BAB II LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka. 2.1.1 Diesel Bahan Bakar Ganda.
Mesin diesel merupakan mesin penyalaan kompresi dimana udara dikompressi sampai pada temperatur tertentu kemudian bahan bakar dikabutkan beberapa derajat sebelum TMA, karena bahan bakar yang dikabutkan mempunyai titik nyala sendiri rendah, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya dan akan mendorong piston pada langkah ekspansi. Mesin diesel bekerja berdasarkan pada siklus diesel, yang mempunyai perbandingan kompressi antara o
14 : 1 sampai 24 : 1 sehingga udara yang terkompresi dapat mencapai suhu kurang lebih 750 C (tergantung dari perbandingan kompresi dan merk mesin diesel). Berbeda dengan siklus otto (kompresi 1:9) yang bekerja berdasarkan volume konstan penambahan panas pada mesin diesel bekerja pada tekanan konstan. ko nstan. Secara ideal effisiensi maksimum pada motor bakar dapat d icapai dengan menggabungkan prinsip kedua siklus tersebut, dimana motor bakar bekerja dengan pembakaran kompresi tetapi beroperasi dengan siklus otto. Motor pembakaran kompresi akan bekerja semakin efisien pada kompresi yang tinggi dimana volume konstan dari siklus otto akan memberikan efisiensi yang lebih tinggi lagi pada ko mpressi tersebut. Diesel bahan bakar ganda atau Diesel atau Diesel Dual Fuel (DDF) adalah mesin standar diesel yang ditambahkan bahan bakar lain pada masukkan udaranya dan penyalaan bahan bakar dilakukan oleh semprotan solar yang disebut pilot fuel . Secara sederhana bahan bakar cair atau gas dapat dimasukkan dengan membuat lubang pada masukkan udara (intake (intake manifold) manifold) mesin diesel. Tergantung dari jenis bahan bakar yang ditambahkan, apabila jenis liquid/cair yang digunakan seperti ethanol atau methanol maka perlu dibuatkan karburator seperti pada mesin bensin atau dipompa dengan tekanan tertentu dan dikabutkan saat masuk ke saluran udara masuk mesin diesel. Sedangkan untuk bahan bakar gas tidak diperlukan lagi karburator karena bahan bakar gas sudah mempunyai tekanan sendiri.
2.1.2 Diesel bahan bakar ganda dengan bahan bakar gas.
Bahan bakar gas atau BBG di Indonesia lebih cenderung dimaksudkan bagi gas alam yang dikomersialkan dalam bentuk gas alam cair/liquid cair/liquid natural gas gas (LNG) atau gas alam terkompresi/compressed terkompresi/compressed natural gas (CNG). Pada dasarnya BBG bukan hanya dari gas alam saja akan tetapi banyak ragamnya seperti biogas, hidrogen, producer gas dan LPG. Kandungan dari gas tersebut bervariasi akan tetapi mempunyai kesamaan yaitu berbasis senyawa karbon. Pemakaian gas alam pada mesin Diesel Dual Fuel menunjukkan hasil yang cukup memuaskan ditunjukkan dengan turunnya emisi gas buang terutama ketebalan asap sampai 52 % dibandingkan dengan diesel standar. Sementara itu parameter mesin yang lain menunjukkan peningkatan seperti turunnya tekanan puncak sampai 20 %. Semakin banyak masukkan LNG tekanan puncaknya semakin turun sampai 50% dibandingkan dengan solar murni, penurunan ini terjadi pada variasi pembebanan dan putaran mesin sehingga dapat disimpulkan bahwa diesel dual fuel dengan solar+LNG sangat aman bagi konstruksi mesin. Parameter yang lain yaitu konsumsi bahan bakar bsfc (brake specific fuel consumption) consumption) menunjukkan kenaikkan sampai 10% dari total bahan bakar yang diberikan pada beban dibawah 80%. Pembeban 80% menunjukkan konsumsi bahan bakar yang sama dengan menggunakan solar so lar 100%. Akan tetapi masukkan gas alam yang terlalu banyak (melewati batas upper flamability limit pada perbandingan udara : bahan bakar) pada beban tinggi akan menyebabkan knocking. Ada tiga jenis knocking yang terjadi pada diesel bahan bakar ganda solar LNG yaitu knocking yang disebabkan oleh pembakaran yang terjadi saat campuran gas udara dipicu oleh pilot fuel, kedua knocking yang terjadi karena autoigniton dari gas itu sendiri dan ketiga knocking yang terjadi karena lambatnya LNG terbakar Akan tetapi knocking yang terjadi pada mesin diesel bahan bakar ganda ini bukanlah penyebab kerusakan ut ama pada keausan piston dan ring piston. Ada 2 metode penggunaan LPG sebagai bahan bakar untuk motor diesel yaitu pertama merubah total mesin dengan mengurangi rasio kompresi dan menambah busi pada ruang bakar, dan yang kedua dengan menggunakan LPG dan solar secara bersamaan (dual (dual fuel ). ). Penggunaan metode yang pertama memang akan membuat mesin bisa beroperasi dengan 100% LPG atau
tanpa solar sama sekali. Akan tetapi penggunaan metode ini membutuhkan biaya besar dan harus memperhatikan kondisi dari mesin yang akan dirubah. Sedangkan penggunaan metode yang kedua yaitu menggunakan LPG dan solar secara bersamaan (dual fuel ) adalah metode yang cukup sederhana. Caranya adalah dengan memasukkan LPG ke mesin untuk dikompresi dengan udara dan LPG hanya berfungsi sebagai pemantik pembakaran (pilot fuel ). Penggunaan metode ini akan menghemat penggunaan solar lebih dari 25%. Secara keseluruhan keuntungan penggunaan LPG sebagai bahan bakar selain menghemat solar dan suara mesin juga menjadi lebih tenang (getaran berkurang), mesin lebih mudah dihidupkan, asap hitam dan karbon dioksida hasil pembakaran berkurang.
