Kajian Performansi Mesin Diesel Menggunakan Variasi Campuran Bahan Bakar Pertadex dan Minyak Polipropilena Cair Dengan Supercharger
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sejarah Plastik
Sejak tahun 1950-an plastik menjadi bagian penting dalam hidup manusia.
Plastik digunakan sebagai bahan baku kemasan, tekstil, bagian-bagian mobil dan
alat-alat elektronik. Dalam dunia kedokteran, plastik bahkan digunakan untuk
mengganti bagian-bagian tubuh manusia yang sudah tidak berfungsi lagi. Pada
tahun 1976 plastik dikatakan sebagai materi yang paling banyak digunakan dan
dipilih sebagai salah satu dari 100 berita kejadian pada abad ini. Plastik pertama
kali diperkenalkan oleh Alexander Parkes pada tahun 1862 di sebuah ekshibisi
internasional di London, Inggris. Plastik temuan Parkes disebut parkesine ini
dibuat dari bahan organik dari selulosa. Parkes mengatakan bahwa temuannya ini
mempunyai karakteristik mirip karet, namun dengan harga yang lebih murah. Ia
juga menemukan bahwa parkesine ini bisa dibuat transparan dan mampu dibuat
dalam berbagai bentuk. Sayangnya, temuannya ini tidak bisa dimasyarakatkan
karena mahalnya bahan baku yang digunakan.
Pada akhir abad ke-19 ketika kebutuhan akan bola biliar meningkat, banyak
gajah dibunuh untuk diambil gadingnya sebagai bahan baku bola biliar. Pada
tahun 1866, seorang Amerika bernama John Wesley Hyatt, menemukan bahwa
seluloid bisa dibentuk menjadi bahan yang keras. Ia lalu membuat bola biliar dari
bahan ini untuk menggantikan gading gajah. Tetapi, karena bahannya terlalu
rapuh, bola biliar ini menjadi pecah ketika saling berbenturan.Bahan sintetis
pertama buatan manusia ditemukan pada tahun 1907 ketika seorang ahli kimia
dari New York bernama Leo Baekeland mengembangkan resin cair yang ia beri
nama bakelite. Material baru ini tidak terbakar, tidak meleleh dan tidak mencair di
dalam larutan asam cuka. Dengan demikian, sekali bahan ini terbentuk, tidak akan
bisa berubah. Bakelite ini bisa ditambahkan ke berbagai material lainnya seperti
kayu lunak.Tidak lama kemudian berbagai macam barang dibuat dari bakelite,
termasuk senjata dan mesin-mesin ringan untuk keperluan perang. Bakelite juga
digunakan untuk keperluan rumah tangga, misalnya sebagai bahan untuk
Universitas Sumatera Utara
membuat isolasi listrik. Rayon, suatu modifikasi lain dari selulosa, pertama kali
dikembangkan oleh Louis Marie Hilaire Bernigaut pada tahun 1891 di Paris.
Ketika itu ia mencari suatu cara untuk membuat sutera buatan manusia dengan
cara mengamati ulat sutera. Namun, ada masalah dengan rayon temuannya ini
yaitu sangat mudah terbakar. Belakangan masalah ini bisa diatasi oleh Charles
Topham.
Tahun 1920 ditandai dengan demam plastik. Wallace Hume Carothers,
ahli kimia lulusan Universitas Harvard yang mengepalai DuPont Lab,
mengembangkan nylon yang pada waktu itu disebut Fiber 66. Fiber ini
menggantikan bulu binatang untuk membuat sikat gigi dan stoking sutera. Pada
tahun 1940-an nylon, acrylic, polyethylene, dan polimer lainnya menggantikan
bahan-bahan alami yang waktu itu semakin berkurang.
novasi penting lainnya dalam plastik yaitu penemuan polyvinyl chloride (PVC)
atau vinyl. Ketika mencoba untuk melekatkan karet dan metal, Waldo Semon,
seorang ahli kimia di perusahaan ban B.F. Goodrich menemukan PVC. Semon
juga menemukan bahwa PVC ini adalah suatu bahan yang murah, tahan lama,
tahan api dan mudah dibentuk.
Pada tahun 1933, Ralph Wiley, seorang pekerja lab di perusahaan kimia
Dow, secara tidak sengaja menemukan plastik jenis lain yaitu polyvinylidene
chloride atau populer dengan sebutan saran. Saran pertama kali digunakan untuk
peralatan militer, namun belakangan diketahui bahwa bahan ini cocok digunakan
sebagai pembungkus makanan. Saran dapat melekat di hampir setiap perabotan
seperti mangkok, piring, panci, dan bahkan di lapisan saran sendiri. Tidak heran
jika saran digunakan untuk menyimpan makanan agar kesegaran makanan
tersebut terjaga.
Pada tahun yang sama, dua orang ahli kimia organik bernama E.W. Fawcett
dan R.O. Gibson yang bekerja di Imperial Chemical Industries Research
Laboratory menemukan polyethylene. Temuan mereka ini mempunyai dampak
yang amat besar bagi dunia. Karena bahan ini ringan serta tipis, pada masa Perang
Dunia II bahan ini digunakan sebagai pelapis untuk kabel bawah air dan sebagai
isolasi untuk radar.Pada tahun 1940 penggunaan polyethylene sebagai bahan
isolasi mampu mengurangi berat radar sebesar 600 pounds atau sekitar 270 kg.
Universitas Sumatera Utara
Setelah perang berakhir, plastik ini menjadi semakin populer. Saat ini
polyethylene digunakan untuk membuat botol minuman, jerigen, tas belanja atau
tas kresek, dan kontainer untuk menyimpan makanan. Kemudian pada tahun 1938
seorang ahli kimia bernama Roy Plunkett menemukan teflon. Sekarang teflon
banyak digunakan untuk melapisi peralatan memasak sebagai bahan antilengket.
Selanjutnya, seorang insinyur Swiss bernama George de Maestral sangat
terkesan dengan suatu jenis tumbuhan yang menggunakan ribuan kait kecil untuk
menempelkan dirinya. Lalu pada tahun 1957 de Maestral meniru tumbuhan
tersebut untuk membuat Velcro atau perekat dari bahan nylon.
2.1.1
Defenisi Plastik
Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik.
Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga
terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Plastik adalah
bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat
dilunakkan atau dicetak pada suhu tertentu, “ jika tidak banyak bercampur silang
antar jenis satu sama lain. Plastik dapat dicetak (dan dicetak ulang) sesuai dengan
bentuk yang diinginkan.
Plastik dapat didesain dengan variasi yang sangat banyak dalam properti
yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan
dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan
memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri dan rumah
tangga. Plastik dapat dikategorisasikan dengan banyak cara tapi paling umum
dengan melihat polimernya (vinyl chloride, polyethylene, acrylic, silicone,
urethane, dll). Klasifikasi lainnya plastik adalah polimer; rantai panjang atom
yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul
berulang, atau "monomer".
Perkembangan plastik berasal dari penggunaan material alami, seperti:
permen karet, "shellac" sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia
seperti karet alami, "nitrocellulose" dan akhirnya ke molekul buatan-manusia
seperti: epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene. Material plastik pertama kali
digunakan sejak abad ke-19. Hal ini terlihat dari banyaknya plastik yang dibuat
Universitas Sumatera Utara
dan dicetak. Akan tetapi, pada tahun 1990-an, plastik menjadi bahan atau bagian
kebutuhan yang sangat diinginkan. Hal ini terbukti dari meningkatnya plastik
yang dibuat dan dicetak pada masa itu.
Tiap tahun, kebutuhan akan plastik semakin bertambah. Pada tahun 2000 -an
plastik dicetak sebanyak ratusan juta ton. Terbayang bukan, betapa banyaknya
kebutuhan orang akan plastik sebab hampir semua bahan dan alat yang kita
gunakan terbuat dari plastik, semisal botol, sandal, tas, keranjang, ember, dan
gelas. Plastik menjadi primadona karena dianggap awet, kuat, dan ringan. Meski
bersifat hampir sama dengan logam (awet dan kuat), tapi logam dianggap terlalu
berat dan mahal. Akhirnya, hal itu yang membuat kebutuhan plastik di dunia
semakin tinggi.
Dari jumlah plastik yang dikomomditi dengan yang diaur ulang tidaklah
seimbang. Sebanyak miliaran botol plastik telah menjadi sampah percuma hampir
setiap tahunnya, sedangkan yang didaur ulang hanya jutaan botol plastik saja. Ini
yang menyebabkan permasalahan limbah plastik di dunia semakin meningkat tiap
tahunnya.
