatakan dalam API Grafity atau derajat API (American Petroleum Institute) 0
API =
141,5 − 131,5 beratjenis 60 60 0 F
Api menunjukan kualitas dari minyak tersebut, makin kecil berat jenis atau makin tinggi derajat API berarti makin baik pula kualitasnya, karena lebih banyak mengandung bensin. Sebaliknya jika semakin rendah derajat API maka mutu minyak tersebut kurang baik karena banyak mengandung lilin/aspal residu. Selain derajat API dapat juga dipakai derajat Baume. 0
Baume =
140 − 130 beratjenis 60 60 0 F
Tabel 2 Konversi Berat Jenis, 0API dan 0Baume Berat jenis
0
1,0000
10,0
10,0
0,9655
15,0
15,1
0,9333
20,0
20,1
0,9032
25,0
25,2
0,8750
30,0
30,2
0,8485
35,0
35,3
0,8235
40,0
40,3
0,8000
45,0
45,4
0,7778
50,0
50,4
Baume
0
API
27
Pada tabel berikut di atas dapat dilihat dengan jelas konversi dari berat jenis, 0API dan 0Baume pada suhu 600 F.
2. Viskositas Viskositas adalah suatu ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk mengalir atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair. Satuan viskositas adalah centi poise. Pada umumnya makin tinggi derajat API, makin kecil viskositasnya, begitu pula sebaliknya. Cara mengukur viskositas dengan jalan menghitung lama waktu mengalirnya suatu minyak yang banyaknya telah ditentukan melalui lubang viskometer. Viskositas/kekentalan sangat penting artinya bagi penggunaan bahan bakar minyak untuk motor bakar maupun mesin industri, karena akan berpengaruh terhadap bentuk dan tipe mesin yang menggunakan bahan bakar tersebut.
3. Nilai Kalori Nilai kalori bahan bakar minyak adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air dari 3,50 C – 4,50 C, dengan satuan kalori (RP. Koesoemadinata : 1980). Dengan kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam. Makin tinggi berat jenis minyak bakar, makin rendah nilai kalori yang diperolehnya. Misalnya bahan bakar minyak dengan berat jenis 0,75 atau grafitasi API 70,6 mempunyai nilai kalori 11.700 kal/gr.
4. Titik Tuang Titik tuang suatu minyak adalah suhu terendah minyak yang keadaanya masih dapat mengalir karena berat sendiri. Titik tuang diperlukan sehubungan dengan kondisi dari pengilangan dan pemakaian dari minyak tersebut, sehingga diharapkan minyak masih dapat dipompakan atau mengalir pada suhu yang berada di bawah titik tuang.
28
5. Titik Didih Titik didih minyak berbeda-beda sesuai dengan grafitasinya. Untuk wilayah dengan grafitasi API-nya rendah, maka titik didihnya tinggi karena mempunyai berat jenis yang tinggi. Sedangkan untuk grafitasi API-nya tinggi maka titik didihnya rendah.
6. Titik Nyala Titik nyala adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar minyak tersebut dipercikan api. Pada bahan bakar minyak dengan grafitasi API tinggi maka titik didihnya rendah, sehingga titik nyalanya juga rendah artinya bahan bakar minyak tersebut akan mudah terbakar, demikian juga sebaliknya.
7. Kadar Abu Kadar abu adalah sisa-sisa bahan bakar minyak yang ketinggalan setelah semua bagian yang dapat terbakar dalam proses pembakaran minyak terbakar habis. Berdasar kadar abu ini dapat diperkirakan banyaknya logam-logam yang terkandung dalam minyak maupun elemen-elemen yang ada.
8. Air dan Endapan Air dan endapan yang dipersyaratkan dalam minyak tidak boleh lebih dari 0,5 %. Air yang banyak terkandung pada minyak bakar dapat menyebabkan pembakaran tidak sempurna, sedangkan endapan pada minyak akan dapat memperbanyak jumlah gas sisa pembakaran dan abu.
9. Warna Warna pada bahan bakar minyak berhubungan dengan berat jenisnya. Untuk berat jenis tinggi, warnanya hijau kehitam-hitaman dan untuk berat jenis rendah warnanya coklat kehitam-hitaman. Warna ini disebabkan adanya berbagai kotoran dan endapan, misalnya senyawa Hidrokarbon yang disertai ikatan berbagai jenis unsur-unsur logam ataupun yang lainnya.
29
10. Bau Bahan bakar minyak ada yang berbau sedap dan tidak sedap. Hal ini dipengaruhi oleh molekul aromat. Bahan bakar minyak yang berasal dari Indonesia biasanya berbau tidak sedap karena mengandung senyawa Nitrogen atau Belerang dan juga H2S.
C. Komposisi Bahan Bakar Minyak Mineral Umumnya bahan bakar minyak atau hampir seluruhnya merupakan ikatan Hidrokarbon, yang terdiri dari unsur Carbon (C), dan Hidrogen(H) yang tergabung sebagai senyawa hidrokarbon. Jadi hal ini C dan H merupakan unsur yang pokok didalam bahan bakar minyak mineral. Di samping unsur C dan H didalamnya terdapat juga unsur-unsur lain seperti Sulfur (S), Nitrogen (N), Oksigen (O) dan logam - logam dalam jumlah kecil. Komposisi dari pada minyak yang telah dihilangkan air dan garamnya adalah terdiri dari unsur mayor Carbon (C) 83–87 % dan impuritis 0-5% Nitrogen (N) 0-1% dan Oksigen (O2) 0-1%. Adapun senyawa–senyawa Hidrokarbon yang terdapat di dalam minyak dapat berbentuk: 1. Senyawa Hidro karbon parafinik (Cn H2n+2), yang jenis minyak ini Hidro karbon mempunyai rumus gabungan berbentuk lurus dan dapat bercabang. 2. Senyawa Hidrokarbon Naftenik atau Naphta (Cn H2n ) minyak jenis ini disebut juga siklo parafin, yang ikatan Hidrokarbonya yang mempunyai rumus bangun membentuk suatu rangkaian tertutup atau siklus. 3. Senyawa Hidrokarbon aromatik, jenis ini rumus bangun dari ikatan Hidrokarbonnya merupakan ikatan tertutup dari benzena bersama dengan derivatif-derevatifnya. Selain ketiga bentuk senyawa hidrokarbon tersebut di dalam produk bahan bakar minyak masih terdapat juga senyawa yang lain yaitu senyawa Hidrokarbon olifin (Cn H2n ) dan juga senyawa hidrokarbon diolifin (Cn H2n-2 ). Ikatan-ikatan ini dikenal dengan ikatan hidrokarbon tidak jenuh, dimana secara alamiah tidak ada pada minyak mentah. Di samping adanya penggolongan jenis bahan bakar minyak, yaitu minyak mineral dan yang lain, masih memiliki sifat-sifat yang
30
khusus. Sifat-sifat ini bergantung dari lokasi tempat di perolehnya bahan bakar minyak tersebut. Hal inilah yang kadang-kadang menyulitkan dalam menentukan sifat fisika maupun sifat-sifat kimianya.
D. Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon. Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C (satu) sampai molekul yang beratom C (empat) adalah memiliki nama yang khusus (CnH2n+2): Untuk
n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4 n = 2, dinamakan etana dan rumus amolekulnya C2H6 n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8 n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C6H10 Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C (lima)
yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan dengan menggunakan bilangan Yunani. Kadang-kadang penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberi nama sebagai derivatif dari metana, dimana hidrogen disubstitusi dengan gugusan alkali. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut:
Nama pentana, n = 5 untuk atom C H H H H H ! ! ! ! ! H- C – C – C – C – C - H ! ! ! ! ! H H H H H Isomer dengan pentana H H H H ! ! ! ! H- C - C – C – C – H ! ! ! ! H HCH H H H Iso pentana 2 metil butana
H H C H H ! H H C–C– C H H ! H H C H H neo pentana 2, 2 dimetil
Dimetil etil metana
propana tetra metil metana
31
Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari deret tersebut yang masing-masng mempunyai sifat fisika dan kimia sama disebut deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) atom C primer, yaitu atom carbon tersebut hanya mengikat satu carbon lainnya, (2) atom C sekunder, yaitu atom carbon yang mengikat dua atom carbon lainnya, (3) atom C tertier, yaitu atom carbon yang mengikat tiga atom carbon lainnya, dan (4) atom C kwartener, yaitu atom Carbon yang mengikat empat atom carbon lainnya.
Contoh. C C 4! ! C -C – C - C – C – C ! 3 2 1 C
1 = atom C primer 2 = atom C sekunder 3 = atom C tertier 4 = atom C kwartener
Apabila suatu hidrocarbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen maka membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian biasa dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah: CH3 – disebut gugus metil CH3 – CH2 disebut gugus etil CH3 – CH2 – CH2 disebut gugus n- propil CH3 CHCH3 CH3 – CH2 – CH2 - CH2 adalah gugus n – butil CH3 – CH2-CH – CH3 adalah gugus sekunder butil CH3 – CH- CH – adalah gugus isbutil ! CH3 CH3 ! CH3- C ! CH3
adalah gugus tertier butil
32
Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkali tersebut biasanya ditulis dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.
E. Tara Kalor Mekanik Tara kalor mekanik adalah suatu panas sejumlah 1 kilo kalori setara dengan usaha sebesar 427 kgm, artinya untuk mengangkat beban seberat 427 kg dengan jarak lintasan 1 m, atau 1 kg beban sejauh 427 m diperlukan energy sebanyak 1 kilo kalori, dapat dikatakan bahwa 1 kkal sama dengan 427 kgm. Hal ini deapat diketahui bahwa: Usaha = Gaya x Jarak , dalam hal ini Usaha (Joule), Gaya (Newton atau kgm /s2 ) dan Jarak (meter).
a. Bahan bakar bensin Bensin merupakan bahan bakar motor, hasil dari pemurnian minyak kasar, bensin mempunyai Bj 0,7 dan nilai pembakarannya=10.000 kkal, artinya bila 1 kg bensin dibakar dengan sempurna menghasilkan kurang lebih 10.000 kilo kalori, jadi (10.000 x 427) kgm = 4.270.000 kgm. Aplikasi, karena bahan bakar ini menyala pada suhu yang rendah maka kompresi yang diijinkan pada motor bensin adalah terbatas yaitu antara (4 -5) atmosfir.
b. Bahan bakar gas Menurut asalnya bahan bakar gas dapat dibedakan menjadi: (1) Gas dari sumber minyak. Bahan bakar ini sering disebut pula dengan gas bumi dan mempunyai nilai pembakaran 6500 kkal. Bahan bakar ini baik sekali digunakan untuk bahan bakar gas. Maka konversinya (6500 x 427) kgm = 2.775.500 kgm. (2) Gas air, Gas air adalah campuran dari monoksid arang (CO), dioksid arang (CO2) dan zat air (H2) untuk membuat gas air ini digunakan uap air yang dialirkan melalui kokas yang menyala pada suhu 1200o C – 1600o C dan mempunyai nilai pembakaran 2000 - 2200 kkal. Jadi nilai pembakaran gas air tersebut setara dengan (2000 x 427) kgm = 954.000 kgm dan atau sama dengan (2200 x 427) kgm = 939.400 kgm.
33
c. Gas generator. Gas ini dapat diperoleh dari pembakaran kokas di dalam dapur generator. Hasil dari gas generator ini adalah sangat panas dan mempunyai nilai pembakaran 700-1000 kkal. Jadi nilai kalori dari pembakarannya, apabila disetarakan menjadi (700 x 427) kgm = 298.900 kgm, dan atau (1000 x 427) kgm = 427.000 kgm. Gas generator kebanyakan dipakai untuk pemggerak turbin gas.
Ringkasan/simpulan Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntumgan, baik ditinjau dari segi teknik maupun dari segi ekonomi. Setiap bahan bakar mempunyai karakteristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Karakteristik tersebut mementukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, di mana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambahkan bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut. Adapun sifat-sifat yang menguntungkan antara lain adalah: (1) sifat cair sehingga di dalam pemakaian lebih praktis, (2) mempunyai nilai kalor tinggi dibandingkan dengan bahan bakar yang lain dalam jumlah kilogram yang sama, (3) dapat menghasilkan beberapa macam bahan bakar , dan (4) dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemical. Sifat-sifat fisika bahan bakar minyak antara lain: (1) Berat jenis, bahan bakar minyak umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 sampai 0,96. Dunia perdagangan terutama yang dikuasai oleh perusahaan Amerika, dinyatakan dalam API (American Petroleum Institute), (2) Viskositas, adalah ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk mengalir, atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair, (3) Nilai kalori, yang dimaksud dengan niali kalori adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh pembakaran satu gram bahan bakar minyak tersebut untuk meningkatkan temperatur (3,50 s/d 4,50) Celcius pada satu gram air dan satuannya adalah kalori, (4) Titik tuang, titik tuang adalah suhu terendah minyak yang kadarnya masih dapat mengalir karena berat sendiri, (5) Titik didih, minyak dengan gravitas API rendah maka titik didihnya tinggi, sedang untuk gravitas tinggi maka titik didihnya rendah, (6) Titik nyala, flash point adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar minyak tersebut
34
dipercikan api, (7) Kadar abu, adalah sisa-sisa pembakaran yang ditinggalkan setelah semua bagian yang dapat terbakar dalam minyak terbakar habis, kadar abu tidak boleh lebih (0,05 %) dari beratnya, (8) Air dan endapan yang terdapat dalam bahan bakar minyak adalah sangat sedikit yang dipersyaratkan tidak boleh lebih (0,5 %) dari beratnya, (9) Warna, bahan bakar minyak mempunyai macam-macam warna yaitu hitam dan ada kalanya justru tidak berwarna atau netral, (10) Bau, ada yang berbau sedap dan tak sedap (Indonesia) karena mengandung senyawa nitrogen ataupun belerang (sulphur), dan juga disebabkan adanya H2S. Pada umumnya bahan bakar minyak merupakan ikatan hidrokarbon yang terdiri dari unsur karbon dan hidrogen. Di samping unsur C dan H juga terdapat unsur–unsur lain seperti sulfur (S), nitrogen (N2), oksigen (O2) dan logam-logam lain dalam jumlah yang kecil. Adapun senyawa-senyawa hidrokarbon dalam minyak dapat berbentuk: (1) senyawa hidrokarbon parafinik (Cn H2n
+2
), (2)
senyawa hidrokarbon naftenik atau naphta ( Cn H2n ), (3) senyawa hidrokarbon aromatik. Memiliki tara kalor mekanik, yaitu bahwa dalam 1 kilo kalori mempuyai kesetaraan 427 kgm (bahwa usaha sama dengan gaya kali jarak).
35
BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas (heat energy). Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran. Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Untuk memahami energi dan pembakaran harus diketahui pengertian pembakaran beserta unsur yang terkandung dalam bahan bakar dan kebutuhan udara dalam pembakaran dengan proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume. DESKRIPSI: Materi dalam bab III. akan dipelajari tentang peri hal: (1) Pengertian Pembakaran, (2) Unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Udara, (4) Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Tujuan instruksional khusus, setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat: (1) Menyebutkan dasar pengertian tentang pembakaran, (2) Mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Mengetahui tentang Udara pembakar, (4) Menghitung Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Menganalisa proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.
36
BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN
A. Pengertian Pembakaran Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas dan disebut heat energy. Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran. Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Apabila pada bahan bakar tidak mengandung unsur-unsur yang tidak dapat terbakar maka pembakaran akan berlangsung sempurna, sehingga hasil pembakaran berupa gas bekas pembakaran yang tidak berbahaya bagi kehidupan dan lingkungannya. Akan tetapi apabila pada bahan bakar tersebut mengandung unsur-unsur yang tidak terbakar, maka akan tersisa yang berakibat sisa-sisa pembakaran tersebut dapat menimbulkan gas yang berbahaya (beracun) bagi kesehatan dan lingkungan. Untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna dilakukan usaha-usaha sebagai berikut: (1) Diusahakan dengan membuat ruang pembakaran sedemikian rupa sehingga tidak terdapat ruangan atau sudut-sudut mati yang disebut ruang rugi, (2) Pemasukan bahan bakar dalam silinder (untuk pembakaran dalam) diusahakan dalam bentuk kabut yang sangat halus sehingga bahan bakar dapat kontak lebih sempurna dengan udara pembakaran, (3) Diusahakan pencampuran yang baik (homogen) antara bahan bakar dengan udara sehingga pembakaran dapat berlangsung dengan cepat, dan (4) Memberikan jumlah udara lebih dari jumlah kebutuhan minimal sehingga setiap bagian bahan bakar mendapat cukup udara untuk dapat membakar dalam waktu yang cepat, dan (5) Mempertinggi kecepatan pembakaran yaitu memperpendek waktu pembakaran. Misalnya, untuk motor diesel kurang dari 0,1 detik dan untuk motor bensin kurang dari 0,005detik, dan
37
untuk pembakaran pada ketel uap (external combustion) dengan cara memberikan hembusan-hembusan udara pembakar melalui pemancar-pemancarnya.