2.2. Landasan Teori 2.2.1. Motor Diesel 2.2.1.1. Pandangan Umum Motor Diesel
Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi). Pada tahun 1893 Dr. Rudolf Diesel mengadakan eksperimen sebuah motor percobaan. Setelah mengalami banyak kegagalan dan kesukaran, maka pada akhirnya pada tahun 1897 berhasil menemukan sebuah motor yang bekerja berdasakan bahan bakar yang disemprotkan atau dihamburkan ke dalam ruang bakar dari motor dengan memakai tekanan udara. Tekanan udara ini didapat dari sebuah kompresor udara yang terdapat pada sisi motor tesebut. Motor tersebut sudah dapat menghasilkan putaran tetapi masih belum sempur na. Motor diesel banyak mempunyai persamaan dengan Motor Bensin terutama mengenai susunan konstruksi dari blok motor, silinder, piston, kepala silinder, karter, poros engkol, bantalan dari poros engkol, batang pemutar, kelengkapan dari katup-katup, susunan poros
bubungan, bentuk dari manifold masuk dan manifold buang, sistem pendinginan dan sistem pelumasan. Perbedaannya adalah, bahwa motor diesel tidak terdapat karburator, maka dengan demikian bahan bakar yang digunakan bukan bensin melainkan solar. Tidak terdapat kelengkapan listrik untuk untuk pengapian antara lain, busi, platina, alat pembagi, coil , dan icu. Dan sebagai gantinya kelengkapan itu adalah sebuah pompa bahan bakar yang dilengkapi dengan pengabut (injection nozzel ). Seperti halnya pada motor bensin, motor diesel juga terdpat jenis motor 4 tak dan 2 tak, dimana motor 4 tak jenis yang paling banyak digunakan (E, Karyanto, 2001). Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin selain yang disebutkan diatas tadi adalah sebagai berikut: Tabel 2.1 Perbedaan motor diesel dan motor bensin Sumber : E. Karyanto, Teknik Motor Diesel. Motor diesel
Motor bensin
Bahan bakar
Solar
Bensin
Getaran mesin
Besar
Kecil
Metode pemberian bahan Pompa bahan bakar dan Karburator bakar Metode pengapian
pengabut Pengapian sendiri
Loncatan
bunga
api
listrik Pembentukan campuran
Setelah kompresi
Sebelum kompresi
Perbandingan kompresi
15 – 30 kg/cm
6 – 12 kg/cm
Proses pembakaran
Siklus diesel
Siklus otto
Dibandingkan motor bensin, motor diesel memiliki baberapa kelebihan selain juga memliki beberapa kekurangan.
Adapun Beberapa kelebihan dari motor diesel dibandingkan dengan motor bensin adalah : 1. Dapat dioperasikan dalam jangka waktu yang lama karena tidak menggunakan komponen pengapian seperti busi, koil, kondensor. Komponen sistem pengapian tersebut peka terhadap panas yang tinggi dan lama. 2. Dapat menggunakan bahan bakar kualitas rendah sehingga bahan bakar dapat diganti dengan bahan bakar lain tanpa kesulitan. 3. Momen kopel yang dihasilkan lebih tinggi dari pada motor bensin.