2.1.2
Pembuatan Plastik
Plastik terbentuk dari unsur-unsur seperti karbon, oksigen, hydrogen, klorin,
belerang dan nitrogen. Awalnya plastik dibuat dari bahan bahan natural seperti
tanduk hewan, shellac (sekresi serangga kecil) dan getah perca.
Pada tahun 1869, plastic sintetis pertama dbuat dari sesulosa yang
merupakan bahan alami yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Wesley Hyatt,
penemu asal Amerika menemukan bahwa sesulosa nitrat dapat dijadikana plastik
dengan menambahkan kamper. Plastik sintetis pertama yang diakui secara
komersial disebut seluloid. Plastik ini digunakan sebagai bahan pembuat sisi, gigi
palsu, bingkai kacamata, dll.
Pengetahuan sifat termal dari berbagai jenis plastik sangat berguna untuk
proses pembuatan serta daur ulang plastik. Sifat-sifat termal yang penting adalah
titik lebur (Tm),temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur
transisi adalah temperatur ketika plastik mengalami perengganan struktur
Universitas Sumatera Utara
sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik
lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih
bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya.Temperatur lebur adalah
temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur
dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas
temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami
dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi termal melampaui energi yang
mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi
padasuhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya. Data sifat termal yang
penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik.
Jenis Bahan
Tm (°C)
Tg (°C )
Temperatur
Dekomposisi (°C)
PP
168
5
80
HDPE
134
-110
82
LDPE
330
-115
260
PA
260
50
100
PET
250
70
100
ABS
-
110
85
PS
-
90
70
PMMA
-
100
85
PC
-
150
246
PVC
-
90
71
Wadah, kotak, dan tempat sampah plastik secara luas digunakan di seluruh
dunia untuk menyimpan beragam jenis produk cair maupun padat. Penemuan
revolusioner terjadi pada tahun 1951, dua kimiawan muda menemukan
polipropilena dan polietilena. Penemuan ini membuka jalan bagi beragam produkproduk plastik yang kita kenal sekarang ini. Plastik sudah menjadi bagian dari
kehidupan sehari-hari kita. Plastik dapat dibuat dari beberapa sumber, antara lain:
Universitas Sumatera Utara
•
Pembuatan Plastik dari Minyak Bumi
Pertama – tama, minyak mentah yang baru dipompakan keluar dari
dalam tanah diangkut ke kilang minyak. Pada kilang minyak, minyak
mentah harus melalui proses permurnian bersama degan gas alam. Etana,
propana dan berbagai produk petrokimia lainnya dihasilkan oleh proses
permurnian. Selanjutnya etana dan propane dipecah dengan menggunakan
tungku bersuhu tinggi, etilena dan propilena terbentuk dari proses ini.
Dalam reaktor, etilena dan propilena yang terbentuk digabungkan
dengan katalis untuk membentuk zat seperti tepung. Zat yang seperti
tepung ini mirip dengan detergen bubuk, zat ini merupakan polimer
plastik. Dalam pencampuran yang dilakukan secara terus menerus,
beberapa aditif digambungkan dengan polimer, selanjutnya dilakuakn
proses ekstruksi, dimana plastik berada dalam bentuk cair.
Plastik yang berada dalam bentuk cair ini dibiarkan mendingin dan
kemudian pelletizer digunakan untuk membentuk polimer menjadi pelletpellet kecil. Pellet-pellet plastik ini kemudian dikirim ke para pelanggan.
Produsen sisir, botol plastik, gigi palsu dll, membeli pellet-pellet plastik
ini untuk digunakan sebagai bahan pembuatan produk- produk mereka.
•
Membuat Plastik dengan Menambahkan Karbon Dioksida
Sangat luar biasa bahwa plastik dapat dibuat dengan menggunakan
minyak bum. Akan tetapi dibutuhkan banyak minyak bumi untuk
membuat plastic. Berbagai usaha dilakuakan untuk mencegah habisnya
sumber daya alam yang penting ini. Pada Desember 2099, perusahan
Novomer mengumumkan dimulainya komersialisasi bahan polypropylene
carbonate (PPC) dengan menggunakan gabungan dari karbon dioksida dan
minyak bumi. Dengan menambahkan karbon dioksida, minyak bumi yang
dibutuhkan untuk pembuatan plastik berkurang sampai setengahnya.
•
Pembuatan Plastik dari Jagung
Gula karbohidrat yang terdapat pada jagung dapat digunakan untuk
membuat plastik yang bernama polylactide polymer. Penemuan plastik
Universitas Sumatera Utara
yang terbuat dari jagung telah mengurangi ketergantungan kita terhadap
minyak bumi yang tak terbaharui. Plastik yang terbuat dari jagung ini akan
meleleh ketika dipanaskan lebih dari 114oC, karna itu plastik yang dibuat
dari minyak bumi masih digunakan sampai saat ini
Selain jagung, plastik juga dapat dibuat dari jeruk. Para ilmuwan
masih terus mencari senyawa yang dapat menggantikan minyak bumi
dalam proses pembuatan plastik. Semoga saja dimasa depan akan
ditemukan bahan baru pembuat plastik yang dpat diperbaharui sebagai
pengganti miyak bumi yang tidak dapat diperbaharui.
2.1.3
Daur Ulang Plastik
Pemanfaatan limbah plastik merupakan upaya menekan pembuangan plastik
seminimal mungkin dan dalam batas tertentu menghemat sumber daya dan
mengurangi ketergantungan bahan baku impor. Pemanfaatan limbah plastik dapat
dilakukan dengan pemakaian kembali maupun daur ulang (recycle). Di Indonesia,
pemanfaatan limbah plastik dalam skala rumah tangga umumnya adalah dengan
pemakaian kembali dengan keperluan yang berbeda, misalnya tempat cat yang
terbuat dari plastik digunakan untuk pot atau ember. Pemanfaatan limbah plastik
dengan cara daur ulang umumnya dilakukan oleh industri. Secara umum terdapat
empat persyaratan agar suatu limbah plastik dapat diproses oleh suatu industri,
antara lain limbah harus dalam bentuk tertentu sesuai kebutuhan (biji, pellet,
serbuk, pecahan), limbah harus homogen, tidak terkontaminasi, serta diupayakan
tidak teroksidasi. Untuk mengatasi masalah tersebut, sebelum digunakan limbah
plastik diproses melalui tahapan sederhana, yaitu pemisahan, pemotongan,
pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi dan sebagainya.
Terdapat hal yang menguntungkan dalam pemanfaatan limbah plastik di
Indonesia dibandingkan negara maju. Hal ini dimungkinkan karena pemisahan
secara manual yang dianggap tidak mungkin dilakukan di negara maju, dapat
dilakukan di Indonesia yang mempunyai tenaga kerja melimpah sehingga
pemisahan tidak perlu dilakukan dengan peralatan canggih yang memerlukan
biaya tinggi. Kondisi ini memungkinkan berkembangnya industri daur ulang
plastik di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang-barang
plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%) dapat
diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan pencampuran
dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitas. Empat jenis
limbah plastik yang populer dan laku di pasaran yaitu polietilena (PE), High
Density Polyethylene (HDPE), polipropilena (PP), dan asoi.
Di Indonesia, plastik daur ulang sebagian besar dimanfaatkan kembali
sebagai produk semula dengan kualitas yang lebih rendah. Pemanfaatan plastik
daur ulang sebagai bahan konstruksi masih sangat jarang ditemui. Pada tahun
1980 an, di Inggris dan Italia plastik daur ulang telah digunakan untuk membuat
tiang telepon sebagai pengganti tiang-tiang kayu atau besi. Di Swedia plastik daur
ulang dimanfaatkan sebagai bata plastik untuk pembuatan bangunan bertingkat,
karena ringan serta lebih kuat dibandingkan bata yang umum dipakai.
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam bidang komposit kayu di Indonesia
masih terbatas pada tahap penelitian. Ada dua strategi dalam pembuatan komposit
kayu dengan memanfaatkan plastik, pertama plastik dijadikan sebagai binder
sedangkan kayu sebagai komponen utama; kedua kayu dijadikan bahan
pengisi/filler dan plastik sebagai matriksnya. Penelitian mengenai pemanfaatan
plastik polipropilena daur ulang sebagai substitusi perekat termoset dalam
pembuatan papan partikel. Produk papan partikel yang dihasilkan memiliki
stabilitas dimensi dan kekuatan mekanis yang tinggi dibandingkan dengan papan
partikel konvensional.
