BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Teori Dasar
BAB II
LANDASAN TEORI 2.1. Teori Dasar
Jika ditinjau dari berbagai aspek mesin diartikan sebagai suatu pesawat yang dapat merubah bentuk energi tertentu menjadi energi mekanik. Mesin bensin dikategorikan sebagai mesin kalor yang menggunakan sumber energi termal untuk menghasilkan kerja mkanik.
Ditinjau dari bagaimana caranya menghasilkan energi termal, mesin bensin dibedakan menjadi internal combustion engine dan external combustion engine. Pada tipe yang pertama yakni internal combustion engineproses pembakarannya berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.
Motor bakar torak seperti motor bensin dan motor diesel adalah contoh mesin pembakaran dalam . Perbedaan pokok keduanya terletak pada sistem penyalaannya. Motor bakar Bensin dengan sistem penyalaan bunga api listik antara kedua elektroda busi sehingga sering disebut spark ignition engine.Motor bakar disel dimana penyalaan bahan bakar terjadi dengan sendirinya dengan jalan menyemprotkan bahan bakar ke dlam ruang bakar yang berisi data bertemperatur tinggi. Bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya oleh udara yang mengandung O2 memiliki suhu melampaui suhu titik nyal (flash point) dari bahan bakar Motor disel ini sering dijuluki compression ignition engine.
(2)
Pada tipe yang kedua yakni external combustion engine, proses pembakarannay terjdi di luar mesin dimana energi termal hasil pembakaran dipindahkn ke fluida kerja mesin melalui beberap dinding pemish. Kedalam tipe ini termasuk mesin-mesin uap. 2.2. Sifat-Sifat Motor Bakar Bensin
Pada umumnya Motor bakar bensin memiliki sifat-sifat sebagai berikut : a. Perbandingan kompressi lebih kecil dari motor diesel, sehingga effisiensi
thermalnya lebih rendah.
b. Cocok untuk daya yang kecil atau sedang c. Pemakaian bahan bakarnya relative lebih tinggi. d. Putaran mesin relative besar (2500 – 14.500)
e. Konstruksinya lebih kecil dan bobotnya lebih ringan.Getaran yang ditimbulkan lebih kecil. Bahan bakar dan udara sama-sama masuk ke dalam silinder dengan perbandingan tertent.
f. Gas buang mengandung persentase CO yang beracun dengan relative 2.3. Prinsip Kerja Motor Bakar Bensin
Motor bensin bekerja dengan gerakan piston bolak balik (bergerak naik turun pada motor tegak). Motor bensin bekerja menurut prinsip kerja mesin 4 langkah (tak) dan 2 langkah (tak).
Langkah kerja tersebut adalah perjalanan piston dari titik mati atas ke titik mati bawah.
2.3.1. Langkah Hisap
Piston bergerak ke bawah, katup masuk terbuka katup buang tertutup, maka terjadilah kevakuman di atas piston sehingga campuran bahan bakar dan udara
(3)
mengalir ke dalam silinder melalui lubang katup masuk yang telah dicampur di dalam karburator.
2.3.2. Langkah Kompresi
Setelah mencapai titik mati bawah, pistonbergerak kembali melalui titik mati atas, dan pada saat ini katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Dengan demikian campuran bahan bakar dan udara yang berada di dalam silinder ditekan dan dimampatkan atau dikompresikan oleh piston yang bergerak ke titik mati atas. Akibatnya, tekanan dan suhu dalam silinder naik sehingga sangat mudah bagi bahan bakar untuk terbakar.
2.3.3. Langkah Usaha
Pada saat piston hampir mencapai titik mati atas, campuran bahan bakar dan udara dinyatakan atau dibakar, maka terjadilah ledakan atau proses pembakaran yang mengakibatkan suhu dan tekanan naik dengan cepat. Di lain pihak, piston tetap melanjutkan perjalanannya menuju titik mati atas, ini berarti ruang bakar dan silinder semakin menjepit sehingga suhu dan tekanan gas di dalam silinder bertambah tinggi lagi. Akhirnya piston mencapai posisi titik mati atas, dan pada kondisi gas pembakaran mampu untuk mendorong piston kembali dari posisi titik mati atas ke titik mati bawah dengan keadaan katup masuk dan katup buang masih dalam keadaan tertutup. Pada langkah ini volume gas pembakaran di dalam silinder bertambah besar oleh karena itu tekanannya turun.