Kekurangan pada motor diesel : 1. Tekanan kompresi pada motor diesel lebih tinggi dari pada tekanan kompresi motor bensin, maka getaran yang ditimbulkan oleh mesin diesel akan lebih keras dari motor bensin sehingga suara motor diesel lebih kasar. 2. Bobot motor diesel untuk satuan motor yang sama lebih berat karena bahan yang digunakan untuk membuatnya lebih berat untuk mengimbangi kompresi yang tinggi. Sistem Penyalaan motor diesel terdiri atas :
Pengabut ( Injection nozzel )
Pompa bahan bakar ( Fuel injection pump)
Pengatur pompa bahan bakar (Governor pump)
Saringan bahan bakar ( Fuel filter )
Katup pembebas ( Relief valve)
Pompa pemindah bahan bakar ( Fuel transfer pump)
Tangki bahan bakar ( Fuel service tank )
Pipa-pipa aliran bahan bakar ( Fuel pipe lines).
Gambar 2.1. Mesin Diesel YANMAR. Sumber : BTMP - PUSPITEK
2.2.1.2 Prinsip Kerja Motor Diesel
Prinsip kerja motor diesel merupakan suatu siklus, dimana siklus merupakan rangkaian peristiwa yang selalu berulang kembali mengikuti jejak yang sama dan membentuk rangkaian tertutup. Adapun prinsip kerja motor diesel 4 tak (four stroke) ada lah sebagai berikut : 1. Langkah hisap (suction stroke) Pada langkah ini katup masuk terbuka dan katup buang tertutup, piston bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB). Di atas piston terjadi pembesaran volume yang mengakibatkan ruang tersebut menjadi hampa (vakum).
Perbedaan tekanan udara luar yang tinggi dengan tekanan hampa mengakibatkan udara mengalir ke selinder melalui saluran masuk (intake manifold) dan katup masuk. 2. Langkah kompresi (compression stroke) Setelah torak menyelesaikan langkah hisap, katup masuk tertutup. Piston bergerak kembali ke TMA. Katup isap dan buang tertutup. Gerakan torak ke atas menyebabkan udara dalam selinder dikompresi atau dimampatkan yang menyebabkan tekanan dan temperatur udara pada ruang bakar naik, dimana tekanan dan temperaturnya dapat 2
0
mencapai + 30 kg/cm dan + 550 C. 3. Langkah expansi (power stroke) Pada langkah ini katup masuk dan katup buang masih tertutup. Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA, solar bertekanan tinggi diinjeksikan ke ruang bakar sehingga terjadi pembakaran di ruang bakar. Energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran dalam ruang bakar menimbulkan tekanan ke segala arah dan mendesak piston ke TMB. Langkah usaha inilah yang diharapkan pada mesin untuk dapat menjaga kelangsungan kerja dan perolehan tenaga mesin. Dari proses perubahan energi panas menjadi energi mekanis berupa gerak bolak-balik piston kemudian diubah lagi menjadi gerak putar untuk selanjutnya diteruskan ke roda.
4. Langkah buang (exhaust stroke) Setelah piston mencapai TMB, katup buang membuka dan katup masuk tertutup. Piston bergerak dari TMB ke TMA. Gerakan piston ke atas memaksa gas hasil pembakaran terdorong ke luar selinder melalui katup buang dan saluran buang (exhaust manifold). Ketika piston hampir mencapai TMA, katup isap membuka dan bersiap untuk memulai siklus berikutnya.
Gambar 2.2 Prinsip kerja motor diesel Sumber : BTMP - PUSPITEK.
2.2.1.3 Klasifikasi Motor Diesel
Motor diesel dapat diklasifikasikan berdasarkan : 1. Tipe ruang bakar 2. Siklus pembakaran
Berdasarkan tipe ruang bakarnya, motor diesel dibagi menjadi 2 yaitu :
1. Ruang bakar langsung (direct injection) Dikatakan ruang bakar langsung karena pada ruang bakar ini hanya terdapat satu ruangan yang berfungsi sebagai ruang bakar utama. Ruang bakar model ini banyak digunakan pada motor diesel berukuran sedang dan besar yang bekerja pada putaran rendah dan sedang.
2. Ruang bakar tidak langsung (indirect injection). Ruang bakar tak langsung ada bermacam-macam jenisnya, antara lain: ruang kamar pusar (turbulance chamber), ruang bakar kamar muka (pre combustion chamber), ruang bakar sel udara (air cell combustion chamber) dan ruang bakar sel tenaga (energy cell combustion chamber).
Berdasarkan dari siklus pembakarannya motor diesel dibedakan menjadi dua macam yaitu:
a. Motor 2 tak Sedangkan motor diesel 2 tak adalah motor diesel yang setiap satu siklus pembakaran bahan bakarnya diselesaikan dalam 2 langkah piston dan 1 putaran poros engkol. b. Motor 4 tak. Motor diesel 4 tak adalah motor diesel yang setiap satu siklus pembakaran bahan bakarnya diselesaikan dalam 4 langkah piston dan 2 putaran poros engkol.
