BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen, Dan Etanol 96% Terhadap Performansi Dan Emisi Gas Buang Esin Genset Otto

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Otto

Motor bakar Otto adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada masin itu sendiri. Dimana mesin pengkonversi ini memiliki ruang bakar yang dilengkapi dengan busi yang menghasilkan lecutan listrik/api yang berfungsi sebagai pembakar mula campuran bahan bakar yang telah mencapai takanan yang sesuai untuk mengalami pembakar. Mesin otto dilengkapi dengan sebuah karburator. Karburator ini berfungsi untuk mengatur percampuran antar bahan bakar dengan udara kemudian menyemprotkan hasil campuran tersebut kedalam ruang bakar.

Mesin bensin memiliki perbandingan kompresi sekitar 8 : 1 sampai 11 : 1 jauh lebih rendah dibandingkan dengan mesin diesel yang memiliki perbandingan kompresi sekitar 12 : 1 hingga 24 : 1.

2.1.1 Karburator

Karburator pada dasarnya merupakan pipa terbuka dikedua ujungnya, dalam pipa ini udara bergerak menujumenuju kedalam mesin/ruang bakar. Pipa ini berbentuk venturi, yaitu dari satu ujung permukaannya lebar lalu menyempit dibagian tengah kemudian melebar lagi di ujung satunya. Bentuk ini menyebabkan kecepatan aliran udara meningkat ketika melewati bagian yang sempit.

Pada tipe venturi tetap, diujung karburator dilengkapi dengan katup udara berbentuk kupu-kupu yang disebut sebagai katup gas (throttle valve), yaitu semacam cakram yang dapat berputar untuk menutup dan membuka pergerakan aliran udara sehingga dapat mengatur banyaknya campuran udara/bahan bakar yang masuk dalam ruang bakar. Banyaknya campuran udara/bahan bakar inilah yang menentukan besar tenaga dan/atau kecepatan gerak mesin. Pedal gas, atau pada sepeda motor, grip gas dihubungkan langsung dengan katup ini melalui kabel.

2.1.2 Busi

Busi (dengan ujung elektrode pada ruang bakar. Busi dipasang untuk membakardapun cara kerja busi itu sendiri iyalah busi tersambung ke tegangan yang besarnya ribuayang dihasilkan oleh koil pengapian (ignition coil). Tegangan listrik dari koil pengapian menghasilkan beda tegangan antara elektrode di bagian tengah busi dengan yang di bagian samping.tidak dapat mengalir karena bensin dan udara yang ada di celah merupakan isolator, namun semakin besar beda tegangan, struktur gas di antara kedua elektrode tersebut berubah. Pada saat tegangan melebihidaripada gas yang ada, gas-gas tersebut mengalami prosesdan yang tadinya bersifat isolator, berubah menjadi konduktor.

Setelah ini terjadi, arus elektron dapat mengalir, dan dengan mengalirnya elektron, suhu di celah percikan busi naik drastis, sampai 60.000uhu yang sangat tinggi ini membuat gas yang terionisasi untuk memuai dengan cepat, seperti ledakan kecil. Inilah percikan busi, yang pada prinsipnya mirip dengamini.

2.1.3 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi

Otto menghasilkan tenaga dengan cara membakar capuran udara dan bahan bakar di dalam silinder. Pada motor bensin, loncatan bunga api pada busi diperlukan untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang telah di kompresikan oledi dalam silinder.

Karena padaproses pembakaran di mulai oleh loncatan bunga api pada busi, maka diperlukan suatu sistem yang berfungsi menghasilkan loncatan bunga api pada busi, untuk beberapa metode diperlukan untuk menghasilkan arus tegangan tinggi yang diperlukan untuk proses pembakaran. Sistem pengapian (ignition sistem) pada automobile berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai menjadi 10KV atau lebih dengan mempergunakan ignition coil dan kemudian oleh distributor di bagi bagi ke busi melalui kabel tegangan tinggi.

Sistem pengapian konvensional adalah salah satu sistem pengapian baterai pada motor bensin yang masih menggunakan platina untuk memutus hubungkan arus primer koil, yang nantinya bertujuan untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi pada kumparan skunder yang akan disalurkan ke masing masing busi.

