c. Langkah Usaha
Akibat adanya pembakaran maka pada ruang bakar terjadi panas dan pemuaian yang tiba-tiba. Pemuaian tersebut mendorong
piston untuk bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup rapat sehingga seluruh tenaga panas
mendorong piston untuk bergerak. d.
Langkah Buang Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, gas
yang terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas bekas
pembakaran ke luar dari silinder.Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan berikutnya, yaitu
langkah isap
.
Gambar 2.4prinsipkerja motor 4 empat langkah[8]
2.3.2 Parameter prestasi motor bakar empat langkah
Secara praktis prestasi mesin ditunjukan oleh torsi dan daya. Parameter inirelatif penting untuk mesin dengan variasi kecepatan operasi dan
tingkat pembebanan. Daya poros maksimum menggambarkan sebagai kemampua nmaksimum
mesin. Torsi
poros maksimum
pada kecepatan
tertentumengindikasikan kemampuan untuk rnemperoleh aliran udara atau
Universitas Sumatera Utara
campuranudara dengan bahan bakar yang tinggi yang masuk ke dalam mesin padakecepatan tersebut. Sewaktu mesin dioperasikan pada waktu yang lama
konsumsi bahan bakar dan efisiensi mesin menjadi sangat penting. [4]
Daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin
yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum
yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara dan juga bahan
bakar yang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut. [1]
Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara yang terdapat dalam diagram sebagai berikut :
Gambar 2.5 Diagram Alir Prestasi Mesin Parameter Prestasi Mesin
Torsi
Daya
Laju Konsumsi
Konsumsi BahanBakar
Spesifik
Efisiensi Bahan
Bakar
Universitas Sumatera Utara
2.3.3 PerformansiMesin Otto
Ada beberapahal yang mempengaruhiperformansimotor bakar, antara lain besarnyaperbandingankompresi,
tingkathomogenitascampuranbahanbakardenganudara, angkaoktanbensinsebagaibahanbakar, tekananudaramasukruangbakar.
Semakinbesarperbandinganudara motor akansemakinefisien, akantetapisemakinbesarperbandingankompresiakanmenimbulkan
knocking pada motor yang berpotensimenurunkandaya motor, bahkanbiasmenimbulkankerusakanseriuspadakomponen motor.
Untukmengatasihalinimakaharusdipergunakanbahanbakar yang memilikiangkaoktantinggi.Angkaoktanpadabahanbakar motor Otto
menunjukkankemampuannyamenghindariterbakarnyacampuranudaraba hanbakarsebelumwaktunya self ignition yang menimbulkan knocking
tadi.Untukmemperbaikikualitascampuranbahanbakardenganudaramakaa liranudaradibuatturbulen,
sehinggadiharapkantingkathomogenitascampuranakanlebihbaik.
1. Torsi
Torsi adalahukurankemampuanmesinuntukmelakukankerja, jadi torsi adalahsuatuenergi.Besaran torsi adalahbesaranturunan yang
biasadigunakanuntukmenghitungenergi yang dihasilkandaribenda yang berputarpadaporosnya..Apabilasuatubendaberputardanmempunyaibesar
gayasentrifugalsebesar F, bendaberputarpadaporosnyadenganjari- jarisebesarr, dengan data tersebuttorsinya dapat dihitung dengan rumus :
T = F x r sin θ................................................................................................2.1 Dimana :
T = Torsi Nm F = Gaya yang dihasilkan N
r = Jarak poros dengan titik gaya m θ = Sudut yang dibentuk oleh r dan F
Universitas Sumatera Utara
Pada mesin otto untuk mengetahui daya poros harus diukur atau diketahui dulu torsinya.
Torsi torque
yang dihasilkansuatumesindapatdiukurdenganmenggunakandynamometeryang
dikopeldenganporos output mesin. Daya yang dihasilkanporos output iniseringdisebutsebagaidaya rem Brake Power karena alat ukur ini
bertindak sebagai rem dalam sebuah mesin yang diukur.
Gambar 2.6 Skema Torsi Sebuahpartikel yang
terletakpadaposisi r relativeterhadapsumburotasinya.Ketikaadagaya F ya ng bekerjapadapartikel, hanyakomponentegaklurus F
⊥
yang akanmenghasilkan torsi.
Torsi
τ = r × F inimempunyaibesarτ = |r| | F
⊥
| = |r| | F| sin
θ .
.