2.2.2 Bahan Bakar
Bahan bakar adalah material dengan suatu jenis energi yang bisa diubah menjadi energi berguna lainnya. Adapun jenis – jenis dari bahan bakar antara lain:
Minyak Diesel ( solar )
Liquefied Petroleum Gas ( LPG )
2.2.2.1. Minyak diesel (solar)
Indonesia memproduksi 2 jenis bahan bakar mesin diesel, yaitu solar yang digunakan untuk motor dengan putaran mesin tinggi (lebih dari 1200 rpm) dan minyak diesel untuk motor
dengan putaran rendah (kurang dari 500 rpm). sifat fisis bahan bakar perlu diperhatikan untuk menghindari kerusakan alat dan kerugian lainnya yang mungkin timbul akibat penggunaan bahan bakar tersebut. Selain itu sifat fisis juga berpengaruh pada kualitas penyalaan. Tabel 2.2 Sifat fisika minyak solar ( Automotive Diesel Oil ) Sumber : Kep.Dirjen Migas No. 004/P/DM/1979. Sifat
Minyak solar
Metode Astm
Min
Maks
0,820
0,87
D1298
Colour astm
3,0
D-11500
pour point, F
6,5
D-97
Sulfur content, % wt
0,5
D-1551
o
Spesific gravity 60/60 F
o
Flash Point, F
150
D-93
Viscosity
1,6
5,8
(kinematik)
100F)
(cSt, D-455
Sediment, % wt
0,01
D-473
Ash content, % wt
0,01
D-473
Coradson carbon residue, wt
0,1
D-189
Water content
0,05
D-95
Table 2.3. : Sifat Bahan Bakar Dan Nilai Kalor Spesifik Sumber : Kep.Dirjen Migas No. 004/P/DM/1979. No.
Bahan
Densitas
Titik
Nilai Kalor
Temperatur
Didih
Spesifik
Penyalahan (°C)
43,5 Ml/kg
400
(°C)
1.
Gasoline
0,730 – 0,780 25 - 215 kg/l
2.
Minyak Diesel
0,815 – 0,855 180 - 360
42,5 MJ/kg
250
kg/l 3.
LPG
0,54 kg/l
-30*
46,1 MJ/kg
400
4.
Gas Alam
0,83 kg/m³
-162*
47,7 MJ/kg
560
5.
Methana
0,72 kg/m³
-162*
50 MJ/kg
650
6.
Propana
0,51 kg/l (cair)
-43*
46,3 MJ/kg
470
7.
Butana
0,58 kg/l (cair)
-
45,6 Ml/kg
365
* Pada 1013 mbar
2.2.2.2. Liquefied Petroleum Gas (LPG)
LPG (liquified petroleum gas, harafiah: “gas minyak bumi yang dicairkan”), adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10). Elpiji juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12). Dalam kondisi atmosfer, elpiji akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung elpiji tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasaya sekitar 250:1.
Tekanan di mana elpiji berbentuk cair, dinamakan tekanan uap-nya, juga bervariasi tergantung komposisi dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20 °C (68 °F) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55 °C (131 °F). Sifat LPG terutama adalah sebagai berikut:
Massa jenis LPG lebih besar dari massa jenis udara.
LPG tidak mempunyai sifat pelumasan terhadap metal.
LPG merupakan solvent yang baik terhadap karet sehingga kemasan atau tabung yang digunakan harus diperhatikan.
LPG tidak mempunyai warna, baik dalam bentuk cairan maupun dalam bentuk gas.
LPG tidak mempunyai bau. Umumnya LPG komersial ditambahkan zat yang berbau untuk alas an keselamatan. Zat berbau yang biasanya digunakan adalah Ethyl Mercaptane, yang memiliki bau seperti pete.
LPG tidak mengandung racun.
Bila menguap diudara bebas, LPG akan membentuk lapisan karena kondensasi sehingga terdapat aliran gas.
Penggunaan Elpiji di Indonesia terutama adalah sebagai bahan bakar alat dapur (terutama kompor gas). Selain sebagai bahan bakar alat dapur, Elpiji juga cukup banyak digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor (walaupun mesin kendaraannya harus dimodifikasi terlebih dahulu). LPG merupakan salah satu hasil produksi dari destilasi minyak bumi atau proses pemisahan gas alam. Kandungan utama dari LPG adalah Propana dan Butana, komposisi ini berlainan di tiap-tiap negara, di Indonesia LPG mempunyai ko mposisi Propana 30 % dan Butana
70 %. LPG mempunyai bentuk gas dalam suhu kamar dan tidak mempunyai warna dan bau, titik didihnya -6.3oC untuk Butana dan -42,2oC untuk Propana. Butana dan Propana merupakan hidrokarbon gugus alkana yang didapatkan dari penambangan minyak bumi. Menurut spesifikasinya, elpiji dibagi menjadi tiga jenis yaitu elpiji campuran, elpiji propana dan elpiji butana. Spesifikasi masing-masing elpiji tercantum dalam keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi Nomor: 25K/36/DDJM/1990. Elpiji yang dipasarkan Pertamina adalah elpiji campuran.