Adapun sistem pembakaran konvensional terdiri dari :

a. Menyediakan arus listrik tegangan rendah (biasanya 12 volt) untuk ignation coil.

b. Ignition Coil Menaikan tegangan yang di terima dari baterai menjadi tegangan tinggi yang diperlukan untuk pengapian di dalam silinder. Lebih spesifiknya ignition

coil berfungsi untuk merubah arus listrik 12 volt yang diterima dari baterai

menjadi tegangan tinggi (10 KV atau lebih) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada busi.

c. Distributor Berfungsi membagikan (mendistribusikan) arus tegangan tinggi yang dihasilkan oleh kumparan skunder pada ignation coil ke busi pada tiap-tiap selinder sesuai dengan urutan pengapian (firing order).

Adapun komponen dari alat pembangkit teganggan tinggi dapat kita lihat pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.1 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi

Bagian-bagian tersebut terdiri dari:

Cam (nok) Membuka Kontak point platina (breaker point) pada sudut

ng tepat untuk masing masing silinder

Platina (breaker point) Berfungsi Memutuskan hubungkan arus listrik yang mengalir melalui kumparan primer (arus primer) dari ignation coil, yang bertujuan untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi pada kumparan skunder ignition coil, yang diperlukan untuk pengapian di masing masing silinder.
Capasitor (condensor) Menyerap lompatan bunga api yang terjadi antara pada platina (breaker point) pada saat membuka dengan tujuan menaikan tegangan coil skunder.
Centrifugal Governor advancer Berfungsi untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan pertambahan putaran mesin. Bagian ini terdiri dari governor weight dan governor spring.
Vacuum Advancer Memajukan atau mengundurkan saat pengapian sesuai dengan beban mesin (vacuum Intake manifold) yang bertambah atau berkurang.
Rotor Membagikan arus listrik tegangan tinggi yang di hasilkan oleh ignation coil ke tiap-tiap busi.
Distributor Cap Berfungsi membagikan arus listrik tegangan tinggi yang telah dibangkitkan di kumparan skunder dari rotor ke kabel tegangan tinggi untuk masing- masing selinder sesuai dengan urutan pengapian.

d. Kabel tegangan tinggi Mengalirkan arus listrik tegangan tinggi dari ignition coil ke busi. Kabel tegangan tinggi harus mampu mengalirkan arus listrik tegangan tinggi yang dihasilkan oleh ignition coil ke busi melalui distributor tanpa adanya kebocoran. Oleh sebab itu penghantar (core) dibungkus dengan isolator karet yang tebal untuk menghindari adanya kebocoran arus listrik tegangan tinggi. Isolator karet tersebut, kemudian dilapisi oleh pembungkus (sheath).

e. Busi Berfungsi untuk mengeluarkan arus listrik tegangan tinggi menjadi loncatan bunga api melalui elektrodanya. Arus listrik tegangan tinggi dari distributor menimbulkan bunga api dengan temperatur tinggi di antara elektroda tengah dan massa dari busi untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang sebelumnya telah di kompresikan.

2.2 Mesin Otto Empat Langkah

Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2-langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4-langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4-langkah dalam dua putaran poros engkol.

1 S

Gambar 2.2 P-V dan T-S diagram[ Lit. 17]

menuju Ke Titik Mati Bawah(TMB) dengan katup In membuka, Campuran bahan bakar dan udara masuk ke ruang bakar.

Langkah Isap (0-1): Piston bergerak dari Titik Mati Atas(TMA)

TMA dengan kedua katup menutup. Udara dan bahan bakar ditekan sehingga kompresi menjadi tinggi, kemudian busi memercikkan bunga api.

Langkah Kompresi (1-2) : Piston bergerak dari TMB menuju

karena dorongan daya ledakan dari percikan bunga api busi.

Langkah Usaha (3-4): Piston bergerak dari TMA menuju Ke TMB

TMA dengan Katup Ex membuka, gas sisa pembakaran didorong keluar ke saluran pembuangan.