(4)
II.3.4. Langkah Buang
Kemudian pada saat piston mencapai titik mati bawah, katup buang terbuka dan katup masuk masih dalam keadaan tertutup. Piston kembali naik ke titik mati atas dan mendesak gas pembakaran keluar silinder melalui saluran katup buang.
Gambar 2.1. Siklus Kerja Mesin
Gambar 2.2. Diagram Sudut Katup
2.4. Gas Buang
Zat pencemar dari hasil pembakaran atas bahan bakar mobil (bensin atau solar) ada tiga macam yaitu CO, Hcdan Nox, gas ini mengganggu pernapasan dan berbahaya terhadap manusia, binatang dan tanaman (dapat dilihat pada tabel 2.1).
(5)
Tabel 2.1. Zat Pencemaran Yang Dihasilkan Mobil
Zat Pencem
ar
Sumber Utama di Atmosfir
Akibatnya Keterangan
CO Mobil 93 % generator daya dan lain – lain 7 %
Mengganggu pertukaran oksigen di dalam darah dan menyebabkan keracunan carbon monoksid (konsentrasi CO pada 30 – 40 PPM (Port Per Million) melumpuhkan syaraf : pada 500 PPM menyebabkan sesak napas dan pusing. Konsentrasi CO yang tinggi dapat menyebabkan kematian.
HC Mobil 57 % Pemurnian minyak bumi, pemakaian pelarut dan lain – lain 43 %
Organ pernapasan menjadi sakit Akibat dari utama photo chemical smog.
(6)
Nox Mobil 39 % Pabrik,
pembangkit daya peurnian minyak bumi 61 %
- Sakit mata, hidung, tenggorokan, batuk, sakit kepala, paru – paru
- No 2 atmosfir pada 3 – 5 PPM menghasilkan bau yang menyakitkan pada 10 – 30 PPM menyebabkan sakit mata dan hidung, pada 30 – 50 PPM menyebabkan batuk, sakit kepala
Penyebab utama photo chemical smog
SO2 Mobil (diesel)
1 % Pabrik, pembangkit daya,
pemanasan dan lain – lain 99 %
Gangguan pada selaput, sistem pernapasan, dan menyebabkan peradangan pada saluran tenggorokan
Sumber : Buku informasi memelihara / servis sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
Bila bensin terbakar, maka akan terjadi reaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O). Gas bekas umumnya terdiri dari gas yang tidak
beracun N2 (Nitrogen), dan H2O (uap air) dan sebagian kecil merupakan gas beracun
(7)
sangat populer dalam gas bekas maupun gas buang adalah gas yang beracun. (Dapat dilihat pada Lampiran 2 Tabel 2.2).
Tabel 2.2. Sifat – sifat Gas Buang Hasil Pembakaran
CO (Carbon
Monokside)
HC (Hydro Carbon) Nox (Oxide Nitrogen)
- Zat gas tidak berwarna dan tidak berbau
- Tidak mudah larut dalam air
- Perbandingan berat terhadap udara (1 Atm0C) 0,967
- Didalam udara bila diberikan api akan terbakar dengan mengeluarkan asap biru dan menjadi CO2 (Carbon
diokside)
- Sebelum zat yang merupakan ikatan kimia hanya dari carbon (C) dan Hydrogen (H) saja - Bentuk kimianya dibagi menjadi parafine, naftaline, olefine dan aromatic N2O karena tidak aktif, tidak menjadi persoalan
- Terutama berbentuk NO, NO2, dan N2O. - NO adalah gas yang
tidak berwarna tidak berbau, sukar laut dalam air, di dalam udara karena gesekan akan menjadi NO2. - NO2 adalah zat gas
berwarna agak kemerahan dan sedikit berbau, mudah larut dalam air bereaksi dengan air menjadi asam nitrit atau nitrat. Sumber : Buku informasi memelihara / servis sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
Mesin – mesin pada umumnya mempunyai campuran sekitar 14 : 1 meskipun 15 : 1 adalah campuran ideal, bila campuran ini lebih kurus lagi dari 14 : 1, maka kadar CO dan HC akan berkurang, tetapi Nox akan bertambah, serta output meskipun akan turun. Dalam perawatan mesin diharuskan untuk memeriksa : ignition timing, celah katup, tekanan kompresi, kekotoran air cleaner, karburator dan sebagainya,
(8)
terutama pada saat penyetelan karburator penting sekali untuk memakai CO tester dan HC tester, hal – hal tersebut di atas merupakan komponen yang akan di ukur dalam penelitian ini. Ada tiga sumber CO, HC, dan Nox yaitu gas buang, blow by gas dan uap bahan bakar. Hidrocarbon mentah (HC) ini berasal dari uap bahan bakar dari tangki dan karburator yang bekas ke atmosfer. Blow by gas yaitu gas yang sudah dan belum terbakar yang keluar melalui celah piston silinder selama kompressi dan pembakaran, blow by gas keluar bebas ke atmosfir melalui crankcase.