Butana
Butana, yang sering juga disebut sebagai n-butana adalah alkana yang memiliki empat atom karbon ( CH3CH2CH2CH3 ). Butana sangat mudah terbakar, tidak berwarna dan mudah dicairkan ( liquefied gases ). Pada pembakaran dengan jumlah oksigen yang banyak, butana akan berubah menjadi karbon dioksida dan uap air. Persamaan reaksinya sebagai berikut : CH3CH2CH2CH3 + 6,5 O2 → 4 CO2 + 5 H2O Jika kadar oksigen yang tersedia terbatas maka karbon monoksida kemungkinan terbentuk. Gas butana biasanya dijual dalam bentuk LPG, dimana gas butana dicampur dengan propane dan gas-gas hidrokarbon lainnya. Gas butana biasa digunakan untuk keperluan runah tangga dan perkemahan. Butana juga bisa digunakan sebagai feedstock untuk produksi kimia dasar dalam stream cracking,sebagai bahan dasar pada korek api dan sebagai propelan pada alat penyemprot. Karakteristik butana antara lain sebagai berikut :
Tabel 2.3. Sifat Butana Sumber : www.wikipedia.org Butana ( CH3CH2CH2CH3 )
Sifat
Specific Gravity ( 15°C )
0.582 ( liquid ); 2,01 ( gas )
Solubility in water
6,1 mg/100 ml ( 20°C )
Melting Point
-138,3°C ( 134,9 K )
Boiling Point
-0,5°C ( 272,7 K )
Flash Point
-60°C
Autoignition temperature
287°C
Explosive limits
1,8 – 8,4 %
Calorific value :
( MJ/m³) dry
112,9
( BTU/ft³) dry
3030
( MJ/kg )
45,8
( BTU/lb )
19700
Mole weight
52,12 kg/kmol
Propana Propane adalah alkana yang memiliki tiga rantai karbon ( C3H8 ) dan merupakan gas yang tidak berwarna. Propane diperoleh dari proses pemisahan gas tersebut dengan produk petroleum yang lainselama proses pengolahan minyak dan gas bumi. Propane secara umum digunakan sebagai sumber panas pada mesin, alat panggang dan perumahan. Propane dijual dalam bentuk LPG sebagai bahan bakar, yang merupakan campuran propane dengan propilen, butane dan butilen dalam jumlah yang lebih kecil dan
ditambahkan
pembau.
Reaksi
pembakaraan
propane
dengan
udara
akan
menghasilkan CO2 dan H2O dengan persamaan reaksi : CH3CH2CH3 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O Karena massa jenisnya lebih besar daripada udara, propane akan jatuh dan berada diatas permukaan lantai jika dilepaskan ke udara bebas. Propane cair akan berubah menjadi uap pada tekanan atmosfer dan berwarna putih karena mengembun. Propane memiliki karakteristik sebagai berikut : Table 2.4. Sifat Propana Sumber : www.wikipedia.org Propana ( CH3CH2CH3 )
Sifat
Specific Gravity ( 15°C )
0.54 ( liquid ); 1,5( gas )
Solubility in water
0,1 g/100 cm³ ( 37,8°C )
Melting Point
-187,6°C ( 85,5 K )
Boiling Point
-42,09°C ( 231,1 K )
Flash Point
-104°C
Autoignition temperature
432°C
Explosive limits
2,1 – 9,5 %
Calorific value :
( MJ/m³) dry
86,1
( BTU/ft³) dry
2310
( MJ/kg )
46,3
( BTU/lb )
19700
Mole weight
44,10 kg/kmol
Data-data tambahan untuk Butana dan Propana : Tabel 2.5 Properties of important fuels Sumber : Haring,H.W, 2008.
Gas name Butana Propana Metana Hydrogen Natural Gas
Chemical formula
Ignition range pada Ignition udara (% vol. Temp fraction) 1,5 – 8,5 365 2,1 – 9,5 470 5 – 15 595 4 – 75,6 560
C4H10 C3H8 CH4 H2 Mixture CH4, C3H8, C4H10, Depend CO2, N2 composition
Specific calorific -1 value (kj kg ) 49,500 50,345 55,498 141,800
on Depend on Depend composition composition
on
Menurut data diatas dan penelitian yang sudah ada LPG layak digunakan sebagai bahan bakar pada diesel dua bahan bakar. Gas alam, Metana dan hidrogen telah diteliti dan mempunyai pengaruh yang cukup baik terhadap performa mesin diesel dan emisi.