Langkah Buang (4-1-0): piston bergerak dari TMB menuju Ke

2.3 Performansi Mesin Otto

2.3.1 Torsi dan Daya

Multi meter adalah alat pengukuryang sering dikenal sebagai VOM (Volt-Ohm meter) yang dapat mengukur besar tegangan, hambatan, maupun kuat arus. Sementara tachometer adalah sebuah alat pengujian yang dirancang untuk mengukur kecepatan rotasi dari sebuah objek, seperti alat pengukur dalam sebuayang mengukur putaran tiap satuan menit (RPM) dari poros engkol mesin. Dengan menggunakan multimeter, voltase dan kuat arus dapat diketehui sehingga daya yag keluar dapat dihitung dengan rumus dibawah ini.

= × ............................................................... (2.1)

Dimana : V = Tegangan (volt) I= Kuat Arus (ampere)

Sedangkan dengan mnegunakan alat ukur tachometer dapat diketahui jumlah putaran mesin sehngga besar torsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut : 2 .

P = .

........ ............................................... (2.2) [Lit. 3 hal 46]

60 Dimana: P = Daya keluaran (Watt)

N = Putaran mesin (rpm)

2.3.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

. .

............ ....................................... (2.6) dimana: = massa udara di dalam silinder per siklus

= (

AFR = .................................................... .......... (2.5)

Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut:

V = Volume bahan bakar yang diuji = Lama waktu menghabiskan bahan bakar uji (s).

= Torsi (N.m)

x 3600 .......................................... (2.4) dimana: = masa jenis bahan bakar

. . 10 −3

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan berikut: m f =

................. ......................................... (2.3) dimana: Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). mf = Laju aliran massa bahan bakar (kg/jam)

. 10 ³

Bila daya rem dinyatakan dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar ( )dalam satuan kg/jam, maka : Sfc =

Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption,sfc) 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.

2.3.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

= massa bahan bakar di dalam silinder per siklus = laju aliran udara didalam mesin

ṁ = laju aliran bahan bakar di dalam mesin

ṁ = tekanan udara masuk silinder = temperatur udara masuk silinder

= konstanta udara = volume langkah (displacement)

= volume sisa

2.3.4 Efisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang di bangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya kerugian mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, η ). _b

.................. ......................... (2.7) [Lit .6 hal 59] Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut: . Q in = m f Q HV c .................................................................................................... (2.8)

η . dimana: m = laju aliran bahan bakar (kg/h)

Q HV = Nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

c = efisiensi pembakaran (dalam pengujian diambil 0,97)

2.4 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 bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tindaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor bahan bakar, maka 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 eksperimen dengan menggunakan bom kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom kalorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. . Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong : ₂ HHV = 33950C + 144200 (H -

2 ) + 9400 S……………...(2.9)[Lit. 1]

8 Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H

2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

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 setiap satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen . Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogen.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture).

Dalam perhitungan efisiensi panas dari mesin bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas ( HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American Society of

Mechanical Enggineers ) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV),

sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan nilai kalor bawah (LHV). Besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut : LHV = HHV – 2400 (M + 9 H

2 )……………………………………(2.10)[Lit. 1]

2.5 Bahan Bakar Hidrogen

Hidrogeyang memiliki simbol H datunggal, dan merupaka4 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.

2.5.1 Sejarah Bahan Bakar Hidrogen

Gas hidrogen, H

2 , pertama kali dihasilkan secara artifisial oleh T. Von

Hohenheim (dikenal juga sebagaiDia tidak menyadari bahwa gas mudah terbakar yang dihasilkan olehyang baru. Pada tahun, sebagai "udara yang mudah terbakar". Pada tahun 1781 dia lebih lanjut menemukan bahwa gas ini menghasilkan air ketika dibakar. Pada tahun 1783, mengulang kembali penemuan Cavendish yang mengatakan pembakaran hidrogen menghasilkan air.

