BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor diesel
Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam karakteristik utama pada mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar
yang lain, terletak pada metode pembakaran bahan bakarnya. Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini mesin kalor dibagi menjadi dua golongan, yaitu
mesin pembakaran luar dan mesin pembakaran dalam. Pada mesin pembakaran luar atau sering disebut juga sebagai eksternal
combustion engine ECE proses pembakaran terjadi di luar mesin, energi thermal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui dinding
pemisah, Contohnya mesin uap. Pada mesin pembakaran dalam atau sering disebut juga sebagai internal combustion engineICE, proses pembakaran
berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam
umumnya dikenal juga dengan nama motor bakar. Dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak dan sistem turbin gas.
2.2 Klasifikasi Motor Bakar
Motor bakar torak dapat diklasifikasikan atas motor bensin dan motor diesel. Perbedaan pokok antara kedua mesin ini ada pada sistem penyalaannya.
Pada motor bensin penyalaan bahan bakar dilakukan oleh percikan bunga api listrik dari busi. Oleh sebab itu motor bensin dikenal juga dengan sebutan spark
ignition engine. Sedangkan pada motor diesel penyalaan bahan bakar terjadi dengan sendirinya, oleh sebab itu bahan bakar disemprotkandiinjeksikan ke
dalam ruang bakar yang berisi udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi. Bahan bakar tersebut terbakar dengan sendirinya oleh udara yang mengandung
21 volume O
2,
setelah temperatur campuran itu melampaui temperatur nyala bahan bakar, Motor diesel disebut juga dengan compression ignition engin.
2.2.1 Perbedaan motor diesel dan bensin:
Jika diperhatikan lebih jauh terdapat banyak perbedaan antara motor bensin dan motor diesel antara lain:
Universitas Sumatera Utara
1. Gas yang diisap pada langkah motor bensin adalah campuran antara bahan bakar dan udara sedangkan pada motor diesel adalah udara murni.
2. Bahan bakar pada motor bensin terbakar oleh loncatan bunga api busi, sedangkan pada motor diesel oleh suhu kompresi tinggi.
3. Motor bensin menggunakan busi sedangkan motor diesel menggunakan injector nozzel.
2.2.2 Kelebihan dan kekurangan antara motor bensin dan motor diesel
Kelebihan motor bensin adalah getarannya lebih halus dan pada ukuran dan kapasitas yang sama mesin motor bensin lebih ringan. Sedangkan kekurangan
motor bensin adalah antara lain:
•
Motor bensin tidak tahan bekerja terus-menerus dalam waktun yang lama sedangkan diesel sebaliknya.
•
Motor bensin peka pada suhu yang tinggi terutama komponen sistem pengapiannya, sedangkan motor diesel tahan bekerja pada suhu yang
tinggi.
•
Bahan bakar motor bensin harus bermutu baik karena peka terhadap bahan bakar, beda dengan dengan motor diesel hampir dapat menggunakan
bahan bakar dari berbagai jenis dan mutu. Keduanya baik motor bensin dan diesel keduanya bekerja dengan proses 4 tak dan 2 tak, dimana motor
4 tak adalah motor yang bekerja setiap satu kali pembakaran bahan bakarnya memerlukan 4 kali langkah piston atau 2 kali putaran poros
engkol.
2.3 Prinsip Kerja Motor Bakar
Motor bensin dan motor diesel bekerja dengan torak bolak balik naik turun pada motor gerak. Keduanya bekerja pada prinsip 4 langkah dan prinsip ini
umumnya digunakan pada teknik mobil. Untuk motor dengan penyalaan busi disebut motor bensin dengan menggunakan bahan bakar bensin premium,
sedangkan untuk motor diesel menggunakan bahan bakar solar atau minyak diesel.
Universitas Sumatera Utara
Dalam proses pembakaran tenaga panas bahan bakar diubah ketenaga mekanik melalui pembakaran bahan bakar didalam motor. Pembakaran adalah
proses kimia dimana Karbondioksida dan zat air bergabung dengan oksigen dalam udara.Jika pembakaran berlangsung maka diperlukan : aBahan bakar dan udara
dimasukkan kedalam motor kemudian bBahan bakar dipanaskan hingga suhu tinggi Pembakaran menimbulkan panas dan menghasilkan tekanan, kemudian
menghasilkan tenaga mekanik. Campuran masuk kedalam motor mengandung udara dan bahan bakar. Perbandingan campuran kira kira 12-15 berbanding 1
setara 12-15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar Yaitu karbon dioksida 85 dan zat asam Oksigen15 atau 15, bagian dengan karbon dioksida dan zat air, Zat
lemas N tidak mengambil bagian dalam pembakaran.
2.3.1 Prinsip Kerja motor bensin
Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah : 1. Langkah isap
Pada langkah isap campuran udara yang telah bercampur pada karburator diisap ke dalam silinder ruang bakar. Torak bergerak turun dari titik mati atas
TMA ke titik mati bawah TMB yang akan menyebabkan kehampaan vacum di dalam silinder, maka dengan demikian campuran udara dan bahan bakar
bensin akan diisap ke dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan terbuka dan katup buang akan menutup.
2. Langkah Kompresi Pada langkah kompresi, campuran udara dan bahan bakar yang berada di
dalam silinder dimampatkan oleh torak, dimana torak akan bergerak dari TMB ke TMA dan kedua katup isap dan buang akan menutup, sedangkan busi akan
memercikan bunga api dan bahan bakar mulai terbakar akibatnya terjadi proses pemasukan panas.
3. Langkah Ekspansi Pada langkah ekspansi, campuran udara dan bahan bakar yang diisap telah
terbakar.Selama pembakaran sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA, piston akan
didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga mekanis ini diteruskan
Universitas Sumatera Utara
ke poros engkol. Saat sebelum mencapai TMB, katup buang terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam silinder turun dengan cepat.