Produksi plastik pada tahun 2012 tercatat sebanyak 57 juta ton di Eropa dan
288 juta ton diseluruh dunia. Di Indonesia, pemakaian plastik sudah meningkat
seiring dengan perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk. Pada tahun
2011, Indonesia telah memakai plastik 10 kg per kapita per tahun. Bagaimanapun
pemakaian plastik dalam jumlah besar akan memicu permasalahan lingkungan
karena sifat plastik yang tidak dapat terurai secara alami. Tabel 2.2 berikut
menunjukkan penggunaan atau konsumsi plastik di beberapa negara di dunia.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Pemakaian Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia.
2.1.4
Negara
Konsumsi Per kapita dalam kg
India (1998)
1,6
India (2000)
4,0
Vietnam
1,5
China
6,0
Indonesia
8,0
Mexico
13,0
Thailand
18,0
Malaysia
22,0
Eropa Barat
60,0
Jepang
70,0
Amerika Utara
78,0
Plastik Polipropilena
Plastik merupakan polimer sintetis yang paling populer karena banyak
digunakan
dalam
kehidupan
sehari-hari.adapun
jenis
plastik
nomor
5
polipropilena (PP). Berikut merupakan Gambar 2.1 logo plastik jenis
polipropilena.
Gambar 2.1 Logo Polipropilena (PP)
Universitas Sumatera Utara
Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik
yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi.
Penggunaan polipropilen kebanyakan pada kemasan minuman, komponen
otomotif, perlengkapan rumah tangga, dan mainan. Polipropilen dapat diekstrusi
menjadi bentuk serat atau kawat untuk penggunaan pengikat pada karpet. Limbah
plastik yang terbuat dari polipropilen (PP) mengandung 85% karbon dan sisanya
adalah hidrogen, hal ini membuat material ini sangat cocok untuk didaur ulang
menjadi produk hidrokarbon yang berguna seperti bahan bakar. Polipropilen (PP)
membutuhkan energi aktivasi yang lebih rendah untuk memecah ikatan C – H
daripada polietilen (PE) karna rantai karbon polimer PP terdiri dari atom karbon
tersier yang kurang tahan terhadap degradasi. Polimer adisi yang terbuat dari
polipropilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan
yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Sifat umum
polipropilena dapat dilihat pada Tabel 2.3 dibawah ini.
Tabel 2.3 Sifat Umum Polipropilena
Densitas (mg/m3)
0,09 – 0,93
Modulus tarikan (GPa)
1,8
Kekuatan tarik (MPa)
37
Elongation at break (%)
10 – 60
Heat deflection temperature at 0,45 Mpa (°C)
100 – 105
Heat deflection temperature at 1,81 Mpa (°C)
60 – 65
Ekspansi linear termal (mm/mm K)
3,8 x 10-5
Kekerasan (Shore)
D76
Resistivitas volume (Ω.cm)
1,0 x 1017
Linear mold shrinkage (in./in.)
0,01 – 0,02
Polipropilena pertama kali dipolimerisasikan oleh Dr. Karl Rehn di
Hoechst AG, Jerman, pada 1951, yang tidak menyadari pentingnya penemuan itu.
Ditemukan kembali pada 11 Maret 1954 oleh Giulio Natta, Polipropilena pada
awalnya diyakini lebih murah daripada polietilena
Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki
kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan
Universitas Sumatera Utara
polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui
penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di
suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai
pengganti berbagai plastik teknik, seperti acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku
daripada beberapa plastik yang lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat
translusen (bening) saat tak berwarna tapi tidak setransparan polistirena, akrilik
maupun plastik tertentu lainnya. Bisa bula dibuat buram dan/atau berwarna-warni
melalui penggunaan pigmen, Polipropilena memiliki resistensi yang sangat bagus
terhadap kelelahan (bahan).
Pengolahan lelehnya polipropilena bisa dicapai melalui ekstrusi dan
pencetakan. Metode ekstrusi (peleleran) yang umum menyertakan produksi serat
pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang
panjang untuk nantinya diubah menjadi berbagai macam produk yang berguna
seperti masker muka, penyaring, popok dan lap. Polipropilena memiliki titik lebur
~160 °C
(320 °F),
sebagaimana
yang
ditentukan
Differential
Scanning
Calorimetry (DSC).
umumnya proses pembuatan plsatik polipropilena terbagi dalam tiga macam
yaitu;
1. Polipropiline homopolymer . adalah PP melalui proses polimerisasi monomer
propylene. PP jenis ini memiliki karakteristik kekakuan yang cukup tinggi dan
kemengkilapan yang baik,sifat optis/fisik dari PP homopolymer masuk dalam
kategori agak buram.contonya seperti ,kemasan makanan (baik riqid maupun
flexible),peralatan rumah tangga,karung plastic,dan lain-lain.
2. Polipropilena random copolymer diproduksi melalui polimerisasi monomer
propylene, dengan tambahan comonomer ethylene. Jenis ini memiliki
kebeningan dan keuletan yang sangat baik,karenanya PP random copylemer
banyak digunakan untuk pembuatan peralatan yang bening,seperti,tutup botol
jenis flip-top,dan kemasan lainya.
3. Polipropilena impact copolymer (block copolymer) karakteristik terpenting
dari jenis PP ini adalah material yang memiliki ketahanan terhadap temperatur
rendah (-30oC) .selain itu ,PP impact copolymer dikenali dari warna dasarnya
Universitas Sumatera Utara
yaitu putih susu. Contohnya seperti ,pallet,elektronik,dan perlengkapan
otomotif.
2.2
Silika Gel
Silika gel adalah senyawa silika sintetis yang berstruktur amorf. Silika gel
merupakan bahan kimia berbentuk padatan yang banyak dimanfaatkan sebagai
adsorben. Hal ini disebabkan oleh mudahnya produksi dan juga mempunyai
beberapa kelebihan yang lain yaitu, sangat bersifat inert, hidrofilik, mempunyai
kestabilan termal dan mekanik yang tinggi, serta relatif tidak mengembang dalam
pelarut organik jika dibandingkan dengan padatan resin polimer organik. Silika
gel merupakan silika amorf yang terdiri atas globula – globula SiO4 tetrahedral
yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga
dimensi yang lebih besar. Berikut dapat dilihat Gambar 2.2 silika gel dibawah ini.
Gambar 2.2 Silika gel
Sifat silika gel ditentukan oleh orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil
berkombinasi. Oleh karena ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4 tetrahedral,
maka jumlah distribusinya per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan
adsorpsi silika gel, meskipun gugus silanol dan siloksan terdapat pada permukaan
silika gel. Kemampuan adsorpsi ternyata tidak sebanding dengan jumlah gugus
silanol dan gugus siloksan yang ada pada permukaan silika gel, tetapi tergantung
pada distribusi gugus OH per unit area adsorben.
2.3 Proses Pirolisis
Pirolisis, dapat disebut juga sebagai termolisis, adalah suatu proses
dekomposisi secara kimia maupun termal, pada umumnya terdegradasi menjadi
Universitas Sumatera Utara
molekul yang lebih kecil. Metode konvensional untuk mengolah limbah plastik,
seperti landfill dan insinerasi, tidak dapat digunakan dalam jangka panjang karena
dapat menyebabkan polusi udara, penyebaran racun, terkontaminasinya air tanah,
dan kerusakan tanah.
Pirolisis adalah metode yang dapat dipertimbangkan dan layak untuk
dilakukan dengan mendegradasi material polimer tanpa penggunaan oksigen.
Tujuan penghilangan udara adalah untuk alasan keamanan, kualitas produk, dan
yield. Berdasarkan variasi suhu, maka pirolisis dapat dibagi menjadi tiga, rendah (
< 400 °C), sedang ( 400 – 600 °C) atau tinggi ( >600 °C). Hasil dari proses
pirolisis dapat dibagi menjadi fraksi cair, fraksi gas, dan residu padatan. Pirolisis
merupakan suatu alternatif untuk memperoleh energi dari limbah plastik. Hal ini
menggunakan prinsip dimana kebanyakan substansi organik secara termal tidak
stabil sehingga rantainya dapat pecah pada keadaan bebas oksigen.
Teknik pirolisis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk
peningkatan residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batubara.