Hidrogen pertama kali dicairkan olehDia kemudian menghasilkan hidrogen padat setahun kemudian.ditemukan pada tahun 1931 Desember oleh yang mengandung deuterium menggantikan hidrogen biasa, ditemukan oleh Urey dkk. pada tahun 1932. Salah satu dari penggunaan pertama H 2 adalah unt

menciptakan kapal udara yang diangkat oleh hidrogen. Bangsawan Jerman engan penerbangan perdana pada tahun 1900. Penerbangan yang terjadwal dimulai pada tahun 1910 dan sampai pecahnyaeppelin telah membawa 35.000 penumpang tanpa insiden yang serius.

Penerbangan tanpa henti melewati samudra atlantik pertama kali dilakukan kapal udara Britaniapada tahun 1919. Pelayanan penerbangan udara dipulihkan pada tahun 1920 dan penemuan cadangan memberikan peluang ditingkatkannya keamanan penerbangan, namun pemerintah Amerika Serikat menolak menjual gas tersebut untuk digunakan dalam penerbangan. Oleh karenanya, gas H

2 digunakan di pesawat

Insiden ini ditayangkan secara langsung di radio dan direkam. Banyak yang menduga terbakarnya hidrogen yang bocor sebagai akibat insiden tersebut, namun investigasi lebih lanjut membuktikan sebab insiden tersebut karena terbakarnya salut fabrik oleh Walaupun demikian, sejak itu keragu-raguan atas keamanan penggunaan hidrogen muncul.

2.5.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Hidrogen

Hidrogen merupakan unsur pertama dalam tabel periodik. Dalam kondisi normal, hidrogen merupakan gas yang tidak berbau dan tidak berwarna yang dibentuk oleh molekul diatomik, H2.

Atom hidrogen, simbol H, dibentuk oleh inti dengan satu unit muatan positif dan satu elektron. Nomor atom hidrogen adalah 1 dan berat atom 1,00797 g/mol. Hidrogen merupakan salah satu unsur utama dalam air dan semua bahan organik serta tersebar luas tidak hanya di bumi tetapi juga di seluruh alam semesta.

Terdapat tiga isotop hidrogen yaitu protium, massa 1, ditemukan di lebih dari 99.985% unsur alami; deuterium, massa 2, ditemukan di alam sekira

0,015%; dan tritium, massa 3, yang muncul dalam jumlah kecil di alam, tetapi dapat diproduksi secara artifisial oleh berbagai reaksi nuklir.

Hidrogen memiliki berat molekul 2,01594 g. Dalam bentuk gas, hidrogen memiliki kerapatan 0,071 g/l pada 0 ºC dan 1 atm. Kepadatan relatif hidrogen dibandingkan udara adalah 0,0695. Hidrogen adalah yang paling mudah terbakar dari semua zat yang dikenal. Atom hidrogen adalah agen reduktif kuat, bahkan pada suhu kamar. Unsur ini bereaksi dengan oksida dan klorida untuk menghasilkan logam bebas.

Tabel 2.1 Properties of Hydrogen and other fuels [Lit 7]

Description Hidrogen Gasoline Methana Etanol LPG Biogas

3 Density kg/m 0.081

4.4 0.6512 789

2.24

1.1 Mol. Wt 2.016 107 16.043

46.07

44.1

25.46 O

Auto ignition temp C 500 257 537 423 493-549 700 O Boiling Point (

C) at 1 atm -252 25-225 -162

78 -42

Ignition energy in Air (MJ)

0.02

0.24 NA

O Flame temp in air (

C) 2045 2197 1918 1980 1911 Lower flammability limit

1.4

4.3

2.2

7.7

(vol% in air) Upper flammability (vol%

7.6

9.5

in air) Buoyancy: Gas or vapor

0.07 2-4%

0.6

1.51 1.51 0.863

density relative to air Carbon Constituent NA 85-88

75 50-52

82 Hydrogen Constituent 100 12-15% 25 13-15

18 Lower heat of combustion 119.93

44.5

50.02

26.9

(MJ/kg) Burning Velocity in air 2.65-3.25 0.37 NA (m/sec) Specific Heat Ratio of NTP 1.383

1.05 1.308 1.303

gas

Diffusion coefficient in NTP

0.61 0.005

0.16

0.11

2 air (cm /sec)

Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor.