2. Daya
Power yang dihitung dengan satuan Kw Kilo watts atau Horse Power HP mempunyai hubungan erat dengan torque. Power
dirumuskan sebagai berikut :
P =
2 ����
60
T……………………………………………………….................2.2 Dimana :P = Daya Watt
Universitas Sumatera Utara
N = putaran mesin rpm T = Torsi N.m
Pada motor bakar, daya dihasilkan dari proses pembakaran didalam silinder dan biasanya disebut dengan daya indiaktor. Daya tersebut dikenakan
pada torak yang bekerja bolak balik didalam silinder mesin. Jadi didalam silinder mesin, terjadi perubahan energi dari energi kimia bahan bakar dengan proses
pembakaran menjadi energi mekanik pada torak. Daya indikator adalah merupakan sumber tenaga persatuan waktu operasi mesin untuk mengatasi semua
beban mesin. Mesin selama bekerja mempunyai komponen-komponen yang saling berkaitan satu dengan lainnya membentuk kesatuan yang kompak
3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik specific fuel consumption, sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan
mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.
Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kgjam, maka :
Sfc =
�̇
�
�10
3
̇ ��
………….………………………………..…………………….2.3 dimana :
Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik gkW.h. �̇f = laju aliran bahan bakar kgjam
Besarnya laju aliran massa bahan bakar �̇f dihitung dengan persamaan berikut :
�̇f =
������� 10
−3
��
x 3600…………………………………………………….2.3 Dimana : sgf = spesific gravity
�
�
= volume bahan bakar yang diuji
Universitas Sumatera Utara
�
�
= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji detik
4. Effisiensi Thermal Brake
Daya aktual yang dihasilkan oleh mesin selalu lebih kecil daripada energi yang seharusnya dihasilkan. Hal ini terjadi dikarenakan oleh
adanya rugi-rugi mekanis mechanical losses. Semakin tinggi daya aktual yang dihasilkan oleh mesin, maka efisiensi pun akan semakin tinggi.
Efisiensi inilah yang sering disebut dengan efisiensi thermal brake brake thermal efficiency
�
�
.
�
�
=
���� �������� ������ ���� ����� ���� �����
…………………………………………………2.4
Lajupanas yang masuk Q, dapatdihitungdenganrumusberikut : Q =
�̇
�
. H
HV……………………………………..……….………….………2.5
Dimana, HHV = nilaikalorbahanbakar kjkg
Jikadaya P dalamsatuan kW, lajualiranbahanbakar �
�
dalam satuan kgjam, maka:
�
�
=
� �̇
� .���
. 3600…………………………………………………… ………..2.6
Universitas Sumatera Utara
2.3.4TeoriPembakaran
Pembakaranmerupakam prosesreaksikimia, yaituelementertentudaribahanbakarsetelahdinyalakandandigabungdenga
noksigenakanmenimbulkanpanassehinggamenaikkansuhudantekanan .Elemenyang dapat terbakar atau combustable yang utamaadalahkarbon
C danhidrogen H, elemen yang lain
namunumumnyahanyasedikitterkandungdalambahanbakaradalah sulfur S. Oksigen yang diperlukanuntukpembakarandiperolehdariudarabebas
yang merupakancampurandarioksigendan nitrogen. Nitrogen atauzatlemasadalahunsurekimiayang
biasanyaditemukansebagai gas tanpawarna, tanpabau, tanpa rasa danmerupakan gas diatomicbukanlogam yang stabil,
sangatsulitbereaksidenganunsureatausenyawalainnya.Dinamakanzatlema skarenazatinibersifatmalas, tidakaktifbereaksidenganunsurelainnya
dantidakberpartisipasidalampembakaran.Selama proses pembakaran, butiranminyakbahanbakardipisahkanmenjadielemenkomponennyayaituh
ydrogendankarbondanmasing- masingbergabungdenganoksigendariudarasecaraterpisah.
Hidrogenbergabungdenganoksigenuntukmembentuk air dankarbonbergabungdenganoksigenmenjadikarbondioksida.Jikaoksigen
yang tersediatidakcukup, makasebagiandarikarbonakanbergabungdenganoksigendalambentukkarb
onmonoksida. Pembentukankarbonmonoksidahanyamenghasilkan 30 panasdibandingkanpanas yang timbulolehpembentukankarbondioksida.
2.3.5NilaiKalorBahanBakar
Panas dihasilkan oleh reaksi kimia antara oksigen dengan bahan bakar di ruang bakar. Besarnyapanas yang
ditimbulkanjikasatusatuanbahanbakardibakarsempurnadisebutnilaikalorb ahanbakarCalorific Value,
Universitas Sumatera Utara
CV.Bedasarkanasumsiikuttidaknyapanaslatenpengembunanuap air dihitungsebagaibagiandarinilaikalorsuatubahanbakar,
makanilaikalorbahanbakardapatdibedakanmenjadinilaikaloratasdan nilai kalorbawah.