B. Unsur yang terkandung dalam bahan bakar. Kebanyakan bahan bakar terdiri atas hidrogen (H2) dan karbon (C) baik bahan bakar tersebut berbentuk padat (misalnya arang, batu bara), cair (misalnya minyak tanah, premium, solar) atau gas (misal gas bumi, bio gas). Bahan bakar berbentuk padat adalah sisa-sisa endapan tanaman dari zaman geologi yang silam. Komponen-komponennya yang dapat terbakar terutama adalah karbon (C), hidrogen (H2) dan sebagian kecil zat belerang (S). Akan tetapi kadang kala terdapat komponen yang tidak dapat terbakar berupa nitrogen (N), air (H2O) dan abu (As). Bahan bakar cair merupakan campuran yang komplit dari sejumlah hidrokarbon, yang terdiri dari unsur karbon (C), dan hidrogen (H2). Kebanyakan bahan bakar cair adalah campuran hidrokarbon yang diperoleh dari minyak mentah melalui proses destilasi (penyulingan), dan pemecahan (cracking). Hasil yang diperoleh dapat berupa bensin, premium, kerosin, solar, minyak diesel, dan bahan bakar lain. Perbedaan antara jenis-jenis bahan bakar ini dapat dilihat dari kurva destikasi. Kurva destilasi diperoleh dengan memanaskan perlahan-lahan sejumlah bahan bakar hingga menguap, kemudian mengembangkannya dan memisahkan uap yang tertinggal. Penyulingan yang dilakukan pada minyak mentah dapat menghasilkan berbagai kualitas minyak terhadap pembakaran maupun energi yang dihasilkan oleh pembakaran minyak tersebut. Hal ini dilakukan agar dalam pemakaian disesuaikan terhadap karakteristik peralatan yang digunakan dengan kepentingan yang diharapkan.
38
Gambar 1: kurva destilasi untuk bahan bakar hidrokarbon
Gambar 2: Skema eksplorasi minyak dan alat penyulingan.
39
Tabel 3. Fraksi hidrokarbon hasil penyulinagn minyak bumi
Fraksi Gas
Ukuran Molekul C1-C5
Eter petroleum C5-C7
Titik Didih (0C)
Kegunaan
-160-30
Bahan bakar (LPG)
30-90
Sumber hidrogen Pelarut, binatu kimia (dry cleaning)
Bensin
C5-C12
30-200
Bahan bakar motor
C12-C18
180-400
Bahan bakar mesin
(gasoline) Kerosin, minyak
diesel
diesel/solar
Bahan bakar industri untuk cracking
Minyak
C16 ke atas
350 ke atas
C20 ke atas
merupakan zat padat Membuat lilin dan
Pelumas
pelumas Parafin
dengan
titik
cair lain-lain
rendah Aspal
C25 ke atas
residu
Bahan bakar dan untuk pelapis jalan raya.
Bahan bakar yang berbentuk gas, dapat diperoleh dari sumber-sumber gas alam dan proses pengolahan. Beberapa jenis hidrokarbon dalam endapan minyak tanah terdapat dalam bentuk gas pada tekanan atmosfer. Contoh yang umum dijumpai adalah metana (CH4) yang dikenal sebagai gas rawa. Tetapi bahan bakar gas yang paling banyak digunakan adalah yang diperoleh dari pemanasan batu bara dan proses pembuatan berupa gas bio.
40
Proses pembakaran bahan bakar selalu menghasilkan heat energi atau energi panas dan gas bekas yang dalam hal ini merupakan faktor/unsur-unsur tambahan yang ada pada setiap bahan bakar. Adanya unsur yang demikian sangat mempengaruhi panas yang dihasilkan beserta kadar abu sisa pembakaran. Panas tersebut biasa dihitung dalam satuan kalori atau kilo kalori, yang apabila diubah menjadi suatu bentuk usaha disebut tara kalor mekanik. Besaran kesetaraannya adalah bahwa untuk setiap kilo kalori dapat menghasilkan usaha kilogram meter sebesar 427 kgm, disingkat 1kkal = 427 kgm. Adapun unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar di dapati sangat kecil bila dibandingkan dengan dua unsur di atas. Namun demikian dapat menentukan proses pembakaran yang sedang berlangsung. Hal ini disebabkan unsur-unsur tadi ada yang menguntungkan (memperbesar nilai-nilai pembakaran) dan ada yang tidak menguntungkan (terjadi reduksi panas). Unsur-unsur yang dimaksud adalah: (1) Sulphur (S), (2) Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4) Air (H2o). Dengan demikian setiap 1 kg bahan bakar mengandung unsur-unsur Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air), Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam), Nitrogen (zat lemas) dan air.
Table 4. Unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar.
Unsur-unsur dalam bahan bakar
Simbol
Berat atom
Berat Molekul
Carbon (zat arang)
C
12
-
Hydrogen (zat air)
H2
1
2
Sulphur (belerang)
Sebab
32
-
Oksigen (zat asam)
O2
16
32
Nitrogen (zat lemas)
N2
14
28
Water (air)
H2O
-
18
41
C. Udara. Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja tetapi juga gas lain. Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada udara: a. zat pembakar (zat asam)
± 21 %
b. zat lemas (nitrogen)
± 79 %
c. gas + kotoran
±1%
Prosentase menurut beratnya gas-gas yang terkandung dalam udara: a. zat pembakar (zat asam)
± 23,2 %
b. zat lemas (nitrogen)
± 76,8 %
c. gas lain + kotoran
± 1 %.
Udara yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuia dengan kebutuhan agar didapat campuran yang baik antara bahan bakar dan udara. Oleh karena itu mengetahui kebutuhan udara dalam proses pembakaran merupakan hal yang sangat penting.
D. Kebutuhan Udara dalam Bahan Bakar. Kebutuhan udara tergantung dari unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar. Apabila 1 kg bahan bakar mengandung unsur C %, H %, dan S %, maka: 1. Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 2
2 kg O2 atau 11,5 kg udara 3
Reaksi pembakaran : C(s) + O2 (g) → CO2 (g) + panas 2. Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara Reaksi pembakaran : 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O(l) 3. Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara Reaksi Pembakaran : S(s) + O2 (g) → SO2 (g)
42
Jadi kebutuhan O2 untuk pembakaran bahan bakar yang mengandung C %, H2 %, dan S % adalah = 2 ⅔ C + 8 H2 + S kg, kebutuhan O2 sebenarnya adalah kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkandung dalam bahan bakar. Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara adalah: 25,5 % {(2 ⅔ C + 8 H2 + S)} – O2} kg. Kebutuhan udara untuk pembakaran adalah: Gu =
1 {(2 ⅔ C + 8 H2 + S)} – O2} kg. 0,233
Atau Gu = {(11,5 C + 3,4 H2 + 4,3 S)} – 4,3 O2} kg.
E. Proses Pembakaran dengan Analisa Massa dan Analisa Volume. 1. Pembakaran Hidrogen
Reaksi Pembakaran : 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2 O Analisa massa:
Berat atom Hidrogen (H) = 1,
Massa Hidrogen dalam proses 2 x 2 = 4
Berat atom Oksigen (O) = 16,
Massa Oksigen dalam proses 2 x 16 =32
Massa air adalah 2 x (2 + 16) = 36,
Dengan demikian dapat ditulis:
4 massa H2 direaksikan dengan 32 massa O2 menghasilkan 36 massa H2O atau 1 massa H2 direaksikan dengan 8 massa O2 menghasilkan 9 massa H2O Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi: 1 kg H2 + 8 kg O2 → 9 kg H2O Kebutuhan udara untuk pembakaran 1 kg H2 adalah: Oksigen 23,3 % untuk pembakaran 8 kg O2 =
8 0,233
= 34,5 kg Udara. Dari 34,5 kg udara terdapat 8 kg O2 maka besarnya nitrogen adalah = 34,5 kg – 8 = 26,5 kg N2
43
Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg H2 dibutuhkan 34,5 kg udara akan menghasilkan 9 kg H2O dengan 26,5 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume:
Reaksi pembakaran : 2 H2 + O2 → 2 H2 O Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan perbandingan volume, maka reaksi pembakaran dapat ditulis: 1 m3 H2 + 0,5 m3 O2 → 1 m3 H2 O Udara terdapat 21 % dari volume maka kebutuhan 0,5 O2 dibutuhkan udara =
0,5 0,21
= 2,38 m3 Dengan demikian nitrogen yang dihasilkan = 2,38 m3– 0,5 m3 = 1,88 m3 N2 Untuk pembakaran 1 m3 H2 akan menghasilkan 1 m3 H2 O, dan 1,88 m3 N2 .
2. Pembakaran Carbon Analisa massa :
Reaksi Pembakaran : C + O2 → CO2 Berdasarkan massa: {12} + {(2 x 16)} →{12 + (2 x 16)} Atau
1 + 2 ⅔ kg = 3 ⅔ kg CO2
Untuk 2 ⅔ kg O2 membutuhkan udara sebesar
2 3 kg = 0.233 2
= 11,5 kg
44
Besarnya nitrogen yang dihasilkan = 11,5 – 2 ⅔ = 11,5 – 2,66 = 8,84 kg Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 11,5 kg udara akan menghasilkan 3,66 kg CO2 dengan 8,84 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume :
Reaksi pembakaran : C + O2 → CO2 Berdasarkan volume 1 m3 C + 1 m3 O2 → 1 m3 CO2 1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar 1 / 0,21 = 4,76 m3 Nitrogen yang dihasilkan → 4,476 – 1 = 3,76 m3
Dengan demikian untuk membakar 1 m3 C dibutuhkan 4,76 m3 udara menghasilkan 1 m3 CO2 dan 3,76 m3 N2
3. Pembakaran Sulphur Analisa massa
Reaksi Pembakaran : S + O2 → SO2 Berdasarkan massa
{32} + {2 x 16} → {(32) + (2 x 16)} 32 + 32 → 64 1+1→2
Jadi 1 kg S + 1 kg O2 → 2 kg SO2 Untuk 1 kg O2 dibutuhkan udara sebanyak: 1 / 0,233 = 4,3 kg Besarnya nitrogen = 4,3 – 1 = 3,3 kg Dengan demikian 1 kg S + 4,3 kg udara → 2 kg SO2 + 3,3 kg N2
45
Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 4,3 kg udara akan menghasilkan 2 kg SO2 dengan 3,3 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume
Reaksi pembakaran : S + O2 → SO2 Berdasarkan volume 1 m3 S + 1 m3 O2 → 2 m3 SO2 1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar 1 / 0,21 = 4,76 m3 Jumlah nitrogen yang terdapat dalam udara pembakar : 4,76 – 1 = 3,76 m3 Dengan demikian 4,76 m3 udara untuk membakar 1 m3 sulphur akan menghasilkan 2 m3 SO2 ditambah hasil 3,76 m3 nitrogen (N2)
Ringkasan/simpulan
Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan bakar dengan zat asam yang menghasilkan panas dan disebut heat energy. Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran. Unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar adalah: (1) Sulphur (S), (2) Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4) Air (H2o). Dengan demikian setiap 1 kg bahan bakar mengandung unsur-unsur Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air), Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam), Nitrogen (zat lemas) dan air. Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja tetapi juga gas lain.
46
BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon berdasar konggres di Geneva Switzerland pada tahun 1892, disebut dengan penamaan sistim Geneva. Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat atau lebih, adalah memiliki nama yang khusus. Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom di dalam molekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan diikuti oleh penyusunan kembali atom-atom tersebut dalam kombinasi molekul baru. Pembakaran stoikiometrik adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan semua atom zat arang diubah menjadi CO2. Gas hasil pembakaran ditentukan oleh reaksi pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi. Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan kelestarian alam, karena adanya suatu bahan dalam konsentrasi ambang batas. Ada tiga komponen pokok dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu: (1) lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, (2) yang terkena dampak negatif secara langsung adalah manusianya, dan (3) di dalam lingkungan tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia. DESKRIPSI: Materi dalam bab IV. akan dipelajari tentang: (1) Nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) Persamaan reaksi pembakaran, (3) Emisi gas buang, dan (4) Pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab 1V. ini maka mahasiswa dapat: (1) mengetahui komposisi struktur bahan bakar dengan nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) memahami persamaan reaksi pembakaran, (3) menyebutkan emisi gas buang, dan (4) mengetahui pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan.
47
BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN
A. Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon yang biasa dipakai dalam komposisi kimia berdasar pada hasil kongres di Geneva Switzerland pada tahun 1892, sehingga hal ini terkenal disebut dengan penamaan sistim Geneva. Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat adalah memiliki nama yang khusus: Untuk n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4 n = 2, dinamakan etana dan rumus molekulnya C2H6 n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8 n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C4H10 Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C lima, yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan menggunakan bilangan yunani (bilangan latin) dengan menambahkan akhiran “ana” misalnya yang beratom C enam disebut heksana (C6H14) dan seterusnya. Kadang-kadang penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberinama sebagai derivatif dari metana, dimana hidrogen disubtitusi dengan gugusan alkil. Sebagai contoh dapat dilihat pada rumus senyawa hidrokarbon dengan atom C adalah lima (pentana ) dengan rumus: C5H12. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut: Nama pentana, n = 5 untuk atom C. H
H
H
H
H
I
I
I
I
I
H---- C ----- C ----- C ------ C ----- C ----- H I
I
I
I
I
H
H
H
H
H
Isomer dengan pentana
48
H
H
H
H
H
I
I
I
I
HCH
H --- C ------ C ------C ----- C ----- H I
I
I
I
H
HCH
H
H
H
I
H
H C --- C --- C H H
H
I
H
HCH H
Iso pentana
Neo pentana
2 metil butana
2, 2 dimetil propana
dimetil etil metana
tetra metil metana
Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari deret tersebut masing-masing mempunyai sifat fisika dan kimia yang sama disebut deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) Atom C primer, yaitu atom karbon tersebut hanya mengikat satu atom karbon lainnya, (2) Atom C sekunder, yaitu atom karbon yang mengikat dua atom kartbon lainnya, (3) Atom C tertyier, yaitu atom karbon yang mengikat tiga atom karbon lainnya, dan (4) Atom C kwartener, yaitu atom karbon yang mengikat empat atom karbon lainnya.
Contoh: C
C
1 = atom C primer
4 I
I
2 = atom C sekunder
C ----- C ----- C ------ C ----- C ----- C I
3
2
1
3 = atom C tertier 4 = atom C kwartener
C
Apabila suatu hidro karbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen, maka membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah:
49
CH3 –
lazim disebut gugus metil.
CH3 – CH 2
disebut gugus etil.
CH3 – CH 2 – CH 2
disebut gugus n – profil .
CH -
adalah gugus isopropil
CH3 – CH 2 – CH 2 – CH 2
adalah gugus n – butil.
CH3 – CH 2 – CH – CH 3
adalah gugus sekunder butil.
CH3 – CH – CH
adalah gugus isobutil.
CH3 CH3
I CH3 CH3 I CH 3 --- C ---
adalah gugus tertier butil.
I CH3 Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkil tersebut biasanya ditulis dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.
CH
C H2 C -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- HC
HC
HC
CH CH
Ikatan aromatik
CH -- CH2 -- CH2 – CH3 CH2
C H2 C H2
Ikatan naftanik
50
Rumus bangun suatu molekul hidrokarbon kompleks. 1-(3 fenil propil ) –3 – propil siklo eksana yang meliputi satu ikatan aromatik satu ikatan naftenik dan rantai panjang parafin.
B. Pembakaran Analisis proksimat dari zat arang menghasilkan prosentase air,zat-zat yang dapat menguap, karbon yang tetap (tak dapat bereaksi). Analisis ultimat dapat memberikan jumlah prosentase zat arang, hidrogen, oksigen, belerang, nitrogen yang dapat dinyatakan dengan dasar “basah” (as received) atau “kering”, yaitu dengan uap yang ditentukan dalam analisis proksimat tidak disertakan.
Persamaan Stoikiometrik Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom didalam molekulmolekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan,diikuti oleh penyusunan kembali atomatom tersebut dalam kombinasi molekul yang baru. Pembakaran stoikiometrik adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan semua atom zat arang diubah menjadi CO2. Jadi untuk metana , CH4 + 2 O2
CO2
+
2 H2O
Persamaan diatas menyatakan bahwa satu mol metana bereaksi dengan dua mol oksigen dan membentuk satu mol karbondioksida dan air. Proses pembakaran oksigen diasalurkan sebagai udara dan bukan dalam bentuk murni.Berdasarkan volume udara mengandung 21% oksigen dan 79% nitrogen yaitu untuk tiap mol oksigen terdapat 79 / 21 = (3.76 mol nitrogen), sehigga reaksinya ditulis : CH4 + {2 O2 + 2 (3.76) N2 }
CO2 + 2 H2O + 7.52 N2
Berdasarkan dari persamaan diatas atom karbon diubah menjadi CO2 dan semua atom hidrogen menjadi H2O dengan bersenyawa dengan oksigen dari udara. Jumlah udara minimum yang memberikan oksigen yang cukup untuk dioksidasi lengkap dari semua karbon,hidrogen,dan elemen-elemen yanh dapat terbakar didalam bahan bakar yang sering disebut udara teoretis. Secara teoretis pembakaran adalah perbandingan udara terhadap bahan bakar (air fuel ratio) yaitu
51
perbandingan antara massa udara dengan massa bahan bakar. Sebagai salah satu contoh dalam persamaan stoikiometrik adalah sebagai berikut : 1. Tentukan perbandingan udara / bahan bakar stoikiometrik dan produkproduk pembakaran oktana,C8H18. 2. Bandingkan analisis molar dari produk pembakarannya dengan produk yang diperileh bila C8H18 dibakar dengan 200% udara teoretis. Penyelesaian : 1. Perbandingan udara bahan bakar stoikiometrik diperoleh dari persamaan ; C8H18 + 12.5 O2 + {12.5 (3.76)N2 }
8CO2 + 9 H2O + 47 H2
Jumlah udara persatuan massa bahan bakar :
12,5 x 32 + 47 x 28 =15 lbm udara / lbm bahan bakar. 114 Analisis molar dari produk pembakaran untuk pembakaran stoikiometrik : CO2 H2O N2
Jumlah mol 8 9 47
Prosetase volume 12.5 14 73.5
2. Persamaan pembakaran dengan 200% udara teoretis ; C8H18 + 2 (12,5)O2 + 2 (12,5 + 3,76)N2
8 CO2 + 9H2 + 12,5 O2 + 94 N2
Analisis volumetrik dari produk pembakaran : CO2 H2O O2
N 8 9 12,5
X1 6,5 7,3 10,1
Contoh ; Analisis volumetrik dari suatu gas adalah 26% CO ,12% H2, 72% dan 55% N2, udara sejumlah 1,3 ft3 digunakan untuk pembakaran tiap ft3 gas. Berapa besar temperatur minimum yang diperbolehkan pada tiap permukaan yang berhubunga dangan gas produk pembakaran supaya tidak terjadi konbdensasi? Penyelesaian ;
52
Reaksi ; 0.26 mol CO + 0,13 mol O2 = 0,26 mol CO2 0,12 mol H2 + 0,06 mol O2 = 0,12 mol NO produk pembakaran ; CO2 = 0,26 mol (dari pembakaran CO) + 0,07 mol (bersama-sama bahan bakar) = 0,33 mol. H2O = 0,12 mol ( dari pembakaran H2 ) O2
= 1,2 x 0,21 mol (dari udara ) – 0,19 mol (digunakan oksidasi CO dan H2 )
N2
= 1,2 x 0,79 mol (dari udara) + 0,55 mol (dari bahan bakar) = 1,449 mol.