H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

2.5.3 Hidrolisis Air (H O)

2 Elektrolisis air adalah peristiwa pengurain senyawa air (H

2 O) menjadi

oksigen (O

2 ) dan hidrogen dalam bentuk gas dengan menggunakan arus listrik

yang dialirkan kedalam air tersebut. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap duaereduksi menjadi gas H dan ion hidrokida

(OH ). Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi

gas(O

2 ), melepaskan 4 ion H serta mengalirkan elektron ke katode. Ion

H dan OH mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

2H O (l) (g) + O (g)

2 →2H

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung padadan dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H

2 O 2 ) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

Proses elektrolisis ditunjukan pada gambar 2.3 dibawah ini :

Gambar 2.3 Elektolisis Air [ Lit 12 ]

2.6 Bahan Bakar Etanol

Bahan bakar etanol adalahngan penggunaan sebagai bahan bakar. Etanol seringkali dijadikan bahan tambahansehingga 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. 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 sebesar 1.500 galon AS.

Etanol digunakan secara luas diedua 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 eta 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(E25). Di bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 jutayang dapat menggunakan bahan bakar etanol murniyang dapat diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya 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 munculnyaungkin dapat memecahkan sedikit masalah.

menawarkan prospek yang menjanjikan karena serat selulosa, komponen utama pada dinding sel di semua tumbuhan, dapat digunakan untuk memproduksi etanol.

2.6.1 Sejarah Bahan Bakar Etanol

Etanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalamesidu yang ditemukan pada peninggalanbagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia

Etanol dan alkohol membentuk larutanarena itu pemurnian etanol yang mengandung air dengan cara penyulingan biasa hanya mampu menghasilkan etanol dengan kemurnian 96%. Etanol murni (absolut) dihasilkan pertama kali pada tahunyaitu dengan cara menyaring alkohol hasil distilasi melalui

berhasil menentukan rumus kimia etanol. Lima puluh tahun kemudian

(1858)mempublikasikan rumus kimia etanol. Dengan demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus kimianya.

Etanol pertama kali dibuat secara sintetik pada tahun 1826 secara terpisah oleh Henry Hennel dari Britania Raya dan S.G. Sérullas dari Perancis. Pada tahun 1828,yang dikatalisis oleh asam. Proses ini mirip dengan proses sintesis etanol industri modern.

Etanol telah digunakan sebagai bahan bakar lampu di Amerika Serikat sejak tahun 1840, namun pajak yang dikenakan pada alkohol industri semmembuat penggunaannya tidak ekonomis. Pajak ini dihapuskan pada tahun 1906 , dan sejak tahun 1908 otomobil telah dapat dijalankan menggunakan etanol. Namun, dengan adanya pelarangan minuman beralkohol pada tahun 1920, para penjual bahan bakar etanol dituduh berkomplot dengan penghasil minuman alkohol ilegal, dan bahan bakar etanol kemudian ditinggalkan penggunaannya sampai dengan akhir abad ke-20.

2.6.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Etanol

Etanol adalah cairan tak berwarna yang mudah menguap dengan aroma yang khas. Ia terbakar tanpa asap dengan lidah api berwarna biru yang kadang- kadang tidak dapat terlihat pada cahaya biasa.

Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh keberadaan gugusdapat berpartisipasi ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih sulit menguap dari pada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama.

Etanol adalah pelarut yang serbaguna, larut didalam air dan pelarut bagi organik lainnya, diantaranya asam asetat, Ia juga larut dalam hidrokarbon alifatik yang ringan, seperti

Campuran etanol-air memiliki volume yang lebih kecil daripada jumlah kedua cairan tersebut secara terpisah. Campuran etanal dan air dengan volume yang sama akan menghasilkan campuran yang volumenya hanya 1,92 kali jumlah volume awal. Pencampuran etanol dan air bersifatngan energi sekitar 777 J/mol dibebaskan pada 298 K.