Keunggulan nyata dari pirolisis dibandingkan dengan pembakaran (incineration),
yaitu dapat mereduksi gas buang hingga 20 kali. Disisi lain, produk pirolisis dapat
dimanfaatkan lebih fleksibel dan penanganannya lebih mudah. Proses pirolisis
sampah plastik merupakan teknologi konversi termokimia yang masih perlu
dikembangkan. Selain itu, keterbatasan data-data kinetik untuk penentuan
persamaan laju termal dekomposisi secara menyeluruh. Data - data itu diperlukan
untuk rancang bangun reaktor pirolisis. Pyrolytic oil sebagai produk cair
mengandung nafta dan komponen lain yang relatif potensial untuk diolah kembali
menjadi fraksi yang dapat memberikan nilai tambah.
Beberapa penelitian seputar konversi sampah plastik menjadi produk cair
berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup
prospektif untuk dikembangkan. Pemanfaatan hasil fraksinasi sampah plastik telah
banyak dikembangkan, yaitu pengubahan produk tar (pyrolytic oil) menjadi
minyak
pelumas
menggunakan
metode
hydroisomerisasi,
tetapi
masih
memerlukan langkah yang cukup panjang. Sistem kerja yang digunakan adalah
pirolisis atau destilasi kering.
Universitas Sumatera Utara
Limbah plastik dipanaskan di atas suhu leburnya sehingga berubah jadi uap.
Proses pemanasan ini menyebabkan perekahan pada molekul polimer plastik
menjadi potongan molekul yang lebih pendek. Selanjutnya, molekul-molekul ini
didinginkan jadi fase cair.Cairan yang dihasilkan jadi bahan dasar minyak atau
minyak mentah. Dengan destilasi ulang menggunakan temperatur berbeda, yakni
mengacu pada titik uap, minyak mentah diproses menjadi premium atau solar.
Jika suhu pemanasan yang digunakan di atas 100 derajat celsius, yang dihasilkan
adalah zat yang mendekati atau memiliki unsur sama dengan premium. Tinggal
mengembunkan lagi uapnya maka didapat premium. Konsep dasarnya mengambil
unsur karbon (C) dari polimer penyusun plastik.
Polimer tersusun dari hidrokarbon, yakni rangkaian antara atom karbon
(CO2) dan hidrogen (H2O). Untuk menghasilkan premium perlu rantai
hidrokarbon dengan molekul lebih pendek, yakni C6-C10. Untuk menghasilkan
minyak tanah dan solar perlu rantai hidrokarbon dengan molekul lebih panjang,
yakni C11–C15 (minyak tanah) dan C16-C20 (solar). Pada proses akhir perlu
refinery, yakni pengolahan bahan baku minyak menjadi minyak siap digunakan.
Caranya, dengan mencuci, penambahan aditif, mereduksi kandungan gum atau zat
beracun, dan mengklasifikasikan atau mengelompokkan berdasarkan panjang
rantai hidrokarbon
Oleh karena itu, konversi limbah plastik menjadi bahan bakar memiliki
beberapa keuntungan, yaitu :
1. Membentuk siklus pemakaian energi tidak terbarukan.
2. Dapat menjadi sumber petrokimia alternatif untuk menurunkan
pembelian atau pemakaian energi tidak terbarukan.
3. Solusi alternatif yang efektif untuk mengurangi limbah plastik yang
berakibat
tercegahnya
pencemaran
lingkungan
yang
biasanya
ditimbulkan oleh cara pengolahan insinerasi dan landfill.
2.4
Pertamina Dex (PERTADEX)
Pertamina Dex adalah bahan bakar mesin diesel modern yang telah
memenuhi dan mencapai standar emisi gas buang EURO 3. Pertamina Dex
memiliki angka performa tinggi dengan cetane number min.53, Pertamina Dex
Universitas Sumatera Utara
juga memiliki kualitas tinggi dengan kandungan sulfur di bawah 300 ppm. Dan
wikipedia.org memberikan pengertian bahwa Pertamina Dex adalah salah satu
jenis BBM produksi Pertamina yang dipergunakan kendaraaan bermotor dengan
mesin diesel.
Jika kandungan sulfur (belerang) tinggi akan mengotori sistem penyaringan emisi
sehingga menurunkan kemampuannya dalam menekan emisi. Sulfur yang tinggi
pun bisa membuat lubang injector nozzle tersumbat oleh tumpukan deposit
(Injector Clogging) menyebabkan aliran bahan bakar yang diinjeksi ke ruang
bakar menjadi terhambat dan Spray/semburan menjadi tidak sesuai dengan
rancangan semula. Alhasil, pembakaran di dalam mesin menjadi tidak sempurna
dan menimbulkan dampak negatif dengan menurunnya performa mesin kendaraan
seperti berkurangnya tenaga mesin, konsumsi bahan bakar lebih boros, dan
bahkan dapat merusak komponen mesin seperti Injector.
Jadi dapat disimpulkan bahwa Pertamina Dex adalah salah satu bahan bakar
yang diproduksi oleh Pertamina yang sesuai dengan standard mutu dari Dirjen
Migas untuk kendaraan bermotor dengan mesin diesel dan harganya mahal. Selain
itu, yang perlu kita tahu Pertamina Dex direkomendasikan untuk mesin diesel
teknologi terbaru (Diesel Common Rail System).
2.5
Mesin Diesel
Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena
penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara
yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses
kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan
sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 –
22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700
0
C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor
stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang
besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih
rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana.
Universitas Sumatera Utara
Siklus Diesel (SD) pertama sekali diperkenalkan oleh Rudolf Diesel pada
tahun 1890an. Pada prinsipnya bahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya jika
tercapai temperatur tertentu. Temperatur terjadinya pembakaran ini dikenal
dengan istilah temperatur pembakaran sendiri (autoigntion temperature). Pada
SD, kompresi pada udara dilakukan atau diatur sampai temperatur berada di atas
autoignation temperature. Setelah itu bahan bakar disemprotkan dan terjadilah
pembakaran.
Secara umum SD juga dapat dibagi atas 4 langkah, yaitu kompresi,
pembakaran, ekspansi, dan pembuangan gas hasil pembakaran. Perbedaan utama
hanya terletak pada proses pembakarannya yang tidak menggunakan busi. Karena
proses pembakarannya berbeda, maka diagram p-v dan T-s akan mengalami
sedikit perubahan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.3 dibawah ini:
p
Qin
2
T
3
3
Qin
nt
ise
4
lu
ro
nt
ise
k
2
m
pi
ro
lum
isovo
vo
iso
k
pi
4
Qout
1
vmin
vc
vmax
v
1
Qout
s
Gambar 2.3 Diagram P-v dan T-S
Pada gambar P-v dapat dilihat, bahwa proses masuknya panas ke fluida kerja
(proses 2-3) terjadi secara isobarik. Hal ini berbeda dengan pada siklus otto yang
terjadi secara isovolume. Sementara proses kompresi (1-2), ekspansi (3-4), dan
proses pembuangan (4-1) masih sama.
Diagram T-s siklus diesel ditampilkan pada gambar diatas. Dagi gambar
dapat dilihat terdapat sedikit perbedaan dengan diagram T-s siklus otto, seperti
yang ditampilkan pada Gambar 7. Perbedaannya pada proses pembakaran atau
masuknya panas (proses 2-3). Dapat disimpulkan dalam satu siklus diesel yang
ideal proses termodinamika adalah:
Universitas Sumatera Utara
•
•
•
•
Proses 1-2: adalah kompresi isentropik dimana piston bergerak dari TMB ke
TMA
Proses 2-3: adalah proses pembakaran pada tekanan konstan dan piston
bergerak ke Vc .
Proses 3-4: Proses ekspansi secara isentropik
Proses 4-1: Proses pembuangan panas ke lingkungan dimana piston berada
pada TMB.
Berikut ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4 perbedaan diagram P-v yang
tidak
menggunakan
supercharger
dengan
diagram
P-v
menggunakan
supercharger.
Gambar 2.4 Diagram p-v saat pemakaian supercharger
2.5.1
Prinsip Kerja Mesin Diesel
Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin
otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin
diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan
injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :
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
Universitas Sumatera Utara
menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan
atmosfer ,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 flywheel 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. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada Gambar
2.5 dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Langkah isap
Langkah kompresi
Langkah usaha
Langkah Buang
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Diesel
2.5.2 Standarisasi Diesel
Indonesia menghasilkan dua jenis bahan bakar diesel yaitu. Diesel 48 (Solar)
dan Diesel 53 (Pertamina Dex). Seperti dapat dilihat pada Tabel 2.4 merupakan
sifat bahan bakar diesel komersial sesuai peraturan pemerintah Indonesia.