Jumlah mol produk = 0,33
+ 0,12 + 0,062 + 1,494 = 2,011 mol.
Tekanan persial uap H2O ; 0,12 =14,7 =0,876 psia. 2,011 3. Pembakaran Hidrogen Pembakaran dari hidrogen dengan oksigen menghasilkan air. Proses pembakaran ini dapat ditulis: 2 H2 + O2 = 2 H2O. a. Analisa Massa. Berat atom hidrogen (H) = 1, analisa massa hidrogen dalam proses = 2 x2=4 Barat atom oksigen (O) = 16; maka massa oksigen dalam proses = 2 x 16 = 32. Masa air adalah: = 2 x ( 2+16 ) = 36 Dengan demikian dapat ditulis: 4 massa H2 dicampur dengan 32 massa O2 = 36 massa H2O atau: 1 massa H2 ditambah 8 massa O2 = 9 massa H2 O. Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi: 1 kg H2 + 8 kg O2 = 9 kg H2 O
53
oksigen terdapat dalam udara sebesar 23,2% dari massa, sedang dalam pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 8kg O2.. Kebutuhan udara untuk pembakaran 1kg H2 adalah = 8/0,232 = 34,5kg. Dari 34,5 kg udara terdapat 8kg O2 , maka besarnya nitrogen adalah: = 34,5 – 8 = 26,5kg. Dengan demikian untuk pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 34,5kg udara akan menghasilkan 9kg air dengan 26,5kg zat lemas (nitrogen ). b. Analisa Volume Pembakaran hidrogen dengan oksigen adalah: 2 H 2 + O2 = 2 H2 O Dari 2 H2 adalah 2 molekul H2 . O2 adalah 1 molekul O2 . 2 H2O adalah 2 molekul H2 O . Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan perbandingan volume, maka pada pembakaran ini dapat ditulis 1 m2 H2 + 0,5 m3 O2 = 1 m3 H2 O . artinya pembakaran 1 m3 H2 dibutuhkan 0,5 m3 O2 akan menghasilkan 1,5 m3 gas dan 1 m3 air. Udara terdapat 21 % O2 dari volume, maka kebutuhan 0,5 O2 dibutuhkan udara. = 0,5 / 0,21 = 2,38 m3. Dengan demikian Nitrogen yang dihasilkan = 2,38 – 0,5 = 1,88 m3 N2 . Jadi dari analisa volume, untuk pembakaran 1 m3 H2 akan menghasilkan 1 m3 H2 O dan 1,88 m3 N2.
54
C. Emisi Gas Buang Gas hasil pembakaran bahan bakar dapat ditentukan oleh reaksi pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi. Pembakaran 1 kg C menghasilkan 3,66 kg CO2 dan 8,64 kg N2. Pembakaran 1 kg H2 menghasilkan 9 kg H2O dan 26, 5 kg N2. Pembakaran 1 kg S menghasilkan 2 kg SO2 dan 3,3 kg N2. Apabila bahan-bahan mengandung O2, maka juga mengandung N2 sebesar 0,768 = x massa O2. 1,232 Atau = 3,3 x massa O2. Untuk mudahnya diambil contoh seperti dibawah ini. Contoh 1 : 1 kg bahan bakar mengandung 82 % C, 12 % H2. 2 % O2 , 1 % S dan 3 % N2. Tentukan gas-gas hasil pembakaran dan prosentasenya. Jawab : Untuk unsur C mendapat CO2 = 0,82. (3,66)= 3,01 kg. N2 = 0,82. (8,64)= 7,25 kg. Untuk unsur H2 mendapat H2O = 0,12 . (9)
= 1,08 kg
N2 = 0,12 (26,5) = 3,18 kg Untuk unsur S mendapat SO2 = 0,01 . (2)
= 0,02 kg
N2 = 0,01 . (3,3) = 0,033 kg Untuk unsur O2 terdapat N2 = 0,02 . (3,3) = 0,066 kg Jadi gas N2 = 7,25 + 43,18 + 0,033 = 0,066 + 0,03 = 10,427 kg Gas hasil pembakaran 1 kg bahan bakar adalah : 3,01 kg CO2; 1,08 kg H2O; 0,02 kg SO2; 10,47 kg N2. Jadi gas hasil pembakaran = 3,01 + 1,08 + 0,02 + 10,427 = 14,5437 kg Gas hasil pembakaran 1 kg bahan bakar dalam prosen.
55
3,01 x 100% = 20,7% 14,537 1,08 H 2O = x 100% = 7,43% 14,537 0,02 SO 2 = x 100% = 0,14% 14,537 10,427 N2 = x 100% = 71,43% 14,537 C 2O =
Menghitung hasil pembakaran berdasarkan volume dapat dijelaskan dengan contoh : 5. Contoh 5. 1 kg bahan bakar mengandung 14,2% CH4 5,9% CO2; 436% CO; 40,5% H2; 0,5% O2; 2,9% N2 dari volumenya. Tentukan hasil-hasil gas pembakaran dari 1 m3 bahan bakar. Jawab :
Untuk pembakaran CH4 (0,142 m3 CH4) mendapat : 0,142 x 1
= 0,142 m3 CO2
0,142 x 2
= 0,284 m3 H2O
0,142 x 7,52 = 1,608 m3 N2 Untuk pembakaran CO (0,36 m3 CO) mendapat : 0,36 x 1
= 0,36 m3 CO2
0,36 x 1,88
= 0,676 m3 N2
Untuk pembakaran H2 (0,405 m3 H2) mendapat : 0,405 x 1
= 0,405 m3 H2O
0,405 x 1,88 = 0,762 m3 N2 Dari O2 (0,005 m3 O2) mengandung juga. 0,005 x
0,79 = 0,019 m3 N 2 0,21
CO2 dari bahan bakar = 0,059 m3 CO2 N2 dari bahan bakar = 0,029 m3 N2
56
Jadi hasil pembakaran dari 1 m3 bahan bakar adalah : gas N2
= 1,068 + 0,676 + 0,762 + 0,029 – 0,019 = 2,5435 – 0,019 = 2,526 m3/ m3 bahan bakar
gas CO2
= 0,142 + 0,436 + 0,059 = 0,561 m3/ m3 bahan bakar
gas H2O
= 0,284 + 0,405 = 0,689 m3/ m3 bahan bakar
Jumlah total gas pembakaran : = 2,516 + 0,561 + 0,689 = 43,766 m3/ m3 bahan bakar Perhitungan dalam prosen. 0,561 x 100% = 14,9% 3,766 0,689 H 2O = x 100% = 18,28% 3,766 2,561 N2 = x 100% = 66,8% 3,766
CO 2 =
D. Pengaruh Emisi Gas Buang Bagi Lingkungan
Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan kelestarian alam. Ada tiga komponen pokok untuk dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu : (1) lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, (2) yang terkena dampak negatif secara langsung adalah manusianya, dan (3) di dalam lingkungan tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia. Berdasar dari ketiga komponen pokok tersebut, maka konsep pencemaran lingkungan hidup berbunyi : Pencemaran akan terjadi apabila dalam lingkungan hidup manusia, baik lingkungan fisik, biologi maupun lingkungan sosialnya tedapat suatu bahan dalam konsentrasi sedemikian besar, yang dihasilkan oleh proses aktivitas kehidupan sendiri, yang akhirnya merugikan kehidupan manusia (Abdurrahman, 1989).
57
Pencemaran alam ini secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi : pencemaran udara, pencemaran air, pencemaran tanah, pencemaran karena penggunaan bahan-bahan sintetis, dan pencemaran akibat zat tambahan pada makanan. Adapun sumber-sumber polusi yang utama adalah di lapangan sumur minyak yang terjadi pertumpahan sejak dari pengeboran wel (sumur minyak), sampai pada proses pengilangan, bahkan kadang-kadang pada langkah transportasi terjadi bencana yang berakibat polusi atau pencemaran. Di samping itu, gas buang dari kendaraan bermotor dan limbah industri adalah sangat mencemari udara kota. Hal ini disebabkan partikel-partikel karbon gas buang menyebabkan perubahan keseimbangan unsur-unsur alamiah udara, dan menyebabkan tumbuh-tumbuhan kuang mampu berfotosinthesa, akibat penetrasi cahaya matahari terhalang oleh bertambahnya partikel-partikel penyebab polusi udara. Gas buang hasil pembakaran dari motor bakar baik itu motor bensin maupun motor diesel, kedua-duanya merupakan sumber penyebab pencemaran udara. Hasil pembakaran bahan bakar (hidrokarbon) dengan udara (O2) yang menghasilkan kalori sebagai daya untuk mesin itu sendiri, juga menghasilkan sisa-sisa dari proses pembakaran yang berupa asap yang terdiri dari gas : CO2, CO, H2O, N2, OH, NO, dan CH4 yang dampaknya dapat kita rasakan. Kalau kita amati berdasar pada unsur-unsur yang terkandung pada gas asap, dapat diklasifikasikan sebagai berikut : (1) Gas CO2 dan C akan menunjukkan warna asap yang hitam, karena terlalu banyak karbon sebagai kemungkinan bahan bakar terbakar tidak sempurna yang terjadi pada saat penambahan kecepatan dan daya pada mesin kendaraan, ini disebut acselerasi, (2) Untuk gas H2O dan H2 akan menyebabkan warna asap yang keputih-putihan, karena pada bahan bakar mengandung air, dan (3) Gas asap yang banyak mengandung campuran H2O, H2, dan CH4 yang cukup besar dengan CO2 dan C akan menunjukkan warna abu-abu, hal ini terbukti adanya oli yang ikut terbakar.
58
BAB V. UDARA PEMBAKARAN Udara dibutuhkan dalam proses pembakaran karena mengandung zat pembakar dan juga terdapat bermacam gas lain. Prosentase menurut volume gasgas yang terkandung pada udara adalah: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 21%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 79%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%. Unsur-unsur kandungan udara berdasar prosentase beratnya: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 23,2%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 76,8%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%. Dengan demikian di dalam proses pembakaran dipelajari tentang udara pembakaran, Pengaruh pencemaran lingkungan, persyaratan kesehatan, dan adanya uji Coba dari Eropa. DESKRIPSI: Materi yang akan dipelajari dalam bab V. Ini meliputi tentang: (1) Udara pembakaran, (2) Pengaruh pencemaran lingkungan, (3) Persyaratan kesehatan, dan (4) Uji Coba dari Eropa tentang kelayakan pembakaran. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS. Setelah mempelajari materi pada bab V. mahasiswa dapat mengetahui tentang: (1) menyebutkan komposisi dan kebutuhan udara dalam pembakaran, (2) mengetahui adanya pengaruh pencemaran lingkungan oleh pembakaran, dan (3) mengetahui persyaratan pembakaran.
59
BAB V. UDARA PEMBAKARAN
A. Udara. Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara terdapat zat pembakar. Di dalam udara luar tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja, tetapi juga terdapat bermacam gas lain. Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada udara adalah: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 21%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 79%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%. Adapun unsur-unsur kandungan yang ada pada udara dalam prosentase menurut beratnya atau gas-gas yang terkandung dalam udara adalah: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 23,2%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 76,8%, dan (3) Gas + kotoran ± 1% Untuk prosentase menurut beratnya, secara teoritis udara yang dipakai dalam pembakaran biasa terdiri atas 23% zat asam dan 77% zat lemas. Udara yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuai dengan kebutuhan, agar di dapat campuran yang baik antara bahan bakar minyak dan udara, serta membantu proses perambatan pembakaran yang menghasilkan energi panas. Jika perbandingan antara bahan bakar minyak dan udara tidak benar, maka akan menimbulkan gangguan pada proses pembakaran yang tidak sempurna. Akibatnya mempengaruhi daya yang dihasilkan, oleh karena itu mengetahui kebutuhan udara dalam proses pembakaran merupakan hal yang sangat penting.
1.
Suhu Suhu, yang dimaksud adalah merupakan temperatur awal pada proses
pembakaran terjadi, apabila yang diisap udara bertemperatur terlalu panas akan terjadi detonasi karena campuran bahan bakar dengan udara akan terbakar sebelum saat yang ditentukan. Suhu awal dari pembakaran dapat mempengaruhi proses perambatan panas, sehingga sebaran panas yang diberikan dapat terjadi seketika berupa ledakan yang mampu memberikan energi spontan yang cukup besar. Di bagian lain kepadatan udara panas akan memuai, sehingga campuran bahan bakar dengan udara di dalam pengisian silinder menjadi tinggi kerapatan gasnya yang mempermudah proses pembakaran spontan. Walau demikian pada
60
titik suhu tertentu yang tinggi memungkinkan terjadi gejala pukulan atau knoking. Kesulitan semacam ini akan timbul juga bila alat notspot pada motor yang sudah panas masih bekerja seperti gambar di bawah ini. Kemungkinan dapat terjadi bahwa campurannya sudah berubah seluruhnya menjadi gas pada waktu memasuki lubang isian, sehingga pengisian silinder menurun dan disebabkan oleh suhu batas flash point dapat memperbesar kemungkinan terbakar sendiri. Bila motor sudah panas, alat hotspot jangan bekerja lagi
Gambar 5.1. Alat hotspot
2.
Tekanan dari Udara Besarnya tekanan udara tergantung dari letaknya terhadap permukaan laut.
Makin tinggi kita berada makin dinginlah udaranya, dengan perkataan lain, mungkin berkuranglah kepadatannya.
Kebutuhan oktan dari motor pada bermacam-macam ketinggian di atas permukaan laut.
61
Akibatnya adalah bahwa pengisian udara ke dalam silinder berkurang sehingga campurannya menjadi lebih kaya. Dengan demikian nilai kritis untuk terbakar sendiri kurang dapat tercapai. Kelemahan dalam hal ini adalah bahwa pengisian silinder berkurang yang menyebabkan tenaga motor makin menurun pada putaran tinggi. Pengisian di bawah tekanan dengan kompresor, sehingga kepadatan udara meningkat, memperbesar kemungkinan terbakar sendiri. Gambar di atas menunjukkan sebuah grafik untuk kebutuhan oktan sebuah motor pada bermacam-macam ketinggian, bila sebuah motor pada ketinggian permukaan laut memerlukan bahan bakar dengan angka oktan 90, maka pada ketinggian 2000 m hanya menjadi 75.
3.
Kelembaban dari Udara Pada peningkatan derajat kelemahan udara berkurang kemungkinan untuk
terbakar sendiri. Ini disebabkan oleh butir-butir air yang ikut terisap, dengan udara mempunyai sifat mendinginkan campuran gas. Sebaliknya campuran tadi akan menjadi lebih miskin, karena uap air menempati tempat bahan bakar. Ketetapan pukulan yang menjadi lemah dapat diperbaiki oleh pendinginan butir-butir air tersebut. Pada umumnya derajat kelembaban yang besar meningkatkan pengisian silinder. Hal ini dapat dirasakan dengan jelas sewaktu motor berjalan.
4.
Perbandingan Bahan Bakar Udara Perbandingan antara bahan bakar dengan udara, terlepas dari kecepatan
pembakarannya ternyata bahwa kemungkinan besar untuk terbakar sendiri itu menurut teori adalah 1 : 12 s/d 14,8. Apabila campurannya lebih kaya atau lebih miskin, berkuranglah nilainya untuk dapat terbakar sendiri. Hal ini dapat dilihat pada grafik, bahwa pemiskinan campuran meningkatkan daya terbakar sendiri yang diakibatkan lebih lamanya waktu pembakaran dari gas yang miskin sehingga bagian motor tertentu menjadi sangat panas. Dengan demikian akan terdapat dampak sama seperti pada pengapian lambat. Demikian juga sebaliknya untuk campuran yang gemuk, membuat tingkat kepekatan yang berat dengan masa gas yang tinggi, sehingga memungkinkan ada sebagian gas yang belum terbakar ikut
62
terbuang bersama gas bekas. Pembakaran menjadi tidak sempurna dan gas bekas banyak mengandung unsur-unsur bahan bakar yang terbuang tersebut. 5.
Angka Kelebihan Udara Yang dimaksud dengan angka kelebihan udara ialah perbandingan antara
banyaknya udara yang sesungguhnya dalam silinder dan banyaknya udara yang dibutuhkan menurut teori untuk satu kali pembakaran.