Campuran etanol dan air akan membentukngan perbandingkan kira-kira 89 mol% etanol dan 11 mol% air. Perbandingan ini juga dapat dinyatakan sebagai 96% volume etanol dan 4% volume air pada tekanan normal dan T = 351 K. Komposisi azeotropik ini sangat tergantung pada suhu dan tekanan. Ia akan menghilang pada temperatur di bawah 303 K.

Gambar 2.4 Bentuk Molekul Etanol [Lit 13]

Ikatan hidrogen menyebabkan etanol murni sangat sedemikiannya ia akan menyerap air dari udara. Sifat gugus hidroksil yang polar menyebabkannya dapat larut dalam banyak senyawa ion, utamanya sedikit larut dalam etanol. Oleh karena etanol juga memiliki rantai karbon nonpolar, ia juga larut dalam senyawa nonpolar, meliput kebanyakan banyak perasa, pewarna, dan obat.

Penambahan beberapa persen etanol dalam air akan menurunkanair secara drastis. Campuran etanol dengan air yang lebih dari 50% etanol bersifat mudah terbakar dan mudah menyala. Campuran yang kurang dari 50% etanol juga dapat menyala apabila larutan tersebut dipanaskan terlebih dahetanol adalah 1,36242 (pada λ=589,3 nm dan 18,35 °C).

2.6.3 Proses Pembuatan Etanol

Pada awalnya Langkah dasar yang dibutuhkan untuk memproduksi etanol adalah Sebelum dilakukan fermentasi, beberapa tanaman membutuhkakarbohidrat seperti selulosa dan amilum menjadi gula. Hidrolisis selulosa disebut sebagainzim digunakan untuk mengubah amilum menjadi gula. Berikut merupakan langkah-langkah proses produksi bahan bakar etanol.

1. Fermentasi Etanol diproduksi dengan caramikroba pada gula. Fermentasi mikroba saat ini hanya bisa dilakukan langsung pada gula. 2 komponen utama dalam tanaman,-duanya terdiri dari gula dan bisa diubah menjadi gula melalui fermentasi. Sekarang ini, hanya gula (contohnya tebu) dan amilum (contohnya jagung) yang masih bernilai ekonomis jika dikonversi.

2. Distilasi Jika etanol ingin digunakan sebagai bahan bakar, maka sebagian besar kandungan airnya harus dihilangkan dengan cara Tingkat kemurnian etanol setelah didistilasi masih sekitar 95-96%. (masih ada kandungan airnya 3- 4%). Campuran ini dinamakan etanol hidrat dan bisa digunakan sebagai bahan bakar, tapi tidak bisa dicampur sama sekali dengan bensin. Jadi, biasanya kandungan air dalam etanol hidrat dibuang habis terlebih dahulu dengan pengolahan lainnya sehingga baru bisa dicampurkan dengan bensin.

3. Dehidrasi Pada dasarnya ada 5 tahap proses dehidrasi untuk membuang kandungan air dalam campuran etanol(etanol 95-96%). Proses yang pertama, yang sudah digunakan di banyak pabrik etanol sejak dulu, adalah proses yang disebutistilasi azeotropik dilakukan dengan cara menambahkake dalam campuran. Ketika zat ini ditambahkan, maka akan membentuk campuran azeotropik heterogen. Hasil akhirnya nanti adalah etanol anhidrat dan campuran uap dari air dan sikloheksana/benzena. Ketika dikondensasi, uap ini akan menjadi cairan. Metode lama lainnya yang digunakan adalahetode ini digunakan dengan cara menambahkan komponen terner dalam etanol hidrat sehingga akan meningkatkan ketidakstabilan relatif etanol tersebut. Ketika campuran terner ini nantinya didistilasi, maka akan menghasilkan etanol anhidrat.

Saat ini penelitian juga sedang mengembangkan metode pemurnian etanol dengan menghemat energi. Metode yang saat ini berkembang dan mulai banyak digunakan oleh pabrik-pabrik pembuatan etanol adalah penggunaauntuk membuang air dari etanol. Dalam proses ini, uap etanol bertekanan melewati semacam tatakan yang terdiri dari butiran saringan molekul. Pori-pori dari dari saringan ini dirancang untuk menyerap air. Setelah beberapa waktu, saringan ini pun divakum untuk menghilangkan kandungan air di dalamnya. 2 tatakan biasanya digunakan sekaligus sehingga ketika satu sedang dikeringkan, yang satunya bisa dipakai untuk menyaring etanol.