Tabel 2.4 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial
Properties
Units
Cetane number
Diesel 48 (Solar)
Diesel 53
(Pertamina Dex)
48
53
Density @ 15°C
g/cm3
0,815-0,870
0,820-0,860
Viscosity
kinematik @ 40°C
mm2/sec
2,0-5,0
2,0-4,5
Flash point
°C
min 60
min 55
Pour point
°C
max 18
max 18
Water content
g/kg
max 500
max 500
Sulfur content
%m/m
max 0,35
max 0,05
Ash content
%m/m
max 0,01
max 0,01
Universitas Sumatera Utara
2.5.3
Performansi Mesin Diesel
1. 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 tidaknya panas laten pengembunan
uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu 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 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. Secara teoritis,
besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung dengan persamaan di
bawah ini:
HHV = ( T2 – T1 - 0.05 ) x Cv ....................................................................... (2.1)
Dimana:
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
T2
= Temperatur air pendingin setelah penyalaan
T1
= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan
Cv
= Panas jenis bom calorimeter (73529.6 J/gr. oC)
Tkp
= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0.05 oC)
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 kg bahan bakar akan mengandung 0.15 kg hidrogen.
Universitas Sumatera Utara
Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran
bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya, maka jumlah
air yang akan terbentuk setiap pembakaran 1 kg bahan bakar adalah 1.35
kg.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, 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 kN/m2 (tekanan yang
umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, maka panas
laten pengkondensasian yang terjadi dari dari hasil pembakaran setiap 1
kg bahan bakar adalah 2400 x 1.35 = 3240 kJ. Sehingga besarnya nilai kalor
bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
LHV = HHV – 3240 ...................................................................................... (2.2)
Dimana:
LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan
fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, samasama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya
membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Karena,
pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi)
dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya
yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka
harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai
pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan
bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup
Universitas Sumatera Utara
supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang
bisa dibakar (dari sinilah muncul istilah flash point). Tapi begitu sudah
dibakar, panas dari pembakaran akan selalu menyediakan energi yang
cukup untuk menghasilkan fase uap yang siap untuk dibakar. Berikut
adalah heating value dari berbagai jenis bahan bakar dapat dilihat pada
Tabel 2.5 dibawah ini:
Tabel 2.5 Heating Value beberapa Jenis Bahan Bakar
Jenis Bahan Bakar
HHV (MJ/kg)
LHV (MJ/kg)
Hidrogen
141,8
119,96
Metana
55,5
50
Etana
51,9
47,8
Propana
50,35
46,35
Butana
49,5
45,75
Pentana
48,6
45,35
Minyak Bumi
45,543
42,686
Lilin Parafin
46
41,5
Pertadex
45,229
45,137
Kerosin
46,2
43
Solar
44,8
43,4
Bensin
47
43,448
Kayu Bakar
24,2
17
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor 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 of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai
kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive
Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
2. Torsi
Universitas Sumatera Utara
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. Untuk mencari daya dan torsi ditunjukkan oleh
Persamaan di bawah ini.
Pb =
T=
2�.( �.� )
60
�� .60
2�.�
................................................................................................ (2.3)
...................................................................................................... (2.4)
3. 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 ditunjukkan pada Persamaan dibawah ini:
Pb =
2�.(�.�)
60
................................................................................................. (2.5)
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
Pb = daya ( W )
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm )
4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis
terpakai selama satu jam pemakaian. Dengan demikian besar laju aliran bahan
bakar dapat dihitung dengan Persamaan dibawah ini:
mf =
���� � � �10 −3
dimana:
��
x 3600 ......................................................................... (2.6)
sgf
= spesifik gravitasi Polipropilena Cair (0.772)
Vf
= Volume bahan bakar yang diuji (8 ml)
tf
= waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)
5. Rasio udara bahan bakar (AFR)
Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung
berdasarkan Persamaan berikut ini:
AFR =
��
��
................................................................................................... (2.7)
dimana:
AFR = air fuel ratio
ma
= laju aliran massa udara.
mf
= laju aliran bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya
tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer
terhadap kurva viscous flow mete calibration seperti pada Gambar 2.6 berikut ini
Gambar 2.6 Viscous Flow Meter
Pada pengujian ini dianggap tekanan udara sebesar 100 kPa dan temperatur
udara 27oC. Kurva kalibrasi dikondisikan untuk pengujian pada tekanan 101.3 kPa
dan temperatur 20oC. maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus
dikalikan dengan faktor pengali berikut:
�� = 3654����
�� = 3654�1�
6. Effisiensi Volumetris
(�� + 144)
��2.5
(27 + 273 + 114)
(27 + 273)2.5
�� = 0.946531125
Effisiensi volumetric untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan
Persamaan berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
�� =
2��
dimana:
1
60� � � ��
........................................................................................ (2.8)
ma = laju aliran udara (kg/jam)
ρa = Kerapatan udara (kg/m3)
Vs = volume langkah torak (m3) = 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin)
Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat
diperoleh dengan Persamaaan berikut ini:
ρa =
��
���
....................................................................................... (2.9)
Dimana:
R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K)
7. Daya Aktual
Daya aktual didapat dengan mengalikan Daya hasil pembacaan dengan
effiesiensi mekanikal
dan effesiensi volumetrik, sehingga didapat dihitung
dengan Persamaan berikut ini:
Pa
=
�� � ɳ� � ɳ� � ɳ�
1000
........................................................................... (2.10)
dimana:
besar ηm adalah 0.75 – 0.95
��
adalah effisiensi Volumetris
Pb adalah daya poros
8. Effisiensi Thermal Aktual
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang
dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis
Universitas Sumatera Utara
(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang
dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga
sebagai efisiensi termal brake
(thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran Pb dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam
satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada Persamaan
di bawah ini
ηb =
��
� � . ��
� 3600 ....................................................................................
(2.11)
9. 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. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan
oleh Persamaan di bawah ini:
SFC =
ṁ� =
� ̇ � � 10 3
��
............................................................................................ (2.12)
��� � 8 � 10 −3
Dengan :
�
� 3600 .......................................................................... (2.13)
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h)
Pb = daya (W)
ṁ� = konsumsi bahan bakar
sgf = spesicific gravity
t = waktu (jam)
Universitas Sumatera Utara
10. Heat Loss in Exhaust
Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi
yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke
lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.
Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan di
bawah ini.
Heat Loss = ( ma x mf ) x ( Te – Ta ) .......................................................... (2.14)
dimana:
Te = suhu gas keluar exhaust manifold
Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara
besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar
dimana ditunjukkan pada Persamaan.
% Heat Loss =
( ma x mf ) x ( Te – Ta )
�� � ���
..................................................... (2.15)
11. Persentase Heat Loss
Panas yang masuk ke mesin diberikan oleh Persamaan dibawah ini
Q = mf x LHV .............................................................................................. (2.16)
Maka besarnya persentase panas yang terbuang dari mesin dapat dihitung
dengan menggunakan Persamaan di bawah ini:
% Heat Loss in Exhaust =
(ma + mf )x �Te –Ta �x Cp
dimana:
�� � ���
x100% ................... (2.17)
Te = suhu gas keluar exhaust manifold
Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Universitas Sumatera Utara
2.5
Supercharger
Supercharger adalah suatu mesin mekanaisme untuk menyuplai udara
dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada
langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk
ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka
lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat
meningkat. Tekanan udara dalam silinder sewaktu awal kompressi biasanya 6 psi.
Mekanisme supercharger berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin
2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan
kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah
dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan sematamata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran
(gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara
segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam
semua sistem supercharger terdapat sekaligus pembilasan dan superchargering.
Tujuan utama pemakaian supercharger adalah untuk menambah daya akibat
perubahan ketinggian tempat operasi (kepadatan udara rendah), ataupun untuk
meningkan daya yang dapat diperoleh dari mesin tanpa supercharger, mengurangi
biaya bahan bakar, dan mengurangi berat atau ruang konstruksi pada suatu daya
tertentu. Peningkatan daya output yang dapat diperoleh dari suatu mesin yang
dilengkapi dengan supercharger tergantung oleh beberapa faktor, tetapi yang
terpenting adalah tekanan superchargering. Peningkatan daya output yang
diperoleh dapat mencapai 40-100 , tetapi dengan disain khusus peningkatan yang
lebih besar dapai dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercharger seperti
yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang
diperolah
dengan
mengunakan
supercharger
meningkat
dengan
cepat
dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga
disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam
ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih
cepat dan lebih baik mutunya.
Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak
ekonomis menggunakan supercharger. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada
Universitas Sumatera Utara
ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercharger mempunyai arti penting
dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan
udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PS
yang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang
tegas, banyak juga yang menggunakan supercharger. Dalam hal tersebut kapal
laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercharger.
Diatas 250 PS, motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya
menggunakan supercharger. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan
berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang
menggunakan supercharger.
Pada motor diesel supercharger dapat mempersingkat priode persiapan
pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping itu
terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan menggunakan
bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan
hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal
tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material
serta umur.
Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada
kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus
memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih
banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Saat
ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa dilengkapi
dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut.
Pema
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Sejarah Plastik
Sejak tahun 1950-an plastik menjadi bagian penting dalam hidup manusia.
Plastik digunakan sebagai bahan baku kemasan, tekstil, bagian-bagian mobil dan
alat-alat elektronik. Dalam dunia kedokteran, plastik bahkan digunakan untuk
mengganti bagian-bagian tubuh manusia yang sudah tidak berfungsi lagi. Pada
tahun 1976 plastik dikatakan sebagai materi yang paling banyak digunakan dan
dipilih sebagai salah satu dari 100 berita kejadian pada abad ini. Plastik pertama
kali diperkenalkan oleh Alexander Parkes pada tahun 1862 di sebuah ekshibisi
internasional di London, Inggris. Plastik temuan Parkes disebut parkesine ini
dibuat dari bahan organik dari selulosa. Parkes mengatakan bahwa temuannya ini
mempunyai karakteristik mirip karet, namun dengan harga yang lebih murah. Ia
juga menemukan bahwa parkesine ini bisa dibuat transparan dan mampu dibuat
dalam berbagai bentuk. Sayangnya, temuannya ini tidak bisa dimasyarakatkan
karena mahalnya bahan baku yang digunakan.
Pada akhir abad ke-19 ketika kebutuhan akan bola biliar meningkat, banyak
gajah dibunuh untuk diambil gadingnya sebagai bahan baku bola biliar. Pada
tahun 1866, seorang Amerika bernama John Wesley Hyatt, menemukan bahwa
seluloid bisa dibentuk menjadi bahan yang keras. Ia lalu membuat bola biliar dari
bahan ini untuk menggantikan gading gajah. Tetapi, karena bahannya terlalu
rapuh, bola biliar ini menjadi pecah ketika saling berbenturan.Bahan sintetis
pertama buatan manusia ditemukan pada tahun 1907 ketika seorang ahli kimia
dari New York bernama Leo Baekeland mengembangkan resin cair yang ia beri
nama bakelite. Material baru ini tidak terbakar, tidak meleleh dan tidak mencair di
dalam larutan asam cuka. Dengan demikian, sekali bahan ini terbentuk, tidak akan
bisa berubah. Bakelite ini bisa ditambahkan ke berbagai material lainnya seperti
kayu lunak.Tidak lama kemudian berbagai macam barang dibuat dari bakelite,
termasuk senjata dan mesin-mesin ringan untuk keperluan perang. Bakelite juga
digunakan untuk keperluan rumah tangga, misalnya sebagai bahan untuk
Universitas Sumatera Utara
membuat isolasi listrik. Rayon, suatu modifikasi lain dari selulosa, pertama kali
dikembangkan oleh Louis Marie Hilaire Bernigaut pada tahun 1891 di Paris.
Ketika itu ia mencari suatu cara untuk membuat sutera buatan manusia dengan
cara mengamati ulat sutera. Namun, ada masalah dengan rayon temuannya ini
yaitu sangat mudah terbakar. Belakangan masalah ini bisa diatasi oleh Charles
Topham.
Tahun 1920 ditandai dengan demam plastik. Wallace Hume Carothers,
ahli kimia lulusan Universitas Harvard yang mengepalai DuPont Lab,
mengembangkan nylon yang pada waktu itu disebut Fiber 66. Fiber ini
menggantikan bulu binatang untuk membuat sikat gigi dan stoking sutera. Pada
tahun 1940-an nylon, acrylic, polyethylene, dan polimer lainnya menggantikan
bahan-bahan alami yang waktu itu semakin berkurang.
novasi penting lainnya dalam plastik yaitu penemuan polyvinyl chloride (PVC)
atau vinyl. Ketika mencoba untuk melekatkan karet dan metal, Waldo Semon,
seorang ahli kimia di perusahaan ban B.F. Goodrich menemukan PVC. Semon
juga menemukan bahwa PVC ini adalah suatu bahan yang murah, tahan lama,
tahan api dan mudah dibentuk.
Pada tahun 1933, Ralph Wiley, seorang pekerja lab di perusahaan kimia
Dow, secara tidak sengaja menemukan plastik jenis lain yaitu polyvinylidene
chloride atau populer dengan sebutan saran. Saran pertama kali digunakan untuk
peralatan militer, namun belakangan diketahui bahwa bahan ini cocok digunakan
sebagai pembungkus makanan. Saran dapat melekat di hampir setiap perabotan
seperti mangkok, piring, panci, dan bahkan di lapisan saran sendiri. Tidak heran
jika saran digunakan untuk menyimpan makanan agar kesegaran makanan
tersebut terjaga.
Pada tahun yang sama, dua orang ahli kimia organik bernama E.W. Fawcett
dan R.O. Gibson yang bekerja di Imperial Chemical Industries Research
Laboratory menemukan polyethylene. Temuan mereka ini mempunyai dampak
yang amat besar bagi dunia. Karena bahan ini ringan serta tipis, pada masa Perang
Dunia II bahan ini digunakan sebagai pelapis untuk kabel bawah air dan sebagai
isolasi untuk radar.Pada tahun 1940 penggunaan polyethylene sebagai bahan
isolasi mampu mengurangi berat radar sebesar 600 pounds atau sekitar 270 kg.
Universitas Sumatera Utara
Setelah perang berakhir, plastik ini menjadi semakin populer. Saat ini
polyethylene digunakan untuk membuat botol minuman, jerigen, tas belanja atau
tas kresek, dan kontainer untuk menyimpan makanan. Kemudian pada tahun 1938
seorang ahli kimia bernama Roy Plunkett menemukan teflon. Sekarang teflon
banyak digunakan untuk melapisi peralatan memasak sebagai bahan antilengket.
Selanjutnya, seorang insinyur Swiss bernama George de Maestral sangat
terkesan dengan suatu jenis tumbuhan yang menggunakan ribuan kait kecil untuk
menempelkan dirinya. Lalu pada tahun 1957 de Maestral meniru tumbuhan
tersebut untuk membuat Velcro atau perekat dari bahan nylon.
2.1.1
Defenisi Plastik
Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik.
Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga
terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Plastik adalah
bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat
dilunakkan atau dicetak pada suhu tertentu, “ jika tidak banyak bercampur silang
antar jenis satu sama lain. Plastik dapat dicetak (dan dicetak ulang) sesuai dengan
bentuk yang diinginkan.
Plastik dapat didesain dengan variasi yang sangat banyak dalam properti
yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan
dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan
memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri dan rumah
tangga. Plastik dapat dikategorisasikan dengan banyak cara tapi paling umum
dengan melihat polimernya (vinyl chloride, polyethylene, acrylic, silicone,
urethane, dll). Klasifikasi lainnya plastik adalah polimer; rantai panjang atom
yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul
berulang, atau "monomer".
Perkembangan plastik berasal dari penggunaan material alami, seperti:
permen karet, "shellac" sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia
seperti karet alami, "nitrocellulose" dan akhirnya ke molekul buatan-manusia
seperti: epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene. Material plastik pertama kali
digunakan sejak abad ke-19. Hal ini terlihat dari banyaknya plastik yang dibuat
Universitas Sumatera Utara
dan dicetak. Akan tetapi, pada tahun 1990-an, plastik menjadi bahan atau bagian
kebutuhan yang sangat diinginkan. Hal ini terbukti dari meningkatnya plastik
yang dibuat dan dicetak pada masa itu.
Tiap tahun, kebutuhan akan plastik semakin bertambah. Pada tahun 2000 -an
plastik dicetak sebanyak ratusan juta ton. Terbayang bukan, betapa banyaknya
kebutuhan orang akan plastik sebab hampir semua bahan dan alat yang kita
gunakan terbuat dari plastik, semisal botol, sandal, tas, keranjang, ember, dan
gelas. Plastik menjadi primadona karena dianggap awet, kuat, dan ringan. Meski
bersifat hampir sama dengan logam (awet dan kuat), tapi logam dianggap terlalu
berat dan mahal. Akhirnya, hal itu yang membuat kebutuhan plastik di dunia
semakin tinggi.