λ =
Lw Banyak udara sesungguhnya = Lth Banyak udara menurut teori
Untuk menentukan Lth harus diketahui banyaknya bahan bakar yang ada. Untuk motor-motor bensin, angka kelebihan udara tersebut terletak antara 1 dan 1,1 yang dapat diselenggarakan oleh karburator dengan konstan. Karena itu yang kita persoalkan selanjutnya hanyalah motor-motor diesel saja. Misalkan pencapaian bahan bakar per TPKH = 6 gram Jumlah pemakaiannya per jam menjadi : Ni . 6 gram Pemakaian per silinder per menit =
Ni . 6 Z . 60
Pemakaian per silinder tiap putara =
Ni . 6 Z . 60n
Penyemprotan bahan bakar pada motor 2 tak terjadi sekali tiap putaran, sedang pada motor 4 tak sekali tiap dua putaran. Karena itulah banyaknya bahan bakar tiap semprotan (yaitu yang satu kali disemprotkan) menjadi :
B 2 - tak =
Ni . 6 gram Z . 60n
B 4 - tak =
Ni . 6 gram Z . 30n
Ilmu kimia telah mengetahui bahwa untuk pembakaran yang sempurna dari 1 kg zat arang dibutuhakn 8/3 kg zat asam dan 1 kg zat air dibutuhkan 8 kg zat asam. Bahan bakar minyak biasanya terdiri atas : 87% zat arang dan 13% zat air. Jadi untuk pembakaran 1 kg minyak diperlukan (0,87 . 8/3 + 0,13 . 8) kg zat asam. Karena udara itu umumnya mengandung 23% (prosentase berat) zat asam, maka untuk 1 kg minyak dibutuhkan :
63
(
)
100 0,87 . 8 + 0,13 . 8 kg 3 23 Lw dapat ditentukan dari ukuran zat silinder dimana harus diketahui : S, D, isi ruang kompresi, zat mulai kompresi, tekanan awal dari kompresi, dan banyaknya sisa-sisa gas pembakaran dari proses usaha yang lalu.
6.
Pengaruh Faktor Kelebihan Udara
Pengaruh dari faktor-faktor tersebut yaitu apabila jumlah bahan bakar yang disemprotkan ke dalam silinder bertambah banyak, atau apabila factor kelebihan udaranya dikurangi. Terlebih dahulu, dapat dipertumbangkan pengaruh kenaikan jumlah kalor yang disebabkan oleh penurunan-penurunan terhadap siklus udara volume konstan.
Pada gambar di atas, titik 3 dan titik A berada pada posisi yang lebih tinggi sementara titik 2 dan titik 1 dipertahankan pada posisi semula. Akibatnya, kerja yang dihasilkan dan tekanan efektif rata-rata dari siklus tersebut akan bertambhan besar, tapi efisien termalnya berubah. Jadi, pada siklus sebenarnya kenaikan kalor spesifik, kerugian kalor dan kalor disosiasi dari gas itulah yang menghambat kenaikan titik 3, sehingga luas diagram indicator dari siklus sebenarnya lebih kecil dari pada siklus idealnya. Demikian pula, makin rendah harga X makin tinggi temperatur gas dan makin banyak pula molekul CO2 dan H2O, yaitu gas yang mempunyai kalor spesifik yang lebih besar. Factor-faktor tersebut terakhir ini memperkuat argumentasi tentang posisi titik 3 dan luas diagram indicator dalam keadaan sebenarnya. Dengan kata lain, perbandingan
64
campuran yang lebih kaya menyebabkan turunnya efisiensi thermal dan tekanan efektif rata-rata. Kebutuhan udara tergantung dari unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar. Apabila 1 kg bahan bakar mengandung unsur C%, H%, dan S% maka : 2 Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 2 O 2 atau 11,5 kg udara. 3 Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara. Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara. Jadi kebutuhan O2 untuk pembakaran bahan bakar yang mengandung C%, H%, dan S% adalah : =2
2 . C + 8 . H2 + S . kg 3
Harga ini merupakan kebutuhan teoritis. Sedang kebutuhan O2 sebenarnya adalah kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkandung dalam bahan bakar. Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara : ⎧⎛ 2 ⎫ ⎞ 23,3% . ⎨⎜ 2 C + 8 H 2 + S ⎟ - O 2 ⎬ kg ⎠ ⎩⎝ 3 ⎭
Gu =
⎫ 1 ⎧⎛ 2 ⎞ . ⎨⎜ 2 C + 8 H 2 + S ⎟ - O 2 ⎬ kg ......................(1) 0,232 ⎩⎝ 3 ⎠ ⎭
Atau Gu = {11,5 C + 34,5 H2 + 4,3 . S – 4,3 O2} kg
B. Pengaruh pencemaran lingkungan.
Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan kelestarian alam. Ada tiga komponen pokok untuk dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu masuknya unsur-unsur atau gas-gas yang berbahaya bagi lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, yang terkena dampak negatif secara langsung adalah manusianya dan di dalam lingkungan tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia. Berdasar dari ketiga komponen pokok tersebut, maka konsep pencemaran lingkungan hidup berbunyi : Pencemaran akan terjadi apabila dalam lingkungan
65
hidup manusia, baik lingkungan fisik, biologi maupun lingkungan sosialnya terdapat suatu bahan dalam konsentrasi sedemikian besar, yang dihasilkan oleh proses aktivitas kehidupan manusia sendiri, yang akhirnya merugikan kehidupan manusia. Pencemaran alam ini secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi : pencemaran udara, pencemaran air, pencemaran tanah, pencemaran karena penggunaan bahan-bahan sintetis, dan pencemaran akibat zat tambahan pada makanan. Adapun sumber-sumber polusi yang utama adalah di lapangan sumur minyak yang terjadi pertumpahan sejak dari pengeboran wel (sumur minyak), sampai pada proses pengilangan, bahkan kadang-kadang pada langkah transportasi terjadi bencana yang berakibat polusi atau pencemaran. Disamping itu, gas buang dari kendaraan bermotor dan limbah industri adalah sangat mencemari udara kota. Hal ini disebabkan partikel-partikel karbon gas buang menyebabkan
perubahan
keseimbangan
unsur-unsur
alami
udara,
dan
menyebabkan tumbuhan-tumbuhan kurang mampu berfotosintesa, akibat penetrasi cahaya matahari terhalang oleh bertambahnya partikel-partikel penyebab polusi udara. Gas buang hasil pembakaran dari motor bakar baik itu motor bensin maupun motor diesel, kedua-duanya merupakan sumber penyebab pencemaran udara. Hasil pembakaran bahan bakar (hidrokarbon) dengan udara (C2) yang menghasilkan kalori sebagai daya untuk mesin itu sendiri, juga menghasilkan sisa-sisa dari proses pembakaran yang berupa asap yang terdiri dari gas : CO2, CO, H2O, N2, OH, NO, NOx, dan CH4, yang dampaknya dapat kita rasakan. Gas CO2 dan C akan menunjukkan warna asap yang hitam, karena terlalu banyak karbon sebagai kemungkinan bahan bakar terbakar tidak sempurna yang terjadi pada saat penambahan kecepatan dan daya pada mesin kendaraan, ini disebut acselerasi. Untuk gas H2O dan N2 akan menyebabkan warna asap yang keputihputihan, karena pada bahan bakar mengandung air. Gas asap yang banyak mengandung campuran H2O, H2, dan CH4 yang cukup besar dengan CO2 dan C akan menunjukkan warna abu-abu, hal ini terbukti adanya oli yang ikut terbakar.
66
Perlu dijelaskan di sini, bahwa pencemaran udara yang berasal dari gas asap kedua jenis kendaraan bermotor tersebut disebabkan oleh gas CO yang sangat berbahaya bagi kesehatan, diperoleh dari hasil pembakaran yang tidak sempurna yang terjadi pada motor bensin. CO2 yang berupa asap hitam yang akan mengotori udara berasal dari pembakaran motr diesel. CO dan CH4 dan sebagainya keluar dari tanki bahan bakar yang terlalu kosong, karena panas matahari terjadi penguapan. Dari segi kesehatan makluk, CO adalah lebih berbahaya daripada CO2, atau dengan perkataan lain pencemaran motor bensin adalah lebih berbahaya daripada pencemaran motor diesel. Pencemaran tersebut dapat dikurangi dengan jalan pemeliharaan mesin yang baik, pemakaian bahan bakar yang tepat, penyetelan karburator dan injection pump yang tepat, serta operasi motor yang tidak mendadak-dadak sehingga menghambur-hamburkan bahan bakar. Di samping itu tindakan prefentif adalah lebih bijaksana daripada kuratifnya. Untuk pencemaran air, dapat dilakukan dengan jalan mensirkulasikan kembali air buangan yang mengandung minyak, atau dengan cara pencucian.
C. Persyaratan kesehatan. 1. Gas Buang
Akhir-akhir ini gas buang dari mobil sangat menarik perhatian karena ia dapat mengotori udara. Lebih-lebih gas buang dari motor bensin ini sangat menganggu kesehatan. Dengan sendirinya kita tidak akan memperdalam dampak medisnya tetapi hanya mengenai campuran gas buang dan mempelajari pengontrolnya. Bagian-bagian gas buang yang sangat menganggu kesehatan adalah :
a. Karbonmonoksida (CO)
Banyaknya CO dari gas buang itu tergantung dari perbandingan bahan bakar dan udara hanya pada pembakaran yang sempurna dari bahan bakarnya maka nilai CO-nya dapat nihil. Hal ini dapat dicapai pada perbandingan secara teoritis 14,8 : 1. Perbandingan sebesar ini selama motor berjalan jarang dapat
67
dipertahankan, karena kualitas campuran selalu berubah dengan frekuensi putar dan pembebanan motor. Pada table di bawah ini dapat dilihat dengan jelas. Dari tabel tadi ternyata bahwa presentase karbonmonoksida pada motor. Diesel itu bila disbanding dengan yang dari motor Otto, praktis dapat diabaikan. Ini disebabkan karena motor Diesel selalu bekerja dengan udara lebih, yang dapat mengakibatkan pembakaran sempurna dari bahan bakarnya.
Motor otto Bagian-bagian gas buang Air dalam bentuk uap H2O Karbondioksida (CO2) Karbondioksida (CO) Zat asam (O2) Zat air (H2) Zat nitrogen (N)
Jalan ditempat 7-10%
Beban setengah 10-11%
Beban penuh 10-11%
Motor diesel Jalan diBeban tempat setengah 4% 3,9%
Beban penuh 6%
6,5-8%
9-11%
12-13%
4,13%
4,12%
7%
2-6%
3-5,5%
0,2-1,4%
0,2%
0,1%
0,1%
1-1,5% 0,5-4% kira-71%
0,5-1% 0,2% kira-74%
0,1-0,4% 0,1-0,2% kira-76%
14% kira-77%
14% 0,1% kira-77%
10% kira-77%
Karbonmonoksida yang banyaknya 0,03% sudah merupakan racun yang berbahaya untuk udara yang diisap oleh manusia. Jumlah sebanyak 0,3% selama setengah jam adalah mematikan. Yang dapat dilihat dengan jelas dalam table adalah tingginya kadar karbonmonoksida pada jalan stasioner untuk motor bensin. Ini disebabkan karena perbandingan campurannya kira-kira 13 : 1. Disebabkan pula oleh frekuensi putar rendah, derajat isian tidak sempurna dan tekanan kompresi yang rendah, mengakibatkan waktu pembakaran sama maka pembakarannya menjadi tidak sempurna. Tingginya persentase zat asam dalam gas buang motor Diesel juga mencolok sekali. Ini juga disebabkan oleh pemakaian udara lebih yang besar selama pembakaran. Pada grafik di bawah ini terlihat bahwa kadar karbonmonoksida dibakar. Pada perbandingan 14,8 : 1 maka persentase ini adalah nihil. Makin miskin campurannya makin meningkat persentase zat asamnya. Pada perbandingan campur 14,8 : 1 maka persentase koolmonoksida di dalam gas buang adalah kecil.
68
b. Timah
Untuk mempertinggi ketetapan pukulan dari bensin, perlu ditambah dengan campuran timah. Ini dapat menyebabkan timbulnya bagian-bagian abu dari timah dengan ukuran kira-kira 1 mikron. Lebih-lebih pada lalu lintas kota yang padat. Oleh sebab dan penambahannya terikat pada persyaratan hokum. Penggunaan bensin sebagai bahan pembersih dapat juga merusak kesehatan.
c.Zat Karbon Hidrogen
Di dalam gas buang terdapat pula zat karbon hydrogen yang belum terbakar. Banyaknya tergantung dari keadaan waktu berjalan seperti tampak pada table berikut ini : Berputar ditempat 17% Akselerasi 7%
kecepatan normal 13% mengerem motor 63%
Berdasar tabel ini dapat dilihat bahwa pada keadaan hampa dalam silinder dan katup gas tertutup disebabkan oleh nilai harga dari campuran jumlah karbon hydrogen yang tidak terbakar banyak sekali. Pada waktu motor direm, akan mencapai persentase tinggi sekali karena kehampaan di bawah katup gas lebih tinggi dari berputar stationer. Pada karburator “milien” dengan sistem berputar stasioner yang sudah disetel oleh perusahaannya, pada waktu mengerem motor jumlah karbon hidrogennya di dalam gas buang dapat direduksi.
d. Sistem Berputar Stationer yang Disetel
Karburator itu sekarang dibuat sedemikian rupa, sehingga yang dapat menyeret berputar stationer hanyalah seorang. Dengan demikian dapat dihindari adanya terlalu banyak zat-zat berbahaya yang ikut di dalam gas buangnya. Bahan bakar untuk putaran stationer yang disalurkan melalui pembagi induk 4 dicampur dengan udara, yang masuk melalui saluran 7 pada gambar di bawah ini. Pada saluran ini terdapat pembagi juga, yang mengatur banyaknya pemasukan setelah melalui pembagi putara ditempat maka campuran (emulsi) sampai pada sekerup pengatur campuran setinggi katup gas tertutup.
69
Sistem berputar ditempat dimana kualitas campuran dengan kemungkinan penyetelan yang ada dalam batas-batas yang sangat sempit Sekrup pengatur campuran ini mempunyai bagian tirus dan bagian berbentuk silinder, sehingga pula dikombinasikan dengan suatu lubang dapat mengatur jumlah aliran maksimalnya. Campuran dapat mengalir terus ke sekrup pengatur campuran kedua, yang letaknya agak lebih rendah, yang menentukan aliran minimalnya tanpa tergantung dari batas maksimal ini. Pembagi yang dilayani secara elektromagnetis ditutup dengan jalan mematikan pengapian, supaya motor tidak jalan terus. Sekrup pengatur campuran kedua dengan sekrup pengatur udara yang ditempatkan tinggi ini sudah merupakan pengetelan tetap sehingga penyetelan lanjut dilakukan pada sekrup pengatur campuran paling atas dengan menyetel pegas kecil. Sekrup paling atas dari kedua sekrup pengatur campuran ini membentuk semacam by-pass dimana disamping sekrup pengatur paling bawah dalam batas tertentu dapat ditambahkan campuran menurut keperluan. Dengan jalan memutar keluar timbul pengkayaan campuran dan dengan memutar masuk timbul pemiskinan campuran. Pengubahan campuran ini dapat dilaksanakan dalam batas yang kecil sekali, sehingga penyetelan sekehendak dari sekrup pengatur campuran dengan pegas, pada motor dalam keadaan baik serta disetel secara sempurna, tidak mempunyai alas an, untuk melanggar norma-norma yang telah ditentukan untuk gas-gas buang. Sistem berputar stationer menggunakan lubang-lubang ini campuran dapat masuk, setelah katup gas yang tertutup. Melalui lubang-lubang ini, campuran dapat masuk, setelah katup gas dibakar sebagian. Dengan demikian jalannya pengambil-alihan dari berputar stationer oleh pembagi induk dapat teratur tanpa gangguan seperti terlihat dalam gambar di bawah ini. Penyetelan bagian berputar stationer harus dilaksanakan paad motor panas serta pada frekuensi putar yang telah ditetapkan oleh perusahaan. Meteran frekuensi dan alat penguji gas buang harus tersedia sewaktu mengadakan penyetelan.
70
Lubang-lubang progresi yang berada di atas katup gas memberikan campuran sewaktu katup gas dibuka. e. Injeksi Udara
Cara lain untuk membatasi pengaruh merugikan dari gas buang dilaksanakan oleh berbagai perusahaan motor Amerika. Di sini menyangkut suatu sistem di mana udara secara langsung ditiupkan ke dalam lubang buang. Katub penambahan udara dilakukan dengan sebuah ruang hampa terlihat pada gambar Pompa udara untuk pembakaran larut, yang mencampurkan udara langsung dibelakang katup buang dimana terdapat suhu setinggi 975 K dengan bahan bakar yang belum terbakar. Proses ini terjadi apa yang dinamakan pembakaran lanjut sehingga persentase karbon monoksida dan karbon hydrogen yang tidak terbakar dikurangi dengan setengahnya. Jumlah udara yang diperlukan untuk ini besarnya kira-kira setengah dari udara yang digunakan oleh motor. Mengingat jumlah ini merupakan jumlah besar, maka untuk menjalankan pompanya diperlukan tenaga sebesar 4% dari tenaga motor. Gambar di bawah ini memperlihatkan instalasi tersebut. Kelemahan dari sistem ini adalah meningkatnya zat nitrogen dioksida dalam gas buangnya.
Sistem injeksi udara lengkap (secara bagan)
71
f. Injeksi Bensin
Dengan menggunakan sistem injeksi bensin, secara nyata dapat juga mengurangi jumlah bagian-bagiannya yang menganggu kesehatan dalam gas buang. Dalam hal ini jumlah bensin secara teliti dapat ditambahkan pada kebutuhan motor. Dalam buku ini kelak kita akan kembali lagi secara khusus untuk membicarakan cara kerja dan prinsip yang digunakan.