2.2.3 Pembakaran
Pembakaran adalah suatu runutan reaksi kimia antara suatu bahan bakar dan suatu oksidan, disertai dengan produksi panas yang kadang disertai cahaya dalam bentuk pendar atau api. Terdapat dua metoda yang berbeda dari pembakaran bahan bakar dalam silinder mesin : 1. Pada volume konstan Pembakaran pada volume konstan berarti bahwa selama pembakaran volumenya tidak berubah dan semua energi panas yang ditimbulkan oleh bahan bakar menjadi kenaikan suhu dan tekanan gas. Dalam sebuah mesin berarti bahwa pembakaran diproses pada kecepatan sedemikian tinggi sehingga torak tidak mempunyai waktu untuk bergerak selama pembakaran. Pembakaran semacam ini diperoleh ketika torak pada TMA, keuntungan dari metode pembakaran bahan bakar ini adalah efisiensi panas yang tinggi. Kerugiannya adalah kenaikan tekanan yang sangat mendadak dan mengakibatkan kebisingan pada mesin. Pembakaran semacam ini kira-kira didekati dalam mesin bensin penyalaan cetus api. 2. Pada tekanan konstan Pembakaran pada tekanan konstan, berarti bahwa selama pembakaran suhunya naik dengan kecepatan sedemikian sehingga kenaikan tekanan yang dihasilkan kira-kira cukup untuk melawan pengaruh pertambahan volume disebabkan gerakan torak, dan tekanan tidak berubah. Energi panas yang ditimbulkan oleh bahan bakar sebagian berubah menjadi kenaikan suhu gas dan sebagian menjadi kerja luar yang dilakukan. Dalam mesin dengan pembakaran tekanan konstan, bahan bakar dibakar sedikit demi sedikit sehingga tekanan yang diperoleh pada akhir langkah kompresi dipertahankan selama seluruh proses pembakaran. Pembakaran semacam ini digunakan dalam mesin disel injeksi udara kecepatan rendah yang asli. Keuntunganya adalah mesin berjalan dengan halus, sehingga menghasilkan momen puntir lebih merata karena tekanan pembakaran yang diperpanjang.
Tetapi tidak sesuai untuk mesin minyak kecepatan tingggi. Mesin diesel kecepatan tinggi modern beroperasi pada daur yang merupakan kombinasi dari kedua metoda diatas, dan disebut juga daur dwipembakaran (dual-combustion); satu bagian bahan bakar dibakar dengan cepat, hampir dengan volume konstan dekat TMA sisanya dibakar sewaktu torak mulai bergerak menjauhi TMA, Tetapi tekanan tingginya tidak konstan, melainkan biasanya pertama kali naik kemudian turun. Secara umum daur ini lebih menyerupai daur pembakaran volume konstan dari pada daur mesin disel asli. Keuntunganya adalah efisiensi tinggi dan penggunaan bahan bakar hemat. Kekurangannya adalah sulitnya mencegah operasi yang kasar dan bising dari mesin. Pembakaran bahan bakar adalah oksidasi cepat bahan bakar disertai dengan produksi panas dan cahaya. Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi bila pasokan oksigen yang d iterima cukup. Oksigen (O2) merupakan elemen bumi paling umum, persentase volumenya mencapai 20,9 % dan beratnya 23 % dari udara. Sebelum proses pembakaran bahan bakar yang berbentuk padat atau cair harus diubah dulu kebentuk gas supaya bisa terbakar. untuk mengubah bahan bakar padat atau cair menjadi gas diperlukan panas. Bahan bakar gas akan terbakar pada ke adaan normal jika terdapat udara yang cukup.