2.4.1. Carbon Monoksid (CO)
Carbon Monoksid dihasilkan oleh pembakaran tidak sempurna akibat pembakaran kurang oksigen. Dan kadar CO yang berkurang banyak tergantung kepada cara mengendara, pengendara yang kasar / ngebut dibandingkan dengan yang halus, kadar CO akan berbanding beberapa kali lipat, karena itu hindarkanlah cara pengendaraan yang kasar atau pada saat berhenti jangan memainkan pedal gas.
2.4.2. Hidrocarbon (HC)
Hdirocarbon (HC) ialah bensin mentah yang belum terbakar yang berasal dari gas mentah yang keluar akibat overlap katup masuk dan katup buang. Gas sisa dekat dinding silinder dan terbuang saat langkah buang. Gas belum terbakar yang tertinggal dibelakang ruang bakar setelah misfiring ketika jalan menurun atau ketika engine brake. Gas mentah akibat pembakaran tidak sempurna karena pembakaran terlalu singkat atau campuran gemuk.
Hidrocarbon merupakan zat yang mengandung atom hidrogen (H) dan carbon (C) yang bergabung dan membentuk macam – macam kombinasi yang disebuat molekul, ada beberapa macam hidrocarbon untuk bahan bakar, tetapi yang paling
(9)
umum digunakan ialah bensin, tipe yang paling dominan didalam campuran disebut octane (C8H18).
2.4.3. Oksid Nitrogen (Nox)
Nox dihasilkan oleh nitrogen dan oksigen di dalam campuran yang bergabung bila temperatur ruang bakar naik di atas 18000C.
Tabel 2.3. Ambang batas emisi
Ambang Batas Emisi
Peraturan Menteri Lingkungan HidupNo. 1041/2000 CO
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 4 %
-1986 – 1995 Max. 3,5 % Max. 3,0 % > 1996 Max. 3 % Max. 2,5 % HC
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 1000 PPM
-1986 – 1995 Max. 800 PPM Max. 600 PPM > 1996 Max. 700 PPM Max. 500 PPM
CO Min. 12 % Min 12 %
O2 Max. 2 % Max. 2 %
Lamda 0,950 – 1,025 0,970 – 1,000
Sumber : Buku informasi memelihara / servi sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
2.4.4. Bioetanol
Bahan bakar etanol adalah etanol (etil alkohol) dengan jenis yang sama dengan yang ditemukan pada minuman beralkohol dengan penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan tambahan bensin sehingga menjadi biofuel. Produksi etanol dunia untuk bahan bakar transportasi meningkat 3 kali lipat dalam
(10)
kurun waktu 7 tahun, dari 17 miliar liter pada tahun 2000 menjadi 52 miliar liter pada tahun 2007. Dari tahun 2007 ke 2008, komposisi etanol pada bahan bakar bensin di dunia telah meningkat dari 3.7% menjadi 5.4%. Pada tahun 2010, produksi etanol dunia mencapai angka 22,95 miliar galon AS (86,9 miliar liter), dengan Amerika Serikat sendiri memproduksi 13,2 miliar galon AS, atau 57,5% dari total produksi dunia.Etanol mempunyai nilai "ekuivalensi galon bensin" sebesar 1.500 galon AS.
Etanol digunakan secara luas di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%,dan penggunaan bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribu sepeda motor yang dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100).
Bioethanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin yang ada saat ini. Kekhawatiran mengenai produksi dan adanya kemungkinan naiknya harga makanan yang disebabkan karena dibutuhkan lahan yang sangat besar, ditambah lagi energi dan polusi yang dihasilkan dari keseluruhan produksi etanol, terutama tanaman jagung. Pengembangan terbaru dengan munculnya komersialisasi dan produksi etanol selulosa mungkin dapat memecahkan sedikit masalah.
(1)
Tabel 2.1. Zat Pencemaran Yang Dihasilkan Mobil
Zat Pencem
ar
Sumber Utama di Atmosfir
Akibatnya Keterangan
CO Mobil 93 % generator daya dan lain – lain 7 %
Mengganggu pertukaran oksigen di dalam darah dan menyebabkan keracunan carbon monoksid (konsentrasi CO pada 30 – 40 PPM (Port Per Million) melumpuhkan syaraf : pada 500 PPM menyebabkan sesak napas dan pusing. Konsentrasi CO yang tinggi dapat menyebabkan kematian.
HC Mobil 57 % Pemurnian minyak bumi, pemakaian pelarut dan lain – lain 43 %
Organ pernapasan menjadi sakit Akibat dari utama photo chemical smog.
(2)
Nox Mobil 39 % Pabrik,
pembangkit daya peurnian minyak bumi 61 %
- Sakit mata, hidung, tenggorokan, batuk, sakit kepala, paru – paru
- No 2 atmosfir pada 3 – 5 PPM menghasilkan bau yang menyakitkan pada 10 – 30 PPM menyebabkan sakit mata dan hidung, pada 30 – 50 PPM menyebabkan batuk, sakit kepala
Penyebab utama photo chemical smog
SO2 Mobil (diesel) 1 % Pabrik, pembangkit daya,
pemanasan dan lain – lain 99 %
Gangguan pada selaput, sistem pernapasan, dan menyebabkan peradangan pada saluran tenggorokan
Sumber : Buku informasi memelihara / servis sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
Bila bensin terbakar, maka akan terjadi reaksi dengan oksigen membentuk karbon dioksida (CO2) dan air (H2O). Gas bekas umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun N2 (Nitrogen), dan H2O (uap air) dan sebagian kecil merupakan gas beracun seperti gas CO2 (gas Carbon), CO, HC, dan Nox (Oksid Nitrogen) yang sekarang
(3)
sangat populer dalam gas bekas maupun gas buang adalah gas yang beracun. (Dapat dilihat pada Lampiran 2 Tabel 2.2).
Tabel 2.2. Sifat – sifat Gas Buang Hasil Pembakaran
CO (Carbon
Monokside)
HC (Hydro Carbon) Nox (Oxide Nitrogen)
- Zat gas tidak berwarna dan tidak berbau
- Tidak mudah larut dalam air
- Perbandingan berat terhadap udara (1 Atm0C) 0,967
- Didalam udara bila diberikan api akan terbakar dengan mengeluarkan asap biru dan menjadi
CO2 (Carbon
diokside)
- Sebelum zat yang merupakan ikatan kimia hanya dari carbon (C) dan Hydrogen (H) saja - Bentuk kimianya dibagi menjadi parafine, naftaline,
olefine dan
aromatic N2O karena tidak aktif, tidak menjadi persoalan
- Terutama berbentuk NO, NO2, dan N2O. - NO adalah gas yang
tidak berwarna tidak berbau, sukar laut dalam air, di dalam udara karena gesekan akan menjadi NO2. - NO2 adalah zat gas
berwarna agak
kemerahan dan sedikit berbau, mudah larut dalam air bereaksi dengan air menjadi asam nitrit atau nitrat. Sumber : Buku informasi memelihara / servis sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
Mesin – mesin pada umumnya mempunyai campuran sekitar 14 : 1 meskipun 15 : 1 adalah campuran ideal, bila campuran ini lebih kurus lagi dari 14 : 1, maka kadar CO dan HC akan berkurang, tetapi Nox akan bertambah, serta output meskipun akan turun. Dalam perawatan mesin diharuskan untuk memeriksa : ignition timing, celah katup, tekanan kompresi, kekotoran air cleaner, karburator dan sebagainya,
(4)
terutama pada saat penyetelan karburator penting sekali untuk memakai CO tester dan HC tester, hal – hal tersebut di atas merupakan komponen yang akan di ukur dalam penelitian ini. Ada tiga sumber CO, HC, dan Nox yaitu gas buang, blow by gas dan uap bahan bakar. Hidrocarbon mentah (HC) ini berasal dari uap bahan bakar dari tangki dan karburator yang bekas ke atmosfer. Blow by gas yaitu gas yang sudah dan belum terbakar yang keluar melalui celah piston silinder selama kompressi dan pembakaran, blow by gas keluar bebas ke atmosfir melalui crankcase.