D. Uji Coba dari Eropa
Walaupun karbon oksida dan karbon hydrogen yang belum terbakar secara langsung membahayakan kesehatan, tetapi jumlah persentase dioksida nitrogen juga penting, karena ini juga mempunyai dampak, yang tidak menyenangkan, seperti terlihat dalam penjumlahan di bawah ini :
Sinar matahari Dioksida nitrogen
dioksida belerang
dioksida belerang
kabut
Zat asam atonier Zat asam reaktif Ozon
Hasil-hasil oksidasi dari zat karbon hidrogen
menganggu tanaman menganggu mata bau tak sedap merusak karet
Guna perizinan tipe maka kendaraan bermotor yang dibalikan memasuki negara-negara EEG, harus memenuhi apa yang disebut uji coba Eropa. Ini merupakan perjanjian kota dalam bayangan dimana mobil dijalankan di atas bangku berputar. Siklusnya berhubungan erat sekali dengan kecepatan, waktu dan perseneling yang dimasukkan (lihat gambar di bawah ini). Ini memberikan beberapa periode berputar stationer, percepatan, perlambatan serta berjalan dengan kecepatan konstan. Tes Eropa, mempersyaratkan bahwa Gas buang yang keluar dianalisis dimasukkan ke dalam kantor dan sesuai percobaan lalu jumlah karbon monoksida dan karbon hydrogen harus lebih kecil dari nilai yang terdapat dalam table, tergantung dari berat kendaraan. Uji coba ini dilakukan empat kali, dimana uji coba pertama yang dilakukan mulai motor dalam keadaan dingin, diberi tanda. Di Amerika (Uji coba California) uji coba semacam ini juga dilakukan, begitu pula di
72
Jepang maksimal itu pada motor yang sedang berputar tidak lebih tinggi dari 4%. Dengan jalan ini dimaksudkan agar persentase volume maksimal ini nantinya harus selalu diturunkan.
Berat referensi Pr Kg Pr 750 750 < Pr 850 850 < Pr ≤ 1.020 1.020 < Pr ≤ 1.250 1.250 < Pr ≤ 1.470 1.470 < Pr ≤ 1.700 1.700 < Pr ≤ 1.930 1.930 < Pr ≤ 2.150 2.150 < Pr
Jumlah bahan karbon hydrogen g/percobaan 100 109 117 134 152 169 186 203 220
Jumlah karbon monoksida g/percobaan 8,0 8,4 8,7 9,4 10,1 10,8 11,4 12,1 12,8
74
BAB VI. BAHAN PELUMAS Pengertian bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan di dalam proses pelumasan terutama pada elemen mesin, karakteristik dan peri hal bahan pelumas meliputi: Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks), Jenis–jenis Oli Pelumas, Kegunaan Bahan Pelumas, dan Akibat pelumasan yang tak sempurna dan cara mengatasinya DESKRIPSI: Materi dalam bab VI. akan dipelajari tentang peri hal: (1) Pengertian bahan pelumas, (2) Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks), (3) Jenis – Jenis Oli (Pelumas), (4) Kegunaan Bahan Pelumas, dan (5) Akibat pelumasan yang tak sempurna dan cara mengatasinya TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab VI. mahasiswa dapat : (1) Mengetahui konsep dasar pelumasan, (2) menyebutkan peranan kekentalan minyak pelumas, (3) mengetahui fungsi dan guna bahan pelumas, dan (4) Aplikasi dan implikasi pelumasan
75
BAB VI. BAHAN PELUMAS
A. Pengertian Bahan Pelumas Bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan dalam proses pelumasan terutama pada elemen mesin yang bergerak. Dalam kehidupan sehari–hari bahan pelumas yang banyak di jumpai adalah oli jenis minyak pelumas. Bahan pelumas terutama minyak pelumas oli diperoleh dari penambangan minyak mineral. Adanya pelumas tersebut akan sangat membantu dalam proses kerja permesinan, misalnya pelumas motor bensin, pelumas motor diesel, pelumas versnelling, pelumas gardan, pelumas dalam pesawat terbang dan berbagai macam pelumas sebagai campuran bahan bakar dalam motor bakar.
B. Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks) Viscosity Indeks adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan angka perubahan kepekatan minyak pelumas pada temperatur tertentu. Viscosity adalah istilah keengganan mengalir dalam temperatur tertentu (Resistance To Flow Under Temperature Conditions). Minyak pelumas yang kental mempunyai indeks viscosity yang tinggi dan sebaliknya minyak pelumas yang encer mempunyai indeks viscosity yang rendah. Angka tingkat kekentalan ini biasanya dinyatakan dengan SAE (Socrety of Automotive Enginers), suatu grup olie saat mobil baru mulai ditemukan. Olie sebagai bahan pelumas mesin ditentukan kekentalannya oleh besar kecilnya angka SAE
olie tersebut. Biasanya angka tersebut berkisar antara 5 sampai 50, yang
menunjukkan daya resistance untuk mengalirnya pelumas dalam bejana pengukuran pada suhu kamar. Angka SAE dalam penggunaan tiap mesin perlu diperhatikan, misalnya untuk pelumas mesin sepeda motor biasanya digunakan SAE 30, baik jenis 2 tak maupun 4 tak. Apabila pada mesin sepeda motor digunakan olie yang SAE-nya tidak sesuai menurut standar maka akan ada pertimbangan–pertimbangan lain. Persyaratan kualifikasi minyak pelumas menentukan kemampuan kerja mesin dan usia kerja mesin itu sendiri.
76
C. Jenis–Jenis Oli (Pelumas) Jenis olie menurut kekentalanya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Single Grade Oil dan Multiple Grade Oil, dimana keduanya mempunyai karakteristik yang berbeda satu sama lain, misalnya : 1. Olie yang berderajad kekentalan tunggal (Single Grade Oil) Yaitu oli yang mempunyai satu sifat kekentalan saja, misalnya SAE 10, SAE 20, SAE 30 dan masih banyak lagi. Single Grade Oil adalah penentuan kekentalan pada suhu udara normal yaitu 20°C mempunyai tingkat kekentalan tertentu, maka apabila pada suhu yang lebih rendah akan menjadi lebih pekat dan pada suhu yang lebih tinggi akan menjadi lebih encer tingkat kekentalannya.
2. Oli yang berderajat kekentalan ganda (Multiple Grade Oil) Yaitu oli yang mempunyai sifat kekentalan ganda, biasa disebut oli spesial. Contoh, oli spesial adalah SAE 10W / 30, SAE 10W /40, SAE 20W /50 dan masih banyak lagi. Kode huruf W di atas adalah kependekan dari winter (musim dingin), berarti oli tersebut telah mengalami uji test pada musim dingin dan memiliki sifat kekentalan SAE 10 dan SAE 20, sehingga dalam keadaan dingin oli tesebut tidak terlalu pekat. Selain itu oli ini akan berubah menjadi lebih encer setelah temperatur menjadi lebih panas. Dengan adanya sifat yang ganda tersebut, maka harga oli jenis ini akan menjadi lebih mahal dari oli bisa (Single Grade Oil). Oli yang mempunyai tanda SE (Station Engine) dibelakangnya menunjukkan oli tersebut telah mengalami pengujian pada perusahaan perminyakan di Amerika Serikat, badan penguji yang sudah terkenal, yaitu API (American Petrolium Industry).
D. Kegunaan Bahan Pelumas. Sistem pelumasan pada mesin-mesin pada umumnya berguna untuk hal-hal sebagai berikut : (1) Mencegah atau mengurangi keausan pada alat yang bergesekan, (2) Memberi sedikit jarak pada alat yang bergesekan, (3) Melancarkan alat yang
77
bergerak / berputar, (4) Mencegah terjadinya suara berisik karena pergesekan alat, (5) Mengurangi panas yang timbul karena pergesekan, dan (6) Meminimalkan tenaga mesin yang terbuang untuk melawan gaya gesek. Ditinjau dari fungsinya sistem pelumasan di atas maka dapat disimpulkan bahwa semua oli memiliki 4 fungsi yang sama, yaitu : 1. Sebagai fungsi pelumasan Oli berfungsi mengurangi adanya gesekan antara metal dan komponen– komponen mesin lainya dengan membentuk lapisan film yang tipis pada permukaan metal/komponen mesin, sehingga resiko kerusakan dapat diminimalkan, cairan oli yang membatasi metal-metal tersebut bergeser atau terdorong sewaktu mesin bergerak misalnya, seperti piston. Pada waktu torak bergerak naik ke posisi titik mati (Top Dead Centre), cincin torak mendorong cairan oli ke atas, setelah torak mencapai puncaknya karena adanya tekanan oli dari poros engkol memencar menggantikanoli yang lama guna melumasi dinding silinder waktu torak turun kembali. Apabila persediaan oli masih cukup dan pompa oli dapat bekerja dengan baik, serta saluran tempat oli mengalir masih bersih maka besar gesekan dan tingkat keausan komponen mesin dapat diminimalkan.
2. Sebagai fungsi bahan perekat. Oli berguna untuk menutup kebocoran yaitu cacat-cacat kecil, lubang berporipori ketidaksempurnaan pada cincin torak dapat tertutup oleh oli sehingga tekanan dalam ruang pembakaran dapat dipertahankan, dan tetap berfungsi dengan baik.
3. Sebagai fungsi alat pembersih. Oli juga memegang peranan yang penting dalam menjaga kebersihan mesin.jika oli dipompakan dengan tekanan dalam mesin dan mengalir kembali ke dalam Crank Case 1A, akan membawa partikel-partikel kecil dari metal yang telah aus, dan apabila terbawa peredaran oli, maka partikel kecil logam tersebut akan merusakan mesin, sehingga oli harus disaring dimana kotoran tersebut akan tertinggal
78
disaringan tersebut sampai saat penggantian oli. Pada waktu bahan bakar dibakar, akan membentuk komponen-komponen zat kimia, diantaranya air dan macam-macam acid. Selama masih terselimuti oli, air dan acid tersebut tidak akan menyebabkan oksidasi (karat) pada bagian-bagian dalam mesin tersebut, sehingga permukaan dalam mesin tetap bersih.
4. Sebagai fungsi pendingin Minyak pelumas oli dapat berfungsi sebagai alat pendingin pada mesin yang membantu prinsip kerja utama alat pendingin yang biasanya menggunakan radiator, namun air dalam radiator tersebut hanya bekerja di silinder kop dan dibagian blok mesin, yang apabila dijumlahkan hanya meliputi setengah dari sistem pendingin yang dibutuhkan, sisanya dilakukan oleh peredaran minyak pelumas oli di dalam mesin. Peredaran minyak pelumas tersebut dengan membawa panas yang bersirkulasi ke segala arah, sehingga pendinginan dapat terjadi.
E. Akibat Pelumasan Yang Tidak Sempurna Dan Cara Mengatasinya Pelumasan yang tidak sempurna karena suatu sebab dan kurangnya perhatian terhadap pelumasan akan dapat berakibat fatal terhadap mesin. Akibat yang ditimbulkan antara lain: (1) tenaga mesin/motor akan berkurang karena energinya banyak terbuang untuk melawan gaya gesek yang ada, (2) motor akan cepat panas dan berisik, (3) komponen-komponen mesin menjadi cepat rusak/aus, (4) kerja mesin tidak stabil karena berputar tidak lancar, dan (5) mesin sering mati mendadak karena terjadi kemacetan dengan tiba-tiba. Untuk mencegah kemungkinan-kemungkinan diatas maka pelumasan pada mesin harus diperhatikan, terutama mengenai : (1) Kekentalan minyak pelumas / oli yang digunakan, (2) Waktu penggantian dan pengontrolan minyak pelumas yang tepat (tidak terlambat dari yang ditentukan), dan (3) Apabila terjadi pelumasan yang tidak sempurna maka harus segera diatasi dengan mengadakan pengecekan peralatan.
79
F. Macam-Macam Sistim Pelumasan Prinsip kerja pada dunia permesinan banyak dijumpai berbagai type sistem pelumasan. Namun dalam prakteknya tidak semua sistem tersebut dapat diterapkan pada semua mesin, karena harus disesuaikan dengan dengan kondisi mesin. Di sini akan dijelaskan beberapa sistem pelumasan terutama pada kendaraan (sepeda motor) : 1. Pelumasan sistem percikan Sistem ini menggunakan alat percik/sendok pemercik yang terpasang pada Big End Stang Zuiger. Tetapi pelumasan ini sekarang tidak digunakan lagi karena kurang memenuhi kebutuhan pelumasan terutama pada motor yang memiliki putaran tinggi.
Gambar 6.1. Pelumas sistem percikan Keterangan : 1. Oli dalam carter 1. Sendok pemercik pada Big End Stang Zuiger 2. Oli yang dipercikkan saat mesin menyala
80
2. Pelumasan sistem paksa. Pelumasan dialirkan oleh pompa oli untuk memaksa oli tersebut beredar waktu mesin hidup (bekerja), sistem ini banyak digunakan untuk mesin motor karena dapat menyesuaikan atau mampu mencukupi kebutuhan pelumas untuk mesin putaran tinggi. Jenis pompa oli ada 2 macam yaitu : a. Pompa oli roda gigi (type lama) atau pompa oli rotor untuk type baru. Type ini banyak digunakan pada motor satu silinder. b. Pompa oli plunger/zuiger adalah pompa oli yang digunakan pada motor dua silinder atau disebut twin.
Gambar 6.2. Pompa plunger Keterangan : (1) Gigi primor kopling dengan nok pompa oli, (2) Batang / tuas plunger, (3) Plunger Zuiger/piston, (4) Silinder, (5) Oli yang dipompa keluar, (6) Klep pompa , (7) Saringan oli, dan (8) Oli masuk pompa.
81
3. Sistem pelumasan rendam atau basah Sistem ini menggunakan metode dimana komponen-komponen yang akan dilumasi selalu terendam, misalnya pelumasan pada kopling dan versnelling. Posisi perendaman akan selalu mengkondisi komponen dalam keadaan terlumasi minyak pelumas. Minyak pelumas selalu siap untuk melumasi bagian mesin yang terendam tersebut.
4. Sistem pelumas campuran langsung. Oli langsung dicampur dengan bensin/bahan bakar yang ada di dalam tanki. Perbandingan campuranya adalah 2% sampai dengan 5%, dari banyaknya bensin yang akan dicampur. Apabila campuran oli tidak tepat atau kualitas oli kurang baik maka akan langsung berpengaruh pada kelancaran dan tenaga yang dihasilkan mesin. Beberapa kemungkinan yang akan terjadi bila terjadi ketidakseuaian pelumasan, antara lain: (1) Campuran terlalu pekat, (2) Mesin sulit dihidupkan, (3) Tarikan motor berat dan pada knalpot timbul banyak asap berwarna putih, (4) Busi cepat kotor dan cepat mati, dan (5) Mesin cepat panas, tenaga kurang, dan knalpot berkerak atau mampat.
Gambar 6.3. Sistem pelumas campuran langsung
82
Keterangan : 1. Tangki bensin tempat mencampur ………………. = oli ------------------- = bensin ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, = udara Bila campuran oli kurang dari 2% dapat menyebabkan: (1) Mesin cepat panas dan suara berisik, (2) Rpm tinggi sering timbul suara menggelitik, (3) Mesin tidak bertenaga waktu putaran tinggi, (4) Sering mati mendadak waktu panas karena piston macet atau kompressi bocor, dan (5) Knalpot tidak berasap.
5. Sistem pelumasan injeksi (semprot) Pada motor jenis tertentu pelumasanya menggunakan sistem injektolud dan superlub. Sistem injektolub oli disemprotkan ke lager-lager kruk as dan ke dalam inlet. Sistem superlub oli langsung disemprotkan ke dalam inlet/saluran udara. Gangguan pelumasan sistem injeksi: (1) Asap knalpot putih tebal, (2) Busi cepat kotor/cepat mati, (3) Knalpot berkerak, (4) Oli samping boros/cepat habis, dan (5) Ruang pembakaran cepat kotor dan mesin panas.
G. Ringkasan/simpulan. Bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan dalam proses pelumasan elemen mesin yang bergerak.Viscosity Indeks adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan angka perubahan kepekatan minyak pelumas pada temperatur tertentu berupa keengganan mengalir padatemperatur tertentu (Resistance To Flow Under Temperature Conditions). Jenis olie menurut kekentalanya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Single Grade Oil dan Multiple Grade Oil. Sistem pelumasan umumnya berguna untuk (1) Mencegah/mengurangi keausan, (2) Melapisi film pada alat yang bergesekan, (3) Melancarkan alat yang bergerak/berputar, (4) Mencegah terjadinya suara berisik, (5) Mengurangi panas yang timbul karena pergesekan, dan (6) Meminimalkan tenaga mesin yang terbuang untuk melawan gaya gesekan.
83
83
BAB VII. KARAKTERISTIK PELUMAS Bahan pelumas yang digunakan hendknya mengetahui proses pembuatan, atau susunan/komposisi dan daerah penggunaannya. Pengetahuan tentang sifat minyak pelumas diperlukan dapat menentukan pemilihan jenis pelumas sesuai dengan penggunnaannya. Beberapa jenis pelumas yang dipakai dalam dunia tekhnik adalah : (1) Minyak standar, yaitu minyak mesin, minyak poros, minyak silinder dan lain-lain, (2) Minyak campuran, dan (3) Minyak pelumas sintetis. Hal-hal yang diperhatikan tentang minyak pelumas adalah (1) sifat-sifat fisika dan kimia bahan pelumas, (2) aditif, fungsi dan kegunaannya, (3) karakteristik bahan pelumasan, dan (4) fungsi unsur-unsur yang terkandung di dalamnya.
DESKRIPSI: Materi yang dipelajari dalam bab VII ini adalah: (1) Sifat fisika dan kimia bahan pelumas, (2) Sifat–Sifat Fisika Bahan Pelumas, (3) Sifat Kimia Bahan Pelumas, (4) Aditif, fungsi dan kegunaannya, (5) Karakteristik bahan pelumas, dan (6) Karakteristik Sifat Tugas/Fungsi Bahan Pelumas.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS: Setelah mempelajari materi pada bab V1I. mahasiswa dapat mengetahui: (1) sifat-sifat fisika dan kimia dari berbagai macam minyak pelumas, (2) menyebutkan karakteristik pelumas dan pelumasan, dan (3) memahami fungsi dan guna aditif dalam pelumasan.