2.2.4 Emisi Gas Buang.
Bahan pencemar ( polutan ) yang berasal dari kendaraan bermotor dibedakan menjadi polutan primer dan sekunder. Polutan primer seperti karbon monoksida ( CO ), sulfur oksida ( SOx ), nitrogen oksida ( NOx ) dan hidrokarbon ( HC ) langsung dibuang ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon ( O3 ) dan peroksiasetil nitrat ( PAN ) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. Emisi gas buang dari kendaraan bermotor merupakan bagian terbesar dari polutan udara didaerah perkotaan. Baik mesin diesel maupun mesin bensin, keduanya menyumbangkan emisi gas buang berupa hidrokarbon, oksida nitrogen ( NOx ), dan CO. sebagian besar emisi NOx adalah merupakan senyawa NO dan sebagian kecil berupa NO2, tetapi dalam regulasinya biasanya keduanya digabungkan menjadi satu dan disebut dengan NOx. Emisi NOx yang
dikeluarkan oleh mesin motor bakar tergantung dari design mesin dan kondisi operasinya, namun secara kasar jumlahnya sekitar 500 – 1000 ppm. Pada
umumnya kadar polutan diudara dinyatakan dalam konsentrasi gas sebagai
perbandingan campuran, yaitu denga n satuan parts per million ( ppm ). 1 ppm adalah satu satuan volume dari gas tertentu dicampur dengan 1 juta volume udara. Walaupun atmosfer dapat tercemar oleh ratusan jenis polutan, hanya sejumlah kecil yang telah diidentifikasi memiliki tingkat yang dapat menjadi ancaman bagi kesehatan dan keselamatan makhluk hidup. Gas polutan yang dianggap berbahaya bagi makhluk hidup antara lain : oksida karbon, campuran nitrogen, campuran sulfur, hydrocarbon, dan partikel lainnya. Gas sisa pembakaran tersebut akan mengalir dari manifold, pipa knalpot, muffler, dan akhirnya keluar ke udara. Kandungan polutan tersebut sangat ditentukan oleh setingan mesin, seperti campuran udara dan bahan bakar. 2.4.1 Karbon Monoksida ( CO )
Karbon Monoksida ( CO ) merupakan gas yang sangat beracun dan terbentuk diruang bakar saat terjadi pembakaraan yang tidak sempurna, yang disebabkan karena t idak seimbangnya jumlah udara pada rasio udara-bahan bakar ( AFR ) atau waktu penyelesaian pembakaraan yang tidak tepat. Karbon monoksida selalu terdapat didalam gas buang pada saat proses penguraian dan hanya terdapat pada knalpot kendaraan. Pada campuran kaya, konsentrasi CO akan meningkat dikarenakan pembakaraan yang tidak sempurna untuk menghasilkan CO2. Pada beberapa hasil, konsentrasi CO yang terukur lebih besar dari konsentrasi kesetimbangan. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi pembentukan yang tidak sempurna pada langkah ekspansi. Untuk menurunkan emisi CO dapat dilakukan dengan menjalankan mesin dengan campuran kurus yang menyebabkan hilangnya tenaga atau dengan cara menambahkan alat pada knalpot untuk mengoksidasi CO yang dihasilkan mesin. Secara teoritis, kadar CO pada gas buang dapat dihilangkan dengan menggunakan AFR lebih besar dari 16 : 1. Namun pada kenyataannya kadar CO akan selalu terdapat pada gas buang walaupun pada campuran kurus sekalipun.
Persentase CO pada gas buang meningkat pada saat idle dan menurun seiring dengan bertambahnya kecepatan dan pada saat kecepatan konstan. Pada saat perlambatan dimana terjadi penutupan
throttle yang
menyebabkan
berkurangnya
suplai oksigen ke
mesin akan
mengakibatkan tingginya kadar CO yang dihasilkan. 2.4.2 Hidrakarbon ( HC )
Hidrokarbon / HC merupakan salah satu polutan yang dihasilkan oleh emisi gas buang, HC berasal dari bahan bakar yang tidak terbakar dan terdiri dari beberapa senyawa yang disebabkan oleh : -
Adanya bahan bakar yang tersimpan maupun terlepas deposit atau lapisan oli dicelah silinder.
-
Terjadinya pendinginan nyala dicelah antara piston dengan dinding silinder, sehingga bahan bakar yang terdapat dicelah piston tersebut tidak terbakar.
-
Terjadinya kompresi yang lemah, sehingga pembakaran kurang baik dan menyebabkan banyak bahan bakar tidak terbakar serta keluar menjadi HC. Secara teori bila pembakaran terjadi secara sempurna, maka tidak aka nada HC diemisi
gas buang. Yang ada hanya campuran CO2 dan uap air, tetapi pada prakteknya pembakaraan secara sempurna jarang terjadi. Untuk mengurangi kandungan HC dapat dilakukan dengan cara : -
Hindari terjadinya detonasi atau ngelitik.
-
Saluran udara harus bersih.
-
Pada injeksi hindari udara palsu dan jaga agar semprotan injector tetap merata.
-
Diusahakan agar kandungan HC berada diantara 100 – 400 ppm.
2.4.3 Oksid Nitrogen ( NOx)
Komponen dari NOx adalah nitrogen oksida ( NO ) yang dapat dikonversikan lagi menjadi nitrogen dioksida ( NO2 ). Oksida-oksida nitrogen ( NOx) biasanya dihasilkan dari proses pembakaran pada suhu tinggi dari bahan bakar gas, minyak atau batu bara, suhu yang tinggi pada ruang bakar akan menyebabkan sebagian N2 bereaksi dengan O2. 95% dari NOx didalam gas buang adalah Nitrit oxid ( NO ), yang terbentuk didalam ruang bakar sesuai dengan persamaan berikut :
N2 + O2 → 2 NO ↑ PANAS
Nitricoxide ini kemudian bereaksi dengan oksigen diatmosfer untuk membentuk nitrogen dioxide ( NO2 ) :
2NO + O2 → 2NO2 ↑ PANAS
Tidak seperti gas polutan lainnya yang mempunyai daya destruktif yang tinggi terhadap kesehatan manusia, NO merupakan gas yang hanya bersifat racun. Sama halnya dengan CO, NO mempunyai afinitas yang tinggi terhadap oksigen dibandingkan dengan hemoglobin dalam darah. Dengan demikian pemaparan terhadap NO dapat mengurangi kemempuan darah membawa oksigen sehingga tubuh kekurangan oksigen dan mengganggu fungsi metabolism. Namun NO2 dapat menimbulkan iritasi terhadap paru-paru.