Dari jumlah plastik yang dikomomditi dengan yang diaur ulang tidaklah
seimbang. Sebanyak miliaran botol plastik telah menjadi sampah percuma hampir
setiap tahunnya, sedangkan yang didaur ulang hanya jutaan botol plastik saja. Ini
yang menyebabkan permasalahan limbah plastik di dunia semakin meningkat tiap
tahunnya.
2.1.2
Pembuatan Plastik
Plastik terbentuk dari unsur-unsur seperti karbon, oksigen, hydrogen, klorin,
belerang dan nitrogen. Awalnya plastik dibuat dari bahan bahan natural seperti
tanduk hewan, shellac (sekresi serangga kecil) dan getah perca.
Pada tahun 1869, plastic sintetis pertama dbuat dari sesulosa yang
merupakan bahan alami yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Wesley Hyatt,
penemu asal Amerika menemukan bahwa sesulosa nitrat dapat dijadikana plastik
dengan menambahkan kamper. Plastik sintetis pertama yang diakui secara
komersial disebut seluloid. Plastik ini digunakan sebagai bahan pembuat sisi, gigi
palsu, bingkai kacamata, dll.
Pengetahuan sifat termal dari berbagai jenis plastik sangat berguna untuk
proses pembuatan serta daur ulang plastik. Sifat-sifat termal yang penting adalah
titik lebur (Tm),temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur
transisi adalah temperatur ketika plastik mengalami perengganan struktur
Universitas Sumatera Utara
sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik
lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih
bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya.Temperatur lebur adalah
temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur
dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas
temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami
dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi termal melampaui energi yang
mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi
padasuhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya. Data sifat termal yang
penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada Tabel 2.1 berikut:
Tabel 2.1 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik.
Jenis Bahan
Tm (°C)
Tg (°C )
Temperatur
Dekomposisi (°C)
PP
168
5
80
HDPE
134
-110
82
LDPE
330
-115
260
PA
260
50
100
PET
250
70
100
ABS
-
110
85
PS
-
90
70
PMMA
-
100
85
PC
-
150
246
PVC
-
90
71
Wadah, kotak, dan tempat sampah plastik secara luas digunakan di seluruh
dunia untuk menyimpan beragam jenis produk cair maupun padat. Penemuan
revolusioner terjadi pada tahun 1951, dua kimiawan muda menemukan
polipropilena dan polietilena. Penemuan ini membuka jalan bagi beragam produkproduk plastik yang kita kenal sekarang ini. Plastik sudah menjadi bagian dari
kehidupan sehari-hari kita. Plastik dapat dibuat dari beberapa sumber, antara lain:
Universitas Sumatera Utara
•
Pembuatan Plastik dari Minyak Bumi
Pertama – tama, minyak mentah yang baru dipompakan keluar dari
dalam tanah diangkut ke kilang minyak. Pada kilang minyak, minyak
mentah harus melalui proses permurnian bersama degan gas alam. Etana,
propana dan berbagai produk petrokimia lainnya dihasilkan oleh proses
permurnian. Selanjutnya etana dan propane dipecah dengan menggunakan
tungku bersuhu tinggi, etilena dan propilena terbentuk dari proses ini.
Dalam reaktor, etilena dan propilena yang terbentuk digabungkan
dengan katalis untuk membentuk zat seperti tepung. Zat yang seperti
tepung ini mirip dengan detergen bubuk, zat ini merupakan polimer
plastik. Dalam pencampuran yang dilakukan secara terus menerus,
beberapa aditif digambungkan dengan polimer, selanjutnya dilakuakn
proses ekstruksi, dimana plastik berada dalam bentuk cair.
Plastik yang berada dalam bentuk cair ini dibiarkan mendingin dan
kemudian pelletizer digunakan untuk membentuk polimer menjadi pelletpellet kecil. Pellet-pellet plastik ini kemudian dikirim ke para pelanggan.
Produsen sisir, botol plastik, gigi palsu dll, membeli pellet-pellet plastik
ini untuk digunakan sebagai bahan pembuatan produk- produk mereka.
•
Membuat Plastik dengan Menambahkan Karbon Dioksida
Sangat luar biasa bahwa plastik dapat dibuat dengan menggunakan
minyak bum. Akan tetapi dibutuhkan banyak minyak bumi untuk
membuat plastic. Berbagai usaha dilakuakan untuk mencegah habisnya
sumber daya alam yang penting ini. Pada Desember 2099, perusahan
Novomer mengumumkan dimulainya komersialisasi bahan polypropylene
carbonate (PPC) dengan menggunakan gabungan dari karbon dioksida dan
minyak bumi. Dengan menambahkan karbon dioksida, minyak bumi yang
dibutuhkan untuk pembuatan plastik berkurang sampai setengahnya.
•
Pembuatan Plastik dari Jagung
Gula karbohidrat yang terdapat pada jagung dapat digunakan untuk
membuat plastik yang bernama polylactide polymer. Penemuan plastik
Universitas Sumatera Utara
yang terbuat dari jagung telah mengurangi ketergantungan kita terhadap
minyak bumi yang tak terbaharui. Plastik yang terbuat dari jagung ini akan
meleleh ketika dipanaskan lebih dari 114oC, karna itu plastik yang dibuat
dari minyak bumi masih digunakan sampai saat ini
Selain jagung, plastik juga dapat dibuat dari jeruk. Para ilmuwan
masih terus mencari senyawa yang dapat menggantikan minyak bumi
dalam proses pembuatan plastik. Semoga saja dimasa depan akan
ditemukan bahan baru pembuat plastik yang dpat diperbaharui sebagai
pengganti miyak bumi yang tidak dapat diperbaharui.
2.1.3
Daur Ulang Plastik
Pemanfaatan limbah plastik merupakan upaya menekan pembuangan plastik
seminimal mungkin dan dalam batas tertentu menghemat sumber daya dan
mengurangi ketergantungan bahan baku impor. Pemanfaatan limbah plastik dapat
dilakukan dengan pemakaian kembali maupun daur ulang (recycle). Di Indonesia,
pemanfaatan limbah plastik dalam skala rumah tangga umumnya adalah dengan
pemakaian kembali dengan keperluan yang berbeda, misalnya tempat cat yang
terbuat dari plastik digunakan untuk pot atau ember. Pemanfaatan limbah plastik
dengan cara daur ulang umumnya dilakukan oleh industri. Secara umum terdapat
empat persyaratan agar suatu limbah plastik dapat diproses oleh suatu industri,
antara lain limbah harus dalam bentuk tertentu sesuai kebutuhan (biji, pellet,
serbuk, pecahan), limbah harus homogen, tidak terkontaminasi, serta diupayakan
tidak teroksidasi. Untuk mengatasi masalah tersebut, sebelum digunakan limbah
plastik diproses melalui tahapan sederhana, yaitu pemisahan, pemotongan,
pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi dan sebagainya.
Terdapat hal yang menguntungkan dalam pemanfaatan limbah plastik di
Indonesia dibandingkan negara maju. Hal ini dimungkinkan karena pemisahan
secara manual yang dianggap tidak mungkin dilakukan di negara maju, dapat
dilakukan di Indonesia yang mempunyai tenaga kerja melimpah sehingga
pemisahan tidak perlu dilakukan dengan peralatan canggih yang memerlukan
biaya tinggi. Kondisi ini memungkinkan berkembangnya industri daur ulang
plastik di Indonesia.
Universitas Sumatera Utara
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang-barang
plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%) dapat
diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan pencampuran
dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitas. Empat jenis
limbah plastik yang populer dan laku di pasaran yaitu polietilena (PE), High
Density Polyethylene (HDPE), polipropilena (PP), dan asoi.
Di Indonesia, plastik daur ulang sebagian besar dimanfaatkan kembali
sebagai produk semula dengan kualitas yang lebih rendah. Pemanfaatan plastik
daur ulang sebagai bahan konstruksi masih sangat jarang ditemui. Pada tahun
1980 an, di Inggris dan Italia plastik daur ulang telah digunakan untuk membuat
tiang telepon sebagai pengganti tiang-tiang kayu atau besi. Di Swedia plastik daur
ulang dimanfaatkan sebagai bata plastik untuk pembuatan bangunan bertingkat,
karena ringan serta lebih kuat dibandingkan bata yang umum dipakai.