84
BAB VII. KARAKTERISTIK PELUMAS A. Sifat fisika dan kimia bahan pelumas. Kegiatan perancangan dan pelaksanaan suatu instalasi hidraulik adalah sangat penting untuk mengetahui persyaratan-persyaratan yang harus dikenakan terhadap zat hidrulik yang digunakan. Sifat-sifat yang dimiliki berupa sifat fisika maupun kimia hendaknya diketahui untuk menjamin hal-hal yang berhubungan dengan fungsi instalasi hidraulik tersebut. Sejumlah besar bahan pelumas yang digunakan, dapat diperoleh dengan mengetahui pembuatan atau susunannya dan juga daerah penggunaannya. Suatu pengetahuan yang luas tentang sifat-sifat minyak pelumas yang perlu sekali untuk dimiliki adalah agar dapat menentukan pemilihan jenis pelumas sesuai dengan penggunnaannya. Ada beberapa jenis pelumas yang dipakai dalam dunia tekhnik diantaranya, adalah : (1) Minyak standar, yaitu minyak mesin, minyak poros, minyak silinder dan lain-lain, (2) Minyak campuran dan cairan berair, dan (3) Zat cair yang tidak mengandung air (sintetis). Berdasar asalnya minyak pelumas tergolong pelumas hewani, pelumas nabati, dan pelumas mineral. Berdasar cara perolehan tergolong pelumas alam dan buatan yang disebut juga minyak pelumas sintetis. Sifat–sifat yang biasa dimiliki bahan pelumas antara lain berupa massa volume pelumas, sifat mampu tekan untuk pesawat hidraulik, viskositas, titik nyala, titik beku, serta sifat-sifat zat cair yang baru bakan terlihat secara khusus untuk melewati masa kerja yang panjang.
B. Sifat – Sifat Fisika Bahan Pelumas 1. Kerapatan atau massa volume bahan pelumas. Kerapatan minyak pelumas pada umumnya dinyatakan sebagai . pada 200 C. Untuk perhitungan yang sederhana dapat diambil nilai rata-rata = 0,9 kg/dm3 atau 900kg/m3. Kerapatan bahan pelumas pada penggerak–pengggerak hidrostatis harus serendah mungkin karena untuk menghindarkan kerugian dalam instalasi, dan untuk
85
menghindarkan suatu reaksi terhadap bagian yang melakukan suatu pengendalian. Untuk minyak pelumas yang mengandung aromatik, unsur C lebih banyak dari pada unsur H, dan sebaliknya untuk minyak hidro karbon yang mempunyai parafin adalah lebih rendah yaitu sekitar : 0,85 kg/ m3. Kerapatan minyak pelumas tergantung pada tekanan dan temperatur, setiap ada perubahan tekanan (sifat mampu tekan yang baik) dan temperatur maka akan berubah pula kerapatan bahan pelumas tersebut.
2. Kecepatan rambat bahan pelumas Kecepatan rambat bahan pelumas adalah kemampuan perambatan zat cair pada asas kapiler suatu besaran penting dari gelombang tekanan dalam zat cair suatu hidrolik. Hal ini akan berpengaruh terhadap waktu kecepatan pengalihan beserta kelambatan pengalihan zat pelumas melalui suatu media. Adapun besarnya cepat rambatminyak kira-kira 1000 m/s.
3. Viskositas bahan pelumas. Sesuai dengan penggunaan, suatu minyak hidrolik harus memiliki nilai viskositas yang besarnya berkisar 0,165 cm2/s hingga 0,37cm2/s pada suhu 500C. Besar viskositas minyak berhubungan dengan tegangan geser yang terjadi pada saat pengukuran dan berat jenis bahan yang ada. Beberapa perhitungan-perhitungan dalam perencanaan pemakaian banyak menggunakan viskositas kinematik dari pada viskovitas absolut.
4. Titik beku. Titik beku adalah titik dimana bahan pelumas membeku pada suatu temperatur yang tertentu dan berhenti mengalir. Titik beku digunakan untuk mengetahui sifat kemampuan cair pada bahan sehingga daya operasi tidak terganggu karena persyaratan ini, sekalipun demikian titik beku bukanlah satu-satunya ciri bagi kesesuaian nuinyak terhadap daerah pemakaian, namun demikian dapat digunakan untuk mengetahui daya operasional pada temperatur terrendah.
86
5. Titik nyala. Titik nyala (lash point) minyak adalah temperatur terendah dimana suatu campuran uap minyak dan udara akan menyala dengan adanya percikan nyala api. Dengan demikian totik nyala adalah suatu temperatur dimana bahan pelumas banyak mengalami penguapan, sehingga campuran minyak-udara akan menyala karena nyala api. Dalam keadaan tertentu bahan pelumas ini memang dapat terbakar, tetapi kebakaran pelumas oleh penyalaan setempat tidak akan menjalar kepada zat cair yang berbatasan dengan minyak tersebut.
6. Titik bakar. Pada kenaikan temperatur semua zat akan mengalami pemuaian volume oleh kalor. Pemuaian oleh kalor pada bahan pelumas adalah sangat besar dan tergantung dari tipe minyak pelumas tersebut, koefisien muai yang ada besarnya kira-kira adalah 6,3 .10-4 sampai7,0.10-4 /1oC , untuk perhitungan sederhana dapat kita ambil suatu γ : 0,0007/oC.
7. Kalor jenis bahan pelumas Adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk massa minyak (1kg) untuk menaikkan temperatur sebesar 1oC. kalor jenis ini tergantung kerapatan dan temperatur minyak pelumas. Untuk mengolah banyaknya kalor yang terjadi dalam sebuah instalasi hidrolik, diperlukan suatu kalor jenis yang besar. Minyak hidrolik dapat mengadakan kontak sejenak dengan bagian-bagian yang bertemperatur lebih dari 100oC apabila persyaratan untuk ini terpenuhi.
8. Hantaran kalor Hantaran kalor atau koefisien hantaran kalor dari pelumas adalah sangat penting untuk penyerapan kalor dalam reservoar atau alat pendingin. Koefisien hantaran kalor bahan pelumas 1/5 dari nilai untuk air (γ minyak : 0,483kJmJo C).
87
C. Sifat – Sifat Kimia Bahan Pelumas Sifat-sifat bahan pelumas dinyatakan dengan kekuatan pembentukan lapisan film tipis pada kekentalan minyak, hal ini disebut dengan istilah oillines yang bergantung pada kohesi dan adhesi dari bahan, serta viskositas bahan pelumas. Sifatsifat ini sangat menentukan sifat mampu beban, artinya sifat dapat dibebani yang dimiliki oleh pelumasan bantalan, gesekan mekanis, dan ketahanan terhadap keausan.
1. Pembentukan buih (aero emulsi) Terbentuknya sedikit buih yang timbul pada permukaan minyak dalam reservoar, hendaknya dapat dihilangkan. Udara yang terdapat dalam buih seberapapun besarnya dan dengan cara bagaimanapun tidak boleh terisap oleh pompa instalasi hidrolik, hal ini akan mengurangi kemampuan daya kerja dengan adanya udara palsu tersebut pada minyak, tertahannya buih yang mengandung udara akan semakin kuat namun perubahan penguapan menjadikan banyak kerugian yang ditimbulkan karena adanya peristiwa tersebut.
2. Kecenderungan terbentuknya emulsi Minyak dan air tidak akan mengalami persenyawaan kimiawi, namun terbentuknya suatu emulsi (suatu dietribusi yang halus antara zat cair satu ke zat cair lainnya) adalah selalu mungkin. Prestasi-prestasi dalam mekanis dari minyak tidak boleh terpengaruh oleh beberapa persen air. Secara ringkas hal ini dapat diartikan dengan adanya kelembaman dalam udara, hendaknya selalu diingat bahwa akan ada air yang masuk kedalam mimyak melalui reservoir, sifat-sifat dari minyak menjadi lebih jelek karenanya, dan harus dicoba untuk memilih jenis minyak yang mampu menyerap dan memisahkan air.
3. Ketahanan terhadap penuaan
88
Ketahanan terhadap penuaan adalah hambatan yang dilakukan minyak terhadap pencemaran kimiawi, oleh udara, air, berbagai jenis logam, dan temperatur tinggi. Yang dimaksud penuaan disini adalah : (1) Oksidasi, beroksidasinya minyak akan mengakibatkan suatu pengasaman dan perubahan susunan kimia. Oksidasi ini muncul karena persenyawaan hidrokarbon dan oksigen dengan udara, oksidasi ini bisa terjadi karena beberapa sebab, antara lain :temperatur yang tinggi dan kemungkinan terserapnya oksigen dalam minyak yang menjadi larut karenanya, (2) Polimerisasi, adalah berangkainya molekul-molekul kecil menjadi molekul-molekul besar. Molekul kecil dan halus ini timbul karena hasil penuaan yang ditimbulkan oleh produk-produk halus polimerisasi, yang dapat larut seperti aspal keras dan damar pada mimyak bumi. Polerisasi berbentuk pengendapan yang lengket dan dapat mengganggu suatu proses pengerjaan instalasi hidrolik/disfungsi pelumasan.
4. Korosi Korosi adalah pencemaran yang bersifat kimiawi dan elektro kimiawi terhadap logam. Pembetukan korosi dapat terjadi karena adanya: oksidasi, gesekan, dan kelembaban, akibat kondensasi dan mengalir bersama minyak ketempat–tempat yang mudah korosi. Untuk minyak pelumas yang digunakan dalam waktu yang lama biasanya mengandung bahan tambahan untuk mencegah korosi. Inhibitor oksidasi dan inhibitor korosi, berupa persenyawaan unsur fosfor dan belerang yang dapat memberikan perlindungan terhadap oksidasi.
5. Pencemaran terhadap perapat-perapat Minyak hidrolik/pelumas mempersyaratkan untuk tidak melakukan kerusakan terhadap perapat yang dipakai. Mengembang dan menyusutnya material perapat adalah bergantung pada tipe dan susunan minyak yang bersangkutan, ditentukan oleh karaketer minyak berupa kadar komponen yang mengandung aroma. Untuk menilai suatu perapat dalam minyak pelumas yang mempunyai temperatur campuran dari
89
50% minyak dan 50% anilin murni mulai menjadi keruh, pengeruhan merupakan sifat yang khas dari setiap minyak pelumas.
D. Aditif, fungsi dan kegunaannya. Selain pelumas, terdapat pula bahan tambahan yang disebut oil treatment dan engine treatment. Oil treeatmeant atau aditif adalah suatu bahan tambahan yang berfungsi sebagai “vitamin” bagi oli. Kegunaanya bermacam-macam, antara lain sebagai pembersih (detergent dispersent), anti beku (anti freeze), anti busa (anti foam), mempertahankan kekentalan oli (viscosity index improver), dan penguat lapisan film. Aditif sebagai pembersih mengandung semacam larutan pembersih kotoran pada logam dan di dalam pelumas itu sendiri. Kotoran-kotoran itu akan larut dan mengalir bersama pelumas yang akhirnya terbawa melewati saringan dan tertahan. Aditif anti beku kurang populer di Indonesia karena memang tidak diperlukan di daerah tropis. Tetapi dinegara-negara beriklim sedang dan dingin, aditif ini angat membantu saat mesin di start di pagi hari. Aditif anti busa dibutuhkan untuk mencegah munculnya buih pada oli akibat putaran mesin tinggi. Adanya gelembung udara akan mengganggu proses pelumasan jika gelembung tersebut menempel pada logam mesin. Logam yang berada tepat dibawah gelembung sama sekali tidak terlapisi pelumas, sehingga pada saat gelembung pecah, logam dengan logam akan saling bergesekan, sehingga mempercepat keausan. Aditif untuk mempertahankan kekentalan oli mesin diperlukan untuk mencegah pelumas mengencer, pada suhu mesin yang terlalu tinggi akibat mesin bekerja dalam waktu lama pada suhu udara panas, misalnya pada saat macet, pelumas akan mengencer. Pelumas encer tentu saja kurang efektif menjalankan tugasnya. Karena itulah diciptakan aditif yang dapat mempertahankan kekentalan oli. Selain itu, ada juga bahan aditif yang berfungsi memperkuat lapisan film oli. Dengan adanya aditif jenis ini, lapisan film oli menjadi semakin kuat mengikat pelumas pada permukaan logam yang dilapisinya. Bila aditif ditambahkan ke dalam
90
pelumas, sebaiknyaa dicampur dan diaduk dengan oli mesin terlebih dahulu sebelum oli mesin dituangkan kedalam mesin. Dengan cara ini pencampuran aditif dengan oli lebih sempurna. Namun, sebelum itu dilakukan, spesifikasi pelumasnya perlu dicek terlebih dahulu. Sebab, beberapa merek oli mesin sudah dilengkapi dengan aditif, sehingga tidak diperlukan aditif lagi. Pembacaan petunjuk pemakaian pelumas pada kemasanya akan membantu ketepatan dalam pemilihan penggunaannya. Perlu diingat juga, aditif-aditif tadi bukan untuk memperpanjang usia kerja pelumas. Jadi penggantian pelumas tetap seperti jadwal yang telah dipersyaratkan. Selain oil treatment ada bahan tambahan lain yang disebut engine treatment. Bahan ini mengandung PTFE, zat atau cairan semacam teflon yang sangat licin. Bahan ini melindungi permukaan logam dalam waktu lebih lama. Untuk dapat menggunakannya, bahan ini dicampur dengan oli mesin biasa. Bahan ini akan melekat dengan sempurna ketika jarak tempuh melampaui 5.000 Km. Setelah itu, oli dapat diganti seperti biasa. Pada saat oli lama dibuang PTFE akan tetap melekat pada permukaan logam dan dapat bertahan sampai kira-kira 25.000 Km.Tetapi ingat, meski ada PTFE oli mesin diganti seperti biasa. Engine treatment ini ada yang dijual dalam kemasan. Ada juga suatu produk yang disebut engine flush, atau pembersih nesin. Cairan ini berfungsi untuk membersihkan permukaan logam mesin dari pelumas maupun kerak-kerak yang menempel. Cara penggunaannya cukup sederhana, Tuangkan cairan tersebut ke dalam mesin sebelum oli dikeluarkan (ditap). Hidupkan mesin selama 10-15 menit agar bahan pembersih tersebut bersirkulasi bersama pelumas, melarutkan semua kotoran yang dilewatinya termasuk melepaskan pelumas dari logam mesin. Setelah itu, keluarkan pelumas yang sudah tercampur bahan pembersih itu. Kotoran yang terbawa akan tersangkut di saringan pelumas, sehingga saringan pelumas harus diganti bersamaan dengan penggantian pelumas merek lain. Maka penggantian merek pelumas tidak bisa dilakukan sembarangan. Sebaiknya mesin dikuras dulu dengan engine flush, sehinga mesin benar-benar bersih dari
91
pelumas lama. Pelumas mesin yang terdiri atas lebih dari satu macam (merek) daya lumasnya berkurang. E. Karakteristik bahan pelumas. Minyak pelumas (oli) merupakan salah satu bagian yang terpenting dalam mesin piston (motor bakar), atau mesin-mesin dimana terdapat komponen yang bergerak, seperti shaft, bearing dan gear. Hal ini karena oli berfungsi sebagai pelumas pada permukaan komponen yang saling bersentuhan. Dengan adanya pelumas, energi yang terbuang karena gesekan menjadi minimal dan dengan demikian usia pakai komponen menjadi bertambah. Fungsi oli yang lain adalah sebagai pendingin dari efek panas yang dihasilkan pembakaran bahan bakar dan dari gesekan antara komponen dengan jalan adanya sirkulasi pelumas itu sendiri. Bahan dasar minyak pelumas baik minyak pelumas otomotif ataupun industri pada umumnya berupa minyak mineral yang merupakan campuran dari beberapa jenis hidrokarbon minyak bumi. Pada era industrialisasi ini, kebutuhan akan minyak bumi meningkat dengan tajam. Sebaliknya persediaan minyak bumi di dunia makin menipis. Keadaan ini memacu produksi minyak sintetis sebagai bahan dasar alternatif dalam pembuatan minyak pelumas. Meskipun harga minyak sintetik ini relatif lebih mahal daripada minyak mineral, namun pada umumnya minyak ini mempunyai sifat yang lebih unggul terutama dalam hal stabilitas termalnya, sifat alir, indek viskositas dan stabilitas penguapannya. Oleh karena itu minyak pelumas yang diformulasikan dengan minyak sintetis akan memberikan unjuk kerja yang lebih baik dibandingkan dengan formulasi dengan minyak mineral. Ada dua jenis pelumas yaitu pelumas mineral dan sintetis. Pelumas mineral adalah campuran antara minyak bumi yang ditambah zat aditif, sedangkan yang sintetis adalah minyak bumi yang melalui proses kimiawi diubah menjadi bahan sintetis dengan menganulir sifat yang tidak menguntungkan dalam pemkaian. Bahan sintetis daya tahannya terhadap panas lebih tinggi sehingga oli tidak mudah rusak dan tahan lebih lama terhadap oksidasi. Sebab itu, harga oli sintetis lebih mahal daripada oli mineral.