2.4.1. Carbon Monoksid (CO)
Carbon Monoksid dihasilkan oleh pembakaran tidak sempurna akibat pembakaran kurang oksigen. Dan kadar CO yang berkurang banyak tergantung kepada cara mengendara, pengendara yang kasar / ngebut dibandingkan dengan yang halus, kadar CO akan berbanding beberapa kali lipat, karena itu hindarkanlah cara pengendaraan yang kasar atau pada saat berhenti jangan memainkan pedal gas.
2.4.2. Hidrocarbon (HC)
Hdirocarbon (HC) ialah bensin mentah yang belum terbakar yang berasal dari gas mentah yang keluar akibat overlap katup masuk dan katup buang. Gas sisa dekat dinding silinder dan terbuang saat langkah buang. Gas belum terbakar yang tertinggal dibelakang ruang bakar setelah misfiring ketika jalan menurun atau ketika engine brake. Gas mentah akibat pembakaran tidak sempurna karena pembakaran terlalu singkat atau campuran gemuk.
Hidrocarbon merupakan zat yang mengandung atom hidrogen (H) dan carbon (C) yang bergabung dan membentuk macam – macam kombinasi yang disebuat molekul, ada beberapa macam hidrocarbon untuk bahan bakar, tetapi yang paling
(5)
umum digunakan ialah bensin, tipe yang paling dominan didalam campuran disebut octane (C8H18).
2.4.3. Oksid Nitrogen (Nox)
Nox dihasilkan oleh nitrogen dan oksigen di dalam campuran yang bergabung bila temperatur ruang bakar naik di atas 18000C.
Tabel 2.3. Ambang batas emisi
Ambang Batas Emisi
Peraturan Menteri Lingkungan HidupNo. 1041/2000
CO
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 4 %
-1986 – 1995 Max. 3,5 % Max. 3,0 % > 1996 Max. 3 % Max. 2,5 %
HC
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 1000 PPM
-1986 – 1995 Max. 800 PPM Max. 600 PPM > 1996 Max. 700 PPM Max. 500 PPM
CO Min. 12 % Min 12 %
O2 Max. 2 % Max. 2 %
Lamda 0,950 – 1,025 0,970 – 1,000
Sumber : Buku informasi memelihara / servi sistem kontrol emisi, OTO KR02.020.01
2.4.4. Bioetanol
Bahan bakar etanol adalah etanol (etil alkohol) dengan jenis yang sama dengan yang ditemukan pada minuman beralkohol dengan penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan tambahan bensin sehingga menjadi biofuel. Produksi etanol dunia untuk bahan bakar transportasi meningkat 3 kali lipat dalam
(6)
kurun waktu 7 tahun, dari 17 miliar liter pada tahun 2000 menjadi 52 miliar liter pada tahun 2007. Dari tahun 2007 ke 2008, komposisi etanol pada bahan bakar bensin di dunia telah meningkat dari 3.7% menjadi 5.4%. Pada tahun 2010, produksi etanol dunia mencapai angka 22,95 miliar galon AS (86,9 miliar liter), dengan Amerika Serikat sendiri memproduksi 13,2 miliar galon AS, atau 57,5% dari total produksi dunia.Etanol mempunyai nilai "ekuivalensi galon bensin" sebesar 1.500 galon AS.
Etanol digunakan secara luas di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%,dan penggunaan bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribu sepeda motor yang dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100).
Bioethanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin yang ada saat ini. Kekhawatiran mengenai produksi dan adanya kemungkinan naiknya harga makanan yang disebabkan karena dibutuhkan lahan yang sangat besar, ditambah lagi energi dan polusi yang dihasilkan dari keseluruhan produksi etanol, terutama tanaman jagung. Pengembangan terbaru dengan munculnya komersialisasi dan produksi etanol selulosa mungkin dapat memecahkan sedikit masalah.