2.7 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah polutan yang mengotori udara yang dihasilkan oleh gas buang mesin itu sendiri. Polutan yang lazim terdapat pada gas buang yaitu carbonmonoksida (CO), hydrocarbon (HC), dan nitrogen oksida (NO x ) serta partikel – partikel lainnya.

1. CO (Carbon Monoksida) CO adalah gas yang tidak berbau, tidak berasa, dan sukar larut dalam air.

Gas CO dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar yang terjadi akibat kekurangan oksigen atau udara dari jumlah yang diperlukan.gas CO ini bersifat racun bagi tubuh karena bila masuk ke dalam darah, CO dapat bereaksi dengan Hemoglobin (Hb) untuk membentuk karboksihemoglobin (COHb). Bila reaksi tersebut terjadi, maka kemampuan darah mengangkut O

2 untuk kepentingan

pembakaran dalam tubuh akan menjadi berkurang hal ini disebabkan kemampuan Hb untuk mengikat CO jauh lebih besar dibandingkan kemampuan Hb untuk mengikat O 2 . Persentase CO sebanyak 0,3 % sudah merupakan racun yang sangat berbahaya karena apabila terhirup selama setengah jam secara terus menerus dapat mengakibatkan kematian. Selain itu kandungan COHb dalam darah dapat mengakibatkan terganggunya sistem urat syaraf dan fungsi tubuh pada konsentrasi rendah (2 – 10 %) antara lain : penampilan agak tidak normal, mempengaruhi sistem syaraf sentral, reaksi panca indera tidak normal, benda kelihatan agak kabur, perubahan fungsi jantung dan pulmonari. Jika terdapat konsentrasi tinggi COHb dalam darah (> 10 %) dapat mengakibatkan kematian. Pengaruh konsentrasi gas CO di udara sampai dengan 100 ppm terhadap tanaman hampir tidak ada, khususnya pada tanaman tingkat tinggi. Bila konsentrasi gas CO di udara mencapai 2000 ppm dan waktu kontak lebih dari 24 jam, akan mempengaruhi fiksasi nitrogen oleh bakteri bebas yang ada pada lingkungan terutama yang terdapat pada akar tanaman. Besarnya emisi gas CO untuk mesin bensin yang menggunakan karburator berkisar antara 1,5% – 3,5% dan untuk mesin yang menggunakan EFI (Electronic Fuel Injection) berkisar antara 0,5% - 1,5%. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bensin terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi apabila campuran udara dan bahan bakar lebih gemuk dari campuran stoichiometric, dan dapat terjadi selama idling, pada beban rendah dan output maksimum

2. HC (Hydrocarbon) HC adalah gas yang merupakan ikatan unsur dari carbon dan hydrogen.

Sumber penghasil utama gas HC pada kendaraan bermotor adalah uap bahan bakar yang belum terbakar sempurna dan hidrokarbon yag hanya bereaksi sedikit dengan oksigen yang ikut keluar bersama dengan gas buang. Jika campuran udara bahan bakar tidak terbakar sempurna didekat dinding silinder dimana apinya lemah dan suhunya rendah. Hidrokarbon dapat keluar tidak hanya kalau campuran udara bahan bakarnya gemuk, tetapi bisa saja kalau campurannya kurus seperti grafik di atas. Kepekatan gas buang yang sangat tinggi dapat merusak system pernapasan manusia.

3. NO x (Nitrogen Oksida)

NO x adalah emisi yang dihasilkan oleh pembakaran yang terjadi pada temperature tinggi. NO x akan bertambah pada motor dengan perbandingan kompresi tinggi dan campuran bahan bakar dengan udara yang kurus. NO x dapat menyebabkan kerusakan pada paru-paru.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA - Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen, Dan Etanol 96% Terhadap Performansi Dan Emisi Gas Buang Esin Genset Otto