2.2.5 Mixer
Venturi mixer adalah suatu konstruksi pencampuran sederhana, yaitu sebuah venturi yang diletakkan sebelum intake. Mixer ini digunakan untuk mencampurkan gas dengan bahan bakar solar. Bentuk venture akan mempengaruhi kwalitas pencampuran dan jenis aliran yang dihasilkan, sehingga akan berpengaruh terhadap proses pembakaran nantinya. Dalam perancangan mixer yang perlu diperhatikan adalah : 1. Mixer dapat menghasilkan campuran yang homogen sehingga siap untuk dibakar didalam ruang bakar mesin. 2. Mixer mudah dipasang pada mesin konvensional serta pemeliharaan mudah serta murah. 3. Dual fuel tidak akan mengganggu kerja dari injector. 4. Mixer dapat menghasilkan campuran dengan perbandingan yang tepat agar dapat menghasilkan unjuk kerja yang optimal pada berbagai kondisi. Terdapat dua jenis mixer, yaitu : 1. Jet fuel Model ini merupakan mixer sederhana. Pada mixer ini gas mengalir melalui saluran udara yang berbentuk venture, tekanan udara turun sehingga terjadi kevakuman, bersamaan dengan itu gas disemburkan melalui nozzle. Kelemahan pada system ini yaitu aliran gas tertahan oleh jet fuel sehingga mengalir secara tidak sempurna dan campuran yang dihasilkan kurang homogen. 2. Mixer ring Pada mixer jenis ini gas yang masuk melelui lubang-lubang di sekeliling saluran udara. Keuntungan dengan menggunakan mixer jenis ini adalah aliran udara tidak terganggu oleh nozzle, dan juga lubang-lubang di sekeliling saluran udara memungkinkan tumbukan antara molekul gas dengan udara yang lebih banyak terjadi kemungkinan campuran yang dihasilkan untuk mencapai keadaan yang homogen lebih besar. Kekurangannya antara lain, terdapat kemungkinan aliran yang tidak merata karena tekanan dan kecepatan yang mengalir ke dalam lubang mixer mengalami losses pada daerah terjauh dari intake gas masuk.
2.2.4 Generator
Generator adalah sebuah mesin listrik yang dapat mengubah daya mekanis menjadi daya listrik . Bagian – bagian generator antara lain:
Rotor yaitu bagian yang berputar
Stator yaitu bagian yang tidak berputar
Bagian dari rotor:
Poros jangkar
Inti jangkar
Komutator
Kumparan jangkar
Bagian stator:
Kerangka generator
Kutub utama bersama balitannya
Kutub pembantu dan balitannya
Bantalan – bantalan poros
Generator dibedakan menjadi 2 bagian: 1. Generaor DC 2. Generator AC
Perbedaan prinsip antara generator DC dan generator AC adalah untuk generator DC, kumparan jangkar ada pada bagian rotor dan terletak diantara kutup – kutup magnet yang tetap ditempat , diputar oleh tenaga mekanik. Sedangkan pada generator AC kumparan jangkar disebut juga kumparan stator karena berada pada tempat yang tetap, sedangkan kumparan rotor bersamasama dengan kutub magnet diputar oleh tenaga mekanik.
Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan magnet yang terletak diantara kutub magnet utara dan selatan diputar oleh tenaga air atau tenaga lainnya maka pada kumparan rotor akan timbul medan magnet atau flux yang bersifat bolak balik.
Table 2.6 : Spesifikasi Generator Berbahan Bakar So lar – LPG Sumber : BTMP - PUSPITEK No.
Generator
1.
Maximum Out Put/Speed
7,83 kW/40,0 r/s (10,5 HP/2400 rpm)
2.
Continuous Out Put
7,08 kW/36,7 r/s (9,5 HP/2200 rpm)
3.
Displacement
1007 cc
4.
Phase
Single Phase
5.
Volt
220 V
6.
Dimensi (PxLxT)
720 mm x 480 mm x 640 mm
7.
Tipe Motor Diesel
Single Cylinder Vertikal 4 Stroke Air Cooled Diesel Engine