4. Langkah buang Pada langkah buang,torak terdorong ke bawah menuju TMB dan naik
kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah terbakar di dalam silinder. Selama langkah ini, katup buang membuka sedangkan katup isap
menutup. Pada motor bensin 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh
dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga Siklus otto dapat dilihat pada gambar 2.1 proses yang terjadipada siklus otto
adalah: Proses a-b
: kompresi isentropic. Proses b-c
: Proses pembakaran volume konstan dianggap sebagai proses pemasukan kalor.
Proses c-d : Proses isentropic udara panas dengan tekanan tinggi mendorong
piston turun menuju TMB. Proses d-a
: Proses pelepasan kalor pada volume konstan piston.
Gambar.2.1 Diagram P-V sumber:http:willyyanto.wordpress.comtagt-s-diagram
Universitas Sumatera Utara
2.3.2 Prinsip Kerja Motor Diesel
Prinsip kerja engine diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja engine otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada
motor diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses engine diesel 4
tak : 1. Langkah Isap
Pada langkah ini piston bergerak dari TMA Titik Mati Atas ke TMB Titik Mati Bawah. Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang
menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.
2. Langkah kompresi Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup
tertutup.Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur, sehingga udara di
dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk
kabut. 3. Langkah Usaha
Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan
meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini
dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial putar. 4. Langkah Buang
Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywhell akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka
sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.
Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus
tersebut tidak ada yang terputus.
Universitas Sumatera Utara
Siklus diesel dapat dilihat pada gambar 2.2 proses yang terjadi pada siklus diesel adalah
Proses a-b :Langkah kompresi.
Proses b-c :Proses pemasukan kalor pada tekanan konstan.
Proses c-d :Langkah ekspansi.
Proses d-a :Proses pembuangan kalor pada volume konstan.
Gambar.2.2 Diagram P-V sumber:http:willyyanto.wordpress.comtagt-s-diagram
2.4 Performansi Motor Diesel 2.4.1 Daya Poros
Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut
menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator, yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya
menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan
antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin
tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan
demikian besar daya poros itu adalah :
2πn.T P
B
=
W 2.1 Lit 3 hal 3-9 6000
Dimana : P
B
= daya W T = torsi terukur Nm
n = putaran mesin rpm
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu
gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak, dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi
pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer
dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan
menggunakan kopling elastik. Dengan demikian besarnya torsi tersebut adalah: T = F.l = m.g.l
2.2 lit 3 dimana :
T = torsi N.m m = massa yang diukur pada dynamometer kg
g = percepatan gravitasi ms
2
l = panjang tuas pada dynamometer m
2.4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik SFC
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai
ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Sebelum menghitung konsumsi bahan bakar spesifik, maka
harus menghitung konsumsi bahan bakar terlebih dahulu.
m
f
=
� �
.
3600 1000
. �
��
kgjam Dengan :
M
f
= konsumsi bahan bakar kgjam b = volume bahan bakar yang dipakai dalam pengujian cc
t = waktu diperlukan dalam detik s ρbb = massa jenis bahan bakar kgI
maka : SFC =
�
�
�
kgKWh Dimana :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik kgkWh
Universitas Sumatera Utara
M
f
= konsumsi bahan bakar kgjam P = daya kW
2.4.4 Nilai Kalor Bahan Bakar
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar
sempurna disebut nilai kalor bahan bakarCalorific Value, CV . Nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.
Nilai kalor atas High Heating Value,HHV ,merupakan nilai kalor yang diperoleh secara experiment dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil
pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan mengeluarkan
panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas HHV dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan
berikut: HHV = 33950 C + 144200
��
2
−
�
2
8
� + 9400 S
Dimana: HHV = Nilai kalor atas kjkg
C = Persentase karbon dalam bahan bakar H
2
= Persentase hidrogen dalam bahan bakar O
2
= Persentase oksigen dalam bahan bakar S = Persentase sulfur dalam bahan bakar
Nilai kalor bawah Low Heating Value,LHV, merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya
kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 yang berarti dalam satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran
sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah mol dari jumlah hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hydrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada
didalam bahan bakar moisture. Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 KNm
2
tekanan yang umum timbul pada gas buang adalah
Universitas Sumatera Utara
sebesar 2400 kjkg, sehingga besarnya nilai kalor bawah LHV dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut:
LHV = HHV – 2400 M + 9 H
2
dimana: LHV = Nilai kalor bawah kjkg
M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar moisture
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat mengggunakan nilai kalor bawah LHV dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang
meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas HHV karena nilai tersebut umumnya lebih cepat
tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME American of Mechanical Enggineers menentukan penggunaan nilai kalor atas HHV, Sedangkan
peraturan SAE Society of Automotive Enggineers menentukan penggunaan nilai kalor bawah LHV.
2.4.5 Efisiensi Thermal Brake
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energy yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis
mechanical losses. Dengan alas an ekonomis perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga
sebagai efisiensi termal brake brake thermal efficiency,η
b
.
η
b
=
���� �������� ������ ���� ����� ���� �����
Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut: Q = m
f
. LHV Jika daya keluaran N dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar m
f
dalam satuan kgjam, maka:
η
b
=
� �
� . ���
. 3600
2.5 Emisi Gas Buang
Bahan pencemar polutan yang berasal dari kendaraan bermotor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
1. Sumber
Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida NOx dan hidrokarbon HC, langsung dibuangkan ke
udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon O3 dan peroksiasetil nitrat PAN adalah polutan
yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.
2. Komposisi Kimia
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen,
nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : Hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti :karbon monoksidaCO, karbonat, nitrogen
oksida, ozon dan lainnya.
3. Bahan Penyusun
Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat
Kategori