NilaikaloratasHigh Heating Value,
HHV,yaituNilaiPembakaranbiladidalam gas hasilpembakaran
terdapat H2O
berbentukcairan ataupun
merupakannilaikalor yang diperolehsecaraeksperimendenganmenggunakancalorimeterdimanahasilp
embakaranbahanbakardidinginkansampaisuhukamarsehinggasebagianbe saruap air yang
terbentukdaripembakaranhydrogenmengembundanmelepaskanpanaslate nnya. Secarateoritis, besarnyanilaikaloratas HHV
dapatdihitungbiladiketahuikomposisibahanbakarnyadenganmenggunaka npersamaanDulong:
HHV = T
2
– T
1
– T
kp
x C
v
.............................................…………………………...2.7
Dimana: HHV = Nilaikaloratas kJkg T
1
= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan C
T
2
= Temperatur air pendingin sesudah penyalaan C
C
v
= Panas jenis bom kalorimeter 73529,6 KJKg C
T
kp
= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala 0,05 C
2.4Emisi Gas Buang
Emisi gas buangmerupakansisahasilpembakaranmesinkendaraanbaikitukendaraanb
erroda, perahukapaldanpesawatterbang yang menggunakanbahanbakar.Berdasarkan Peraturan Menteri Negara
Lingkungan Hidup nomor 05 Tahun 2006 tentang Ambang Batas Emisi Gas buang kendaraan Bermotor, batas emisi CO dan HC untuk kendaraan
Universitas Sumatera Utara
yang diuji pada penelitian ini yaitu 4,5 volume untuk CO dan 2400 ppm untuk HC. Biasanyaemisi gas buanginiterjadikarenapembakaran yang
tidaksempurnadarisystempembuangandanpembakaranmesinsertalepasny apartikel-partikelkarenakurangtercukupinyaoksigendalam proses
pembakarantersebut. Emisi Gas Buangmerupakansalahsatupenyebabterjadinyaefekrumahkacadanpemana
san global yang terjadiakhir-akhirini.
2.4.1Komposisi Kimia
Polutandibedakanmenjadiorganicdaninorganik.Polutanorganicmen gandungkarbondanhidrogen, jugabeberapaelemensepertioksigen,
nitrogen, sulfur ataufosfor, contohnya :hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutaninorganicseperti :karbonmonoksida CO, karbonat,
nitrogen oksida, ozondanlainnya. Pada negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang
kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yai
tu senyawa HC, CO, CO2, O2 dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya
mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2.
2.4.2 Komposisi Emisi Gas Buang
• EmisiSenyawaHidrokarbon HC Bensinadalahsenyawahidrokarbon, jadisetiap HC yang didapat di gas
buangkendaraanmenunjukkanadanyabensin yang tidakterbakardengansempurnadanterbuangbersamasisapembakaran.Apab
ilasuatusenyawahidrokarbonterbakarsempurna bereaksidenganoksigen makahasilreaksipembak
arantersebutadalahkarbondioksida CO2 dan air H20.Walaupundesainruangbakarmesinkendaraansaatini
yang sudahmendekati ideal, tetapitetapsajasebagiandaribensinseolah-
olahtetapdapat bersembunyi dariapisaatterjadi proses
Universitas Sumatera Utara
pembakarandanmenyebabkanemisi HC padaujungknalpotcukuptinggi. Hidrokarbon HC ,dapatmenyebabkaniritasimata, pusing, batuk,
mengantuk, bercakkulit, perubahankodegenetik, memicuasmadankankerparu-paru.
• Emisi Carbon Monoksida CO Gas karbonmonoksida CO adalah gas yang relative
tidakstabildancenderungbereaksidenganunsur lain. Gas karbonmonoksida CO merupakan gas yang
sangatsangatsulitdideteksikarena gas CO tidakmemilikibau, rasa danbentuk. Gas CO KarbonMonoksida,
dapatmengurangikadaroksigendalamdarah, dapatmenimbulkanpusing, gangguanberpikir, penurunanreflekdangangguanjantung.
• Emisi Karbon Dioksida CO2 Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses
pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12 sampai 15.
Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12, maka kita harus melihat
emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus.
Perlu diingat bahwa sumber dari C O2 ini hanya ruang bakar dan CC.
Apabila CO2 terlalu rendah tapi CO dan HC normal, menunjukkan adanya kebocoran exhaust pipe.
• Oksigen O2 Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik
dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus
mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon.
Universitas Sumatera Utara
Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung
secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna
pada proses pembakaran. Tapi sayangnya, ruang bakar tidak dapat sempurna melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul
bensin seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna.
Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2 atau lebih kecil bahkan mungkin 0. Tapi kita harus berhati-hati apabila
konsentrasi oksigen mencapai 0. Ini menunjukkan bahwa semua oksigen dapat terpakai semua dalam proses pembakaran dan ini dapat berarti
bahwa AFR cenderung kaya. Dalam kondisi demikian, rendahnya konsentrasi oksigen akan berbarengan dengan tingginya emisi CO.
2.5 Bahan Bakar Etanol 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 kurun waktu 7 tahun, dari 17 miliar liter pada tahun 2000
menjadi 52 miliar liter pada tahun 2007.[4] 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 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
Universitas Sumatera Utara