92
Ada beberapa karakteristik pelumas atau oli, yaitu : (1) mendinginkan dan membersihkan mesin, sebagai pelumas oli melumasi (lubricating) seluruh komponen yang bergerak di dalam mesin untuk mencegah terjadinya kontak langsung antar komponen yang terbuat dari logam, dalam hal ini unsur kekentalan (viskositas) sangat penting, (2) sebagai pelumas, yaitu mengurangi keausan bagian-bagian yang bergerak, (3) mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap pembentukan lapisan film minyak yang dapat melindungi logam dari penyebab keausan, (4) dapat mendinginkan mesin dengan menyerap kalor, artinya pelumas oli harus mampu mengurangi panas yang ditimbulkan oleh gesekan antar logam pada mesin yang bergerak, seperti klep (katup) atau bearing (laher), dan (5) dapat membersihkan bagian–bagian mesin dari oksidasi sehingga dapat mencegah terjadinya korosi. Proses pembakaran di dalam ruang bakar dapat memacu menimbulkan oksidasi sehingga menghadirkan kerak dan korosi pada logam. Dengan demikian pelumas oli berfungsi untuk membersihkan bagian-bagian mesin dari oksidasi dan mencegah terjadinya karat di dalam mesin. Pelumas memiliki dua karakteristik , yakni SAE dan API. SAE adalah untuk menandai tingkat kekentalan (viskositas). Misalnya, SAE 20W-50. Huruf W berarti winter (musim dingin). Itu berarti dalam suhu dingin (pada musim dingin), kekentalan pelumas atau oli berada pada angka viskositas SAE 20. Sementara angka 50 berarti pada udara panas tingkat kekentalan pelumas atau oli akan berubah menjadi 50. Inilah yang disebut pelumas atau oli multigrade yang memiliki beberapa tingkat (grade) kekentalan. Sedangkan karakteristik pelumas atau oli monograde hanya memiliki satu tingkat kekentalan, misalnya SAE 40 dan SAE 50.
F. Karakteristik Sifat Tugas / Fungsi Bahan Pelumas. 1. Viskositas (Viscosity) dan Index viskositas (viscosity index). Secara fisik minyak pelumas mempunyai sifat kental/kekentalan yang menahan laju alirannya dalam suatu bejana uji, makin kental minyak laju aliran dekat permukaan akan makin lambat atau gaya geser/gesek antara minyak dan permukaan
93
makin besar. Dalam prakteknya pemilihan Viskositas minyak pelumas untuk mesin harus disesuaikan untuk mencapai sirkulasi pelumas yang lancar (tenaga luar yang diperlukan ringan) dan kedua permukaan yang dilumasi
bergerak
bebas.
Ukuran kekentalan minyak pelumas digunakan satuan Redwood seconds, derajat Engler, Saybolt Universal Seconds, centi Stokes (cSt ). Klasifikasi Viskositas dibagi dalam 2 sistem yaitu untuk industri dengan istilah oil viscosity grade dan untuk automotive dengan istilah SAE. Indek viskositas atau Viscosity Index adalah angka yang menunjukan kemampuan minyak mempertahankan kekentalannya terhadap perubahan temperatur yang diderita minyak. Makin tinggi (V I) minyak, makin stabil tingkat kekentalannya terhadap perubahan temperatur dan sebaliknya. Minyak dasar parafinik mempunyai indek viskositas medium, minyak naphtenik mempunyai
index
viskositas
rendah. Untuk
dasar
memperbaiki index
viskositas oleh pembuat minyak pelumas ditambahkan Additive Viscosity Index Improver. Dalam menentukan
angka
kekentalan atau viskositas serta index
viskositas untuk operasi pembangkitan harus sesuai dengan yang diperlukan karena mempengaruhi kemampuan minyak mendukung beban lewat oil fim pressure. Dengan angka index viskositas rendah maka kekuatan oil film akan sangat tergantung temperatur operasi. Viskositas diukur dengan satuan cSt pada temperatur 40 der. C dan 100 der.C. Pemeriksaan test laboratorium terkait dengan viskositas minyak pelumas, apabila viskositas minyak turun lebih dari 20 % dan atau naik lebih dari 20 %, maka minyak pelumas itu harus diganti. Hal di atas dapat disebabkan oleh tercampurnya minyak pelumas dengan bahan bakar HSD (viskositas turun) atau penguapan minyak berlebihan (viskositas naik). Khusus untuk tercampurnya minyak dengan HSD disebut juga fuel dilution, effek fuel dilution
pada
minyak
pelumas
adalah
menurunkan
titik flash point serta
menurunkan viskositas atau kemampuan membentuk oil film.
2. Berat jenis (Specific gravity) minyak pelumas.
94
Diukur pada temperatur 15 der.C dengan satuan kg/l, makin kental minyak pelumas makin tinggi berat jenisnya, besarnya < 1.0 kg/l. Berat Jenis minyak pelumas akan berpengaruh pada pemakaian jenis unjuk kerja bagian mesin yang tertentu.
3. Flash point dan pour point. Diukur dalam der. C, flash point (titik siap terbakar) rata-rata di atas 200 der.C, pour point untuk kondisi rata-rata Indonesia kurang diperhatikan karena temperatur udara cukup tinggi. Apabila flash point terlalu rendah dapat jadi masalah dengan banyaknya pelumas yang ikut terbakar (terbuang) dan adanya bahaya kebakaran. Batasan nilai flash point minyak pelumas pada pemeriksaan laboratorium test dibawah 180 der.C, maka minyak disarankan untuk diganti. 4. Total base number / TBN. Merupakan angka kadar basa yang dinyatakan dalam mg.KOH/gram. Tingkat angka TBN merupakan ukuran kemampuan minyak pelumas untuk menetralisir asam kuat (sulfat) yang terjadi dari proses pembakaran dalam silinder, selanjutnya dalam proses pendinginan gas hasil pembakaran tidak menyebabkan korosi didinding dan permukaan silinder, piston ring dan lainnya. Bahan aditif yang biasa digunakan untuk memperbaiki TBN antara lain senyawa Calsium, Barium atau Magnesium. Secara praktis untuk operasi diesel nilai TBN ditentukan dengan rumus : 6 % berat kandungan Sulfur dalam bahan bakar (Sulfurcontent). Dengan perkembangan teknologi rumus : min. TBN : 5 + 6 x % Sulfur content. PLN mengoperasikan diesel menggunakan bahan bakar HSD dengan kandungan Sulfur < 1 %, sehingga pemakaian minyak pelumas (baru) oleh PLN mayoritas dengan angka TBN diatas 11, misalnya Medripal 411 atau Shell Gadinia 40. Untuk diesel dengan bahan bakar MFO/minyak bakar, pemakaian pelumas dengan nilai TBN 30, mis. Medripal 430 atau Shell Argina T. Penggunaan minyak pelumas
95
dengan angka TBN terlalu tinggi akan berakibat timbulnya kerak hitam di dinding sebelah dalam frame/crank case, karena senyawa Calsium/ barium/ magnesium akan menempel di dinding dimaksud. Penggantian minyak pelumas berkaitan dengan turunnya angka TBN yaltu bila dalam hasil pemeriksaan/test laboratorium minyak angka TBN sudah turun mencapai di bawah 60 % angka awalnya.
5. Pencegah karat / korosi. Minyak pelumas harus mampu mencegah atau mengurangi proses timbulnya karat sebagai proses korosi atau melindungi permukaan yang dilumasi dari terbentuknya karat. Untuk meningkatkan kemampuan pencegahan timbulnya karat ditambahkan bahan aditif “anti karat”.
6. Mencegah keausan. Untuk pembebanan kontak antara bidang yang dilumasi yang relatif tinggi, kemampuan minyak untuk mencegah keausan secara pasif dengan membentuk lapisan film yang kuat di permukaan yang dilumasi, sehingga mampu mengurangi permukaan sentuh logam yang dilumasi (anti wear) dan secara aktif bereaksi dengan permukaan logam untuk mencegah terjadinya proses pengelasan setempat (Extreme Pressure) akibat beban yang tinggi.
7. Detergency dan dispersansi/dispersancy. Detergency dimaksud adalah kemampuan minyak pelumas untuk membersihkan dinding/surface dari kotoran yang timbul hasil pembakaran (high temperature detergency) pada silinder liner, piston serta pembersihan dalam crank case (misalnya counter weight, crank shaft, connecting rod dll. ) atau disebut juga low temperature detergency. Dispersansi adalah kemampuan minyak pelumas untuk mengurai atau memisahkan kotoran hasil pembakaran menjadi butiran bebas, dengan maksud agar tidak terjadi penggumpalan zat (soot/jelaga atau sludge) yang dapat merusak mesin, selanjutnya kotoran dalam bentuk butiran bebas dapat dikeluarkan dari sistem
96
pelumasan lewat LO Filter atau LO Centrifugal Separator. Minyak pelumas yang mempunyai kemampuan dimaksud di atas dalam operasinya biasanya berwarna kehitam-hitaman atau lebih cepat hitam. Bahan aditif yang dicampurkan pada minyak dasar adalah detergent dan dispersant additive.
8. Sifat minyak untuk memisahkan air / Water Separation. Adanya kandungan air dalam minyak pelumas mempengaruhi viskositas dan menyebabkan kegagalan pelumas dalam membentuk lapisan film minyak pada permukaan yang bersinggungan/ bergesekan. Dengan adanya air dalam minyak, maka jika ada hasil pembakaran dari bahan bakar yang mengandung Sulfur, terutama akan mempercepat terbentuknya asam sulfat yang sangat korosif, selain itu bahan yang tidak terlarut dalam minyak akan membentuk kelompok butiran (njendel) yang selanjutnya akan mengurangi kemampuan minyak pelumas. Kadar air dalam pelumas dapat disebabkan oleh pengembunan uap air diudara (dalam sump tank), kebocoran dari oil cooler (mengandung garam ), cylinder cooling jacket dan lainnya. Untuk itu minyak harus mempunyai sifat untuk memisahkan diri dari air dan batasan kandungan air dalam minyak pelumas adalah 0.2 % volume. Jika nilai batas terlampaui maka operasi centrifugal separator harus efektif dalam partisipasinya untuk mengendalikan pemisahan air dari minyak pelumas. Pada pemeriksaan minyak pelumas, pemeriksaan kadar air harus ada, dan jika diketahui berlebih maka harus segera diteliti lebih lanjut untuk kepastian penyebabnya. Hubungannya dengan pemeriksaan flash point adalah jika kandungan air lebih dari 0.5% dalam contoh/ sample minyak maka hasil test flash point tidak menunjukkan yang sebenarnya.
9. Ketahanan terhadap oxidasi/Oxidation Stability. Proses oksidasi pelumas menyebabkan kerusakan (deteorisasi atau degradasi/ penurunan kualitas) pelumas. Adanya oksigen dalam udara (dalam crank case) diaduk/diagitasi aliran pelumas dari sisi atas/dari piston yang bergerak naik turun pada suhu tinggi (terutama pada bidang kontak piston-liner) akan berakibat terjadi
97
reaksi kimia antara oksigen dengan komponen minyak. Hal ini menyebabkan timbulnya kotoran/sludge dan asam yang dapat menimbulkan masalah selanjutnya. Untuk itu minyak pelumas harus mempunyai sifat/kemampuan anti oksidasi guna melindungi diri dari proses kerusakannya serta mengemban tugasnya untuk menetralisir asam-asam (dengan nilai TBN) yang terjadi dari hasil pembakaran di ruang bakar.
10. Ketahanan struktur terhadap panas/Thermal Stability. Kegiatan operasional dalam penggunaan minyak pelumas dalam jangka panjang dengan temperatur tinggi, komposisi kimia minyak pelumas tetap/ stabil atau tidak berubah menjadi sludge, atau polimer yang dapat mengurangi kemampuan minyak itu sendiri. Sifat alami penguapan minyak pelumas, secara alami bahwa jika minyak dipanaskan akan terjadi penguapan, hal ini menjadi kontribusi pemakaian konsumsi minyak pelumas dapat diperhitungkan lebih seksama.
11. Kemampuan minyak pelumas untuk tidak berbusa (anti foaming). Sirkulasi jumlah aliran minyak pelumas dalam mesin cukup tinggi, sampai lebih dari 10 x volume minyak dalam sump tank per jam. Selama sirkulasi, minyak diaduk secara intensif dengan udara yang terdapat di crank case, sehingga terjadi gelembung udara atau busa (foaming). Dengan timbulnya busa dalam minyak sangat mempengaruhi kualitas pelumasan, terjadi penurunan kualitas pelumasnya dan dapat membahayakan bagian mesin khususnya bearing. Untuk itu minyak pelumas harus mempunyai kemampuan untuk tidak membentuk busa dan sekaligus dapat memisahkan diri dari udara/oksigen, atau mengurangi tingkat oksidasi minyak. Ketidak larutan partikel minyak pelumas dalam cairan pentane (normal pentane insoluble matter) dan cairan toluena. Minyak pelumas dapat larut dalam normal pentane, tetapi partikel yang padat (solid contaminant) tidak larut didalamnya. Contaminant dimaksud di atas terdiri dari hasil oksidasi bahan bakar dan atau pelumas, hasil proses netralisasi calsium compound (effek proses base number),
98
debu kikisan karat dan atau keausan (debris) dan jelaga (shoot). Beberapa kontaminan yang larut dalam minyak pelumas dapat meningkatkan
viskositas
minyak dan dapat membentuk deposit/kotoran pada piston serta di oil cooler (sisi minyak) sehingga mengurangi kemampuan perpindahan panas dari minyak ke pipa cooler. Deposit yang ada di piston dapat mengeras akibat temperatur tinggi dalam waktu yang relatif lama, sehingga untuk membersihkannya harus secara mekanikal/digosok. Untuk menghindarkan/mengurangi resiko terbentuknya deposit keras di piston maka harus dilakukan peningkatan.
G. Upaya perlindungan bahan pelumas yang berhubungan dengan sifat fisika dan kimia bahan pelumas. Ketahanan terhadap penuaan harus bisa mencapai suatu masa pakai yang lamadan untuk menghindarkan pendamaran. Ketahanan terhadap penuaan barulah akan memadai njika ada penggunaan yang normal minyak hanya stui kali dalam setahun harus diperbarui kira-kira 2500 jam pengerjaan. Minyak hidrolik yang kurang tahan terhadap penuaan pada penggunaan yang lama akan menimbulkan pemisahan secara kimia dan mengendapakan ter dan zat-zat yang mengandung damar. Proses yang dapat meningkatkan temperatur lebih cepat di atas 70o C diharuskan mendapatkan pendinginan dalam instalasi hidrolik hendaknya diingat bahwa penekanan udara yang terdapat dalam minyak dalam keadaan tidak larut dapat menyebabkan terjadinya tempertur setempat yang sangat tinggi. Perlindungan yang dapat diberikan oleh minyak uji pada temperatur sampai dengan 130 C. logam– logam seperti baja paduan , nikel dan tembaga diuji berdasarkan DIN 51759 (ASTM) D665.
DAFTAR PUSTAKA Krist Dr. Ing, HIDRAULIKA, ERLANGGA, JAKARTA, 1999. www. Indomedia.com/intisari/1998/maret/b_oil.htm
99
www. Motor plus-online.com/artikel/2/edisi106/info-teknik 1.asp www. Pertamina.com
104
BAB VIII PELUMAS MESIN Prinsip pelumasan adalah bertujuan untuk mencegah kontak langsung dua bagian komponen mesin yang bergeser. Pencegahan dilakukan dengan memberikan lapisan minyak. Lapisan ini berfungsi untuk memberi jarak sehingga dapat mrngurangi gesekan antara kedua logam tersebut. Karakteristik pelumasan diperhitungkan pada pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, aditif pada minyak pelumas yang digunakan, tingkat kekentalan minyak pelumas, klasifikasi pelumas, dan macam sistem pelumasan. Pengaruh minyak lumas terhadap logam adalah melapisi permukaan sehingga kontak langsung antar logam tidak terjadi. Keadaan karena adanya pelumasan hidrodinamis dan hydroststis. Efek pelumasan terhadap poros dan bantalan yaitu akan mengurangi koefisien geseknya. DESKRIPSI: Materi dalam bab VIII. akan dipelajari tentang: (1) Prinsip pelumasan, (2) Pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, (3) Aditif pada minyak pelumas, (4) Tingkat kekentalan, (5) Klasifikasi pelumas, dan (6) Macam sistem pelumasan TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS. Setelah mempelajari materi pada bab V1I mahasiswa dapat: mengetahui: (1) mengetahui prinsip pelumasan pada pemakaian, (2) mengetahui pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, (3) Memahami fungsi dan guna aditif pada minyak pelumas, (4) mengetahui hubungan tingkat kekentalan dengan operasi pelumasan, (5) mengetahui standar klasifikasi pelumas, dan (6) menjelaskan prinsip kerja dari macam sistem pelumasan.
105
BAB VIII. PELUMAS MESIN
A. Prinsip pelumasan Tujuan utama dari pelumasan adalah untuk mencegah kontak langsung dua bagian yang bergeser. Dengan terjadinya gesekan muka/tonjolan halus pada muka logam akan patah dan membuat tonjolan yang baru. Hal ini dapat dicegah dengan memberikan lapisan minyak. Lapisan ini berfungsi untuk memberi jarak sehingga dapat mrngurangi gesekan antara kedua logam tersebut. Dengan demikian dapat mengeliminir luas bidang gesek, sehingga koefisien gesek juga menjadi lebih kecil. Pemanfaatan yang ada menjadikan komponen logam mempunyai masa operasi yang lebih panjang dengan menghindari terjadinya keausan. Pengaruh minyak lumas terhadap logam adalah apabila logam diluncurkan diatas minyak maka logam akan cencerung bergerak mengambang, sehingga kontak langsung antara logam dengan landasan tidak akan terjadi. Keadaan ini terjadi karena adanya pelumasan hidrodinamis dan hydrostatis. Efek pelumasannya terhadap poros dan bantalan yaitu akan memperkecil koefisien geseknya. f =Κ
z.v P
dimana : f = koefisien gesek K = konsanta Z = viskositas V = kecepatan gerak P = gaya yang diterima oleh pelumas
Apabila viskositasnya nol, maka akan terjadi koefisien gesek yang cukup besar, demikian juga halnya apabila viskositasnya terlampau besar akan mengurangi tenaga untuk menggerakkan komponen. Jadi untuk sistem pelumas tertentu diperlukan juga viskositas tertentu pula. Kecepatan gerak juga mempunyai pengaruh yang sama seperti halnya viskositas tersebut.
B. Pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas. Proses pembakaran adalah proses persenyawaan antara senyawa hidrokarbon yang terkandung dalam bahan bakar dengan oksigen yang terkandung dalam udara yang disertai pelepasan energi panas. Dalam proses pembakaran tidak semua H2O keluar
106
terbawa gas bekas, namun ada yang terbawa ke oli dan hasilnya adalah sludge yang bersifat memfasilitasi karat. Apabila terjadi pembakaran tidak sempurna, carbon akan bercampur dengan minyak dan mengendap membentuk kerak yang keras. Adanya di dalam bahan bakar terkandung belerang ± 0,1% jika belerang mempunyai kesempatan bereaksi dangan oksigen dan dilanjutkan bereaksi dengan air maka akan terbentuk zat yang bersifat asam yang sangat korosif. Untuk menjalankan fungsinya dalam mengatasi masalah-masalah yang ditimbulkan oleh proses pembakaran ini, maka minyak lumas harus mempunyai syarat-syarat tertentu.
C. Aditif pada minyak pelumas. Agar dapat digunakan pada kendaraan dan mencegah kerusakan pada bagian yang bergesekan maka minyak lumas perlu dicampur suatu aditif. Aditif yang sering digunakan adalah: (1) Ditergens yaitu untuk mencegah terjadinya endapan pada suhu tinggi, (2) Dispersant untuk mendepres lumpur yang terjadi, dan (3) Corrosion inhibitors melindungi logam-logam dalam mesin dari pengaruh korosi.
D. Tingkat kekentalan. Kekentalan adalah besarnya tahanan dalam suatu pengaliran minyak lumas, dan derajat kekentalan adalah menunjukkan besarnya kekentalan. Derajat kekentalan minyak lumas dinyatakan dalam SAE, dan untuk menentukan derajat kekentalan mana yang dipakai harus berpedoman oleh faktor-faktor berikut: (1) Besar clearance yang akan ditempati minyak, (2) Besar beban yang harus didukung minyak, (3) Temperatur operasi, (4) Luas bidang gesek, dan (5) Kecepatan gerakan. Berdasarkan faktor-faktor di atas, maka ada 2 jenis minyak pelumas yaitu single grade dan multi grade oil. Single oil grade adalah pengukuran viskositas minyak lumas pada temperatur 98,9 0C yaitu pada temperatur kerja mesin. Multi grade oil adalah minyak lumas yang karena perubahan derajat kekentalannya tidak terpengaruh oleh temperatur pemakaian, maka cocok untuk semua mesin atau disebut minyak untuk semua mesin (all season oil), dan biasanya dalam pasaran oli ini memakai kode W di belakang viskositas indek. Kode W di belakang angka indek kekentalan menunjukkan Winter yang artinya penyebutan musim, di mana musim yang dimaksud mempunyai persyaratan untuk tingkat kekentalan minyak pelumas. Dengan demikian pelumas dengan menggunakan kode demikian berarti mampu pakai dalam cuaca ganda.
107
Viskositas indek Viskositas indek adalah menunjukkan kemampuan suatu jenis minyak lumas terhadap suatu perubahan temperatur. Setiap minyak pelumas mempunyai batas kemampuan di mana batas kemampuan tersebut, mesin yang dilumasi dapat distart dalam keadaan dingin dan dapat bekerja optimum pada temperatur kerjanya. Batas kemampuan ini disebut Viskositas indek ( VI )
E. Klasifikasi pelumas. Klasifikasi A.P.I. service pada mesin bensin Kode
Bahan
SA
Straight mineral oil (S.M.O )
SB
S M O + anti rust + anti oksidasi
SC
S M O − anti rust + anti oksidasi + detergensi + despersansi
SD
Sama dengan SC + detergensi + depersency yang kuat
SE
Sama dengan SC + detergensi + depersency yang kuat
Catatan : SE untuk mobil-mobil produksi tahun 1973 keatas SD untuk mobil-mobil produksi tahun 1968 −1972 SC untuk mobil-mobil produksi tahun 1964 − 1967
Klasifikasi A.P.I. service pada mesin disel Kode
Penggunaan
CA
Mesin disel, model tua, kerja ringan
CB
Mesin disel,operasi menengah
CC
Mesin disel,turbo charde, operasi menengah
CD
Mesin disel,turbo charde, operasi berat
Penggunaan minyak lumas mesin bensin dan disel dibedakan karena pada Disel mempunyai tekanan kompresi yang lebih tinggi, suhu kompresi tinggi sehingga akan memudahkan oksidasi. Di samping itu kadar sulfur pada bahan bakar lebih tinggi, dapat terjadi pembentukan asam yang lebih kuat sehingga total base number harus besar diatas 60.
108
F. Macam sistem pelumasan Sistem pelumasan yang biasa dikenal ada 2 macam yaitu sistem pelumasan kering (dry pump system) dan sistem pelumasan basah (wet pump system). Pada mesinmesin mobil kedua sistem ini dipakai dengan jumlah pemakaian yang berbeda dimana sistem basah yang banyak dipergunakan. Sistem pelumasan kering adalah sistem pelumasan dimana tangki oli ditempatkan diluar mesin sehingga ruangan bak engkol selalu kering. Sedang sistem pelumasan basah yaitu sistem pelumasan yang mempergunakan tangki oli pada bak engkol. Macam-macam sistem pelumasan basah: Sistem percikan (splash system) Pada sistem ini oli dipercikkan oleh batang penggerak piston yang mempunyai sendok. Oli ditempatkan pada cawan yang kemudian disendok oleh sendok yang terdapat pada batang penggerak piston tersebut untuk kemudian melumasi bearing poros engkol dan dipercikkan ke dinding silinder yang memerlukan pelumasan, dan oli yang dipercikkan selanjutnya akan melumasi poros bubungan beserta komponen mesin yang lainnya. Tetapi untuk melumasi poros engkol dan bearingnya oli ini tidak dapat melumas dengan sempurna. Sistem penyaluran dengan tekanan (pressure feed system). Pada sistem ini oli disalurkan dengan cara ditekan oleh pompa oli yang digerakkan bersamaan perputaran poros engkol. Bagian-bagian yang dilumasi seperti bearing poros engkol, bearing poros bubungan, poros rocker arm dilakukan dengan cara ditekan langsung oleh pompa oli ke seluruh bagian yang memerlukan, sedangkan untuk pelumasan dinding silinder dan roda gigi timing dengan cara disemprotkan melalui nosel, untuk pelumasan bubungan, pengangkat katup, push rod dan batang katup dengan cara memanfaatkan tetesan oli yang akan kembali ke oil pan setelah melumasi rocker arm maupun komponen yang lain. Sistem kombinasi tekanan dan percikan. Pada sistem ini pelumasan untuk poros engkol, poros rocker arm dilakukan dengan cara ditekan menggunakan pompa oli, sedangkan pelumasan untuk dinding silinder dengan cara percikkan. Adapun komponen-komponen yang digunakan adalah: 1. Pompa oli Pompa oli berfungsi untuk mengalirkan oli dari oil pan ke sistem pelumasan dengan cara membuat perbedaan tekanan antara saluran dari oil pan dengan saluran sistem pelumasan yang lain.
109
Cara kerja dari pompa oli ini adalah sebagai berikut: Bila roda gigi A berputar dengan arah seperti terlihat pada gambar, maka roda gigi B juga akan berputar dengan arah yang berlawanan dengan roda gigi A. Pada keadaan ini ruangan 1 yang dihubungkan dengan oil pan akan terjadi kevakuman, sehingga oli mengalir dari oil pan keruangan 1. Oli ini akan berputar bersama-sama roda gigi A dan B. Oli ini oleh roda gigi A dan B kemudian dibawa sampai ruangan 2 di mana selanjutnya roda gigi A dan B akan saling berkaitan. Hal ini menyebabkan terjadinya kenaikan tekanan yang disebabkan berkumpulnya oli dari roda gigi A dan B. Ruangan 2 dihubungkan dengan sistem pelumasan bila terdapat oli yang bertekanan pada ruangan ini, oli akan segera mengalir ke sistem pelumasan untuk melumasi bagian-bagian yang perlu mendapat pelumasan. Apabila pompa berputar dengan kecepatan yang tinggi, tekanan dan jumlah pengaliran oli akan membesar. Untuk membatasi tekanan oli ini, agar tidak menyebabkan kebocoran oli pada sistem pelumasan, pada pompa oli dipasangkan pembatas tekanan atau pengatur tekanan oli yang disebut dengan relief valve atau pressure regulator valve.
Macam-macam pompa oli: Pompa oli yang dipakai pada mesin-mesin kendaraan, biasanya terdiri dari jenis roda gigi, bila dilihat dari perkaitan roda gigin, macam pompa oli ada 2 yaitu (1) gear type oil pump yang menggunakan roda gigi dengan perkaitan luar, biasa dikenal dengan nama pompa oli roda gigi, dan (2) rotor type oil pump yang menggunakan roda gigi dengan perkaitan dalam, dikenal dengan nama pompa oli rotor. Ciri-ciri dari pompa oli ini dapat dilihat dari perbedaan jumlah gigi, biasanya jumlah gigi penggerak terdapat 4 atau 6 gigi dan jumlah gigi yang digerakkan lebih banyak satu gigi yaitu 5 atau 7 gigi. Untuk pompa oli dengan menggunakan jumlah gigi yang banyak, lebih dikenal dengan sebutan inscribed type oil pump, yang biasanya dipasang disebelah depan dari poros engkol. Pompa oli model roda gigi dan rotor mempunyai kecepatan putar dari roda gigi penggerak sama denga kecepatan putar dari poros bubungan. Dengan demikian kebanyakan poros roda gigi penggerak dihubungkan dengan poros bubungan pompa oli model inscribed tersebut, maka kecepatan putar roda penggerak sama dengan kecepatan putar poros engkol.
110
2. Saringan oli Fungsi saringan oli adalah untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat di dalam oli sebelum oli tersebut melumasi bagian-bagian mesin. Cara penyaringan oli adalah sebagai berikut: Oli yang masih kotor mengalir dari oil pan melalui pompa oli ke bagian luar dari elemen saringan. Laluan oli tersebut mengalir ke bagian tengah dari saringan setelah melewati elemen penyaring yang biasanya terbuat dari kertas atau plat-plat alumunium. Oli yang mengalir keluar dari bagian tengah penyaringan sudah dalam keadaan bersih karena kotoran-kotoran sudah tersaring oleh elemen saringan. Hal ini saringan selalu dalam posisi bersih, karena apabila elemen saringan sudah penuh dengan kotoran, berarti saringan akan tersumbat. Keadaan ini oli akan mengalir melalui katup pembebas (bypassvalve) kesistem pelumasan sehingga pelumasan dalam sistem masih dapat bekerja. Cara kerja saringan oli sentifugal adalah seperti berikut: Oli mengalir dari oil pan melalui pompa oli keporos rotor yang sebelumnya harus menekan cut-off valve, selanjutnya dari poros oli keluar dan memasuki bagian dalam rotor. Pada posisi bagian dalam rotor penuh dengan oli yang bertekanan, oli akan keluar melalui nosel yang terdapat dibawah rotor, yang nosel ini berjumlah 2 dengan arah penyemprotan yang sama, yaitu arah tangensial dengan sumbu rotor. Apabila oli keluar dari nosel ini maka akan menyebabkan rotor berputar dengan kecepatan putar 3000 s/d 5000 rpm. Perputaran rotor tersebut menyebabkan kotoran-kotoran yang terdapat pada oli akan terlempar ke bagian dalam dinding rotor, sehingga oli yang keluar dari nosel akan benar-benar bersih. Oli yang sudah bersih ini selanjutnya dialirkan ke olipan kembali. Sistem pelumasan ini ada 3 penyaringan oli, yaitu (1) penyaringan secara langsung/full flow filtering, oli yang mengalir ke bagian mesin yang akan dilumasi melewati saringan secara langsung, sehingga bersih karena kotoran yang ada pada oli sudah sepenuhnnya tersaring, (2) Penyaringan sebagian/partial flow filtering, Oli yang mengalir melalui pompa oli diteruskan ke sebagian sistem pelumasan untuk melumasi bagian-bagian mesin yang perlu dilumasi dan sebagian lagi diteruskan ke saringan oli untuk disaring. Jadi oli yang mengalir ke bagian mesin yang akan dilumasi masih belum bersih karena oli mengalir langsung dari pompa oli ke sistem tanpa disaring terlebih dahulu, hal ini berdampak bahwa hasil penyaringan baru dapat digunakan setelah oli disaring
berkali-kali, (3) Kombinasi penyaringan langsung
dengan sebagian, Oli yang dipompa sebagian disalurkan ke bagian yang akan dilumasi
111
melalui saringan oli dan sebagian lagi dialairkan ke saringan oli, yang selanjutnya diteruskan ke oil pan. Jadi pada sistem ini menggunakan dua saringan oli dimana saringan oli yang satu untuk menyaring oli yang digunakan untuk melumas dan yang satu lagi untuk menyaring oli yang ada di oil pan. //////////////////////////////////// Pendingin oli/oil cooler. Dalam sirkulasinya oli juga menyerap sebagian panas mesin dan membawanya bersama-sama ke olipan. Akibatnya oli akan menjadi panas yang akan mengurangi kemampuan oli untuk melumasi. Agar kemampuan oli tidak menurun, maka temperatur oli harus tidak boleh tinggi. Untuk itu pada sistem pelumasan harus dipasangkan pendingin oli (oil cooler) yang berfungsi untuk menurunkan temperatur oli. Pendingin oli ini biasanya dipasang setelah oli tersebut bersih yaitu setelah saringan oli seperti pada gambar. Jadi oli setelah disaring selanjutnya didinginkan oleh pendingin oli kemudian digunakan untuk melumasi bagian mesin yang harus dilumasi. Penempatan pendingin oli ini
ada 2 cara yaitu penempatan pada blok mesinnya sendiri dan
penempatan diluar blok mesin yang berbentuk seperti radiator. Penyebab pemakaian oli menjadi boros Untuk melumasi komponen mesin yang berputar dan bergesekan agar tidak terjadi keausan dan kebocoran maka dilengkapi dengan sistem pelumas. Adanya pembakaran didalam mesin pelumas juga mengambil bagian yaitu sebagai pendingin dengan jalan mengambil sebagian panas yang dihasilkan mesin. Akibatnya pelumas cenderung menguap dalam kurun waktu tertentu setelah dipakai pada mesin. Berkurangnya pelumas dalam mesin harus masih dalam batas-batas normal suatu mesin dan biasanya tergantung dari besar kecilnya mesin atau volume langkah dari mesin tersebut. Contoh batasan yang normal untuk mesin dengan jumlah volume langkah 2000 cc menurut hasil penyelidikan adalah kurang dari 100 cc untuk 100 km sedangkan batas maksimumnya adalah 300 cc untuk 100 km jadi jika pengurangan pelumas melebihi 300 cc per 100 km, berarti pemakaian pelumas terlalu boros. Penyebab pemakaian pelumas yang boros adalah Pelumas terbakar saat pembakaran, terbakarnya pelumas akibat pelumas masuk dalam ruang pembakaran. Hal ini terjadi karena kurang sempurnanya kerja dari komponen mesin seperti : (1) Silinder, akibat gesekan antara piston, ring dan silinder diperlukan minyak pelumas. Terbakarnya lapisan pelumas ini adalah sebagai akibat dari tebalnya lapisan yang terdapatr pada bagian dalam silinder.Lapisan pelumas yang tebal
112
ini disebabkan oleh celah oli yang besar antara piston dengan silinder. Dan terdaptnya alur yang besar pada dinding silinder, (2) Katup dan pengantar katup, pasangan katup dan pengantar katup juga harus dapat pelumasan jika pelumasan yang terjadi berlebih sebagian pelumas akan terhisap masuk keruang bakar dan terbakar. Pelumasan yang berlebih ini akibat dari celah oli batang katup dengan pengantar katuo sudah terlalu besar melampaui unit yang diperbolehkan. Meskipun sudah dilengkapi oleh oil seal pada pengantar katup, akibat gerakan katup dan reaksi pegas katup tetap tidak dapat mencegah terjadinya kebocoran pelumas keruang bakar, (3) Piston, terbakarnya pelumas sebagai akibat dari kebocoran
yang terjadi antar piston dengan silinder.
Kebocoran tersebut terjadi karena celah oli antar piston dengan silinder terlalu besar, celah ring piston besar, ring oli terlalu lemah, piston retak, ring piston aus, (4) Ventilasi mesin mampet, saat mesin berputar ada sebagian gas yang bocor dari silinder ke crankcase saat langkah kompresi dan usaha. Aliran udara dari ventilasi selain berfungsi menyamakan tekanan antara diluar crankcase dengan didalamnya juga berfungsi untuk menurunkan temperatur sehingga jauh kemungkinan terjadinya penguapan pelumas. Jika lubang ventilasi ini tersumbat temperatur akan naik dan penguapan pelumas akan terjadi sehingga pelumas akan ikut terbakar dalam silinder. Pelumas bocor keluar mesin, hal ini terjadi saat mesin berputar, pelumas juga mengalami sirkulasi. Jumlah pelumas yang diambil dari oilpan harus sama dengan jumlah pelumas yang kembali keoilpan.jika yang kembali lebih kecil ada kemungkinan pelumas tersebut bocor keluar mesin akibat ketidak sempurnaan kerja beberapa komponen yaitu: (1) Oil seal dan gasket bocor, kebocoran disebabkan rusaknya beberapa oil seal seperti crankshaft oilseal,chamshat oilseal dan rusaknya beberapa gasket seperti oilpan gasket,silinder head gasket, oil filter gasket, oilfilter bracket gasket dan valve cover gasket, (2) Pompa oli, Pompa oli yang buruk karena tekanan regulator macet dan debit pelumas yang besar