Pemanfaatan plastik daur ulang dalam bidang komposit kayu di Indonesia
masih terbatas pada tahap penelitian. Ada dua strategi dalam pembuatan komposit
kayu dengan memanfaatkan plastik, pertama plastik dijadikan sebagai binder
sedangkan kayu sebagai komponen utama; kedua kayu dijadikan bahan
pengisi/filler dan plastik sebagai matriksnya. Penelitian mengenai pemanfaatan
plastik polipropilena daur ulang sebagai substitusi perekat termoset dalam
pembuatan papan partikel. Produk papan partikel yang dihasilkan memiliki
stabilitas dimensi dan kekuatan mekanis yang tinggi dibandingkan dengan papan
partikel konvensional.
Produksi plastik pada tahun 2012 tercatat sebanyak 57 juta ton di Eropa dan
288 juta ton diseluruh dunia. Di Indonesia, pemakaian plastik sudah meningkat
seiring dengan perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk. Pada tahun
2011, Indonesia telah memakai plastik 10 kg per kapita per tahun. Bagaimanapun
pemakaian plastik dalam jumlah besar akan memicu permasalahan lingkungan
karena sifat plastik yang tidak dapat terurai secara alami. Tabel 2.2 berikut
menunjukkan penggunaan atau konsumsi plastik di beberapa negara di dunia.
Universitas Sumatera Utara
Tabel 2.2 Pemakaian Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia.
2.1.4
Negara
Konsumsi Per kapita dalam kg
India (1998)
1,6
India (2000)
4,0
Vietnam
1,5
China
6,0
Indonesia
8,0
Mexico
13,0
Thailand
18,0
Malaysia
22,0
Eropa Barat
60,0
Jepang
70,0
Amerika Utara
78,0
Plastik Polipropilena
Plastik merupakan polimer sintetis yang paling populer karena banyak
digunakan
dalam
kehidupan
sehari-hari.adapun
jenis
plastik
nomor
5
polipropilena (PP). Berikut merupakan Gambar 2.1 logo plastik jenis
polipropilena.
Gambar 2.1 Logo Polipropilena (PP)
Universitas Sumatera Utara
Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik
yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi.
Penggunaan polipropilen kebanyakan pada kemasan minuman, komponen
otomotif, perlengkapan rumah tangga, dan mainan. Polipropilen dapat diekstrusi
menjadi bentuk serat atau kawat untuk penggunaan pengikat pada karpet. Limbah
plastik yang terbuat dari polipropilen (PP) mengandung 85% karbon dan sisanya
adalah hidrogen, hal ini membuat material ini sangat cocok untuk didaur ulang
menjadi produk hidrokarbon yang berguna seperti bahan bakar. Polipropilen (PP)
membutuhkan energi aktivasi yang lebih rendah untuk memecah ikatan C – H
daripada polietilen (PE) karna rantai karbon polimer PP terdiri dari atom karbon
tersier yang kurang tahan terhadap degradasi. Polimer adisi yang terbuat dari
polipropilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan
yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Sifat umum
polipropilena dapat dilihat pada Tabel 2.3 dibawah ini.
Tabel 2.3 Sifat Umum Polipropilena
Densitas (mg/m3)
0,09 – 0,93
Modulus tarikan (GPa)
1,8
Kekuatan tarik (MPa)
37
Elongation at break (%)
10 – 60
Heat deflection temperature at 0,45 Mpa (°C)
100 – 105
Heat deflection temperature at 1,81 Mpa (°C)
60 – 65
Ekspansi linear termal (mm/mm K)
3,8 x 10-5
Kekerasan (Shore)
D76
Resistivitas volume (Ω.cm)
1,0 x 1017
Linear mold shrinkage (in./in.)
0,01 – 0,02
Polipropilena pertama kali dipolimerisasikan oleh Dr. Karl Rehn di
Hoechst AG, Jerman, pada 1951, yang tidak menyadari pentingnya penemuan itu.
Ditemukan kembali pada 11 Maret 1954 oleh Giulio Natta, Polipropilena pada
awalnya diyakini lebih murah daripada polietilena
Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki
kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan
Universitas Sumatera Utara
polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui
penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di
suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai
pengganti berbagai plastik teknik, seperti acrylonitrile butadiene styrene (ABS).
Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku
daripada beberapa plastik yang lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat
translusen (bening) saat tak berwarna tapi tidak setransparan polistirena, akrilik
maupun plastik tertentu lainnya. Bisa bula dibuat buram dan/atau berwarna-warni
melalui penggunaan pigmen, Polipropilena memiliki resistensi yang sangat bagus
terhadap kelelahan (bahan).
Pengolahan lelehnya polipropilena bisa dicapai melalui ekstrusi dan
pencetakan. Metode ekstrusi (peleleran) yang umum menyertakan produksi serat
pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang
panjang untuk nantinya diubah menjadi berbagai macam produk yang berguna
seperti masker muka, penyaring, popok dan lap. Polipropilena memiliki titik lebur
~160 °C
(320 °F),
sebagaimana
yang
ditentukan
Differential
Scanning
Calorimetry (DSC).
umumnya proses pembuatan plsatik polipropilena terbagi dalam tiga macam
yaitu;
1. Polipropiline homopolymer . adalah PP melalui proses polimerisasi monomer
propylene. PP jenis ini memiliki karakteristik kekakuan yang cukup tinggi dan
kemengkilapan yang baik,sifat optis/fisik dari PP homopolymer masuk dalam
kategori agak buram.contonya seperti ,kemasan makanan (baik riqid maupun
flexible),peralatan rumah tangga,karung plastic,dan lain-lain.
2. Polipropilena random copolymer diproduksi melalui polimerisasi monomer
propylene, dengan tambahan comonomer ethylene. Jenis ini memiliki
kebeningan dan keuletan yang sangat baik,karenanya PP random copylemer
banyak digunakan untuk pembuatan peralatan yang bening,seperti,tutup botol
jenis flip-top,dan kemasan lainya.
3. Polipropilena impact copolymer (block copolymer) karakteristik terpenting
dari jenis PP ini adalah material yang memiliki ketahanan terhadap temperatur
rendah (-30oC) .selain itu ,PP impact copolymer dikenali dari warna dasarnya
Universitas Sumatera Utara
yaitu putih susu. Contohnya seperti ,pallet,elektronik,dan perlengkapan
otomotif.
2.2
Silika Gel
Silika gel adalah senyawa silika sintetis yang berstruktur amorf. Silika gel
merupakan bahan kimia berbentuk padatan yang banyak dimanfaatkan sebagai
adsorben. Hal ini disebabkan oleh mudahnya produksi dan juga mempunyai
beberapa kelebihan yang lain yaitu, sangat bersifat inert, hidrofilik, mempunyai
kestabilan termal dan mekanik yang tinggi, serta relatif tidak mengembang dalam
pelarut organik jika dibandingkan dengan padatan resin polimer organik. Silika
gel merupakan silika amorf yang terdiri atas globula – globula SiO4 tetrahedral
yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga
dimensi yang lebih besar. Berikut dapat dilihat Gambar 2.2 silika gel dibawah ini.
Gambar 2.2 Silika gel
Sifat silika gel ditentukan oleh orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil
berkombinasi. Oleh karena ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4 tetrahedral,
maka jumlah distribusinya per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan
adsorpsi silika gel, meskipun gugus silanol dan siloksan terdapat pada permukaan
silika gel. Kemampuan adsorpsi ternyata tidak sebanding dengan jumlah gugus
silanol dan gugus siloksan yang ada pada permukaan silika gel, tetapi tergantung
pada distribusi gugus OH per unit area adsorben.
2.3 Proses Pirolisis
Pirolisis, dapat disebut juga sebagai termolisis, adalah suatu proses
dekomposisi secara kimia maupun termal, pada umumnya terdegradasi menjadi
Universitas Sumatera Utara
molekul yang lebih kecil. Metode konvensional untuk mengolah limbah plastik,
seperti landfill dan insinerasi, tidak dapat digunakan dalam jangka panjang karena
dapat menyebabkan polusi udara, penyebaran racun, terkontaminasinya air tanah,
dan kerusakan tanah.
Pirolisis adalah metode yang dapat dipertimbangkan dan layak untuk
dilakukan dengan mendegradasi material polimer tanpa penggunaan oksigen.
Tujuan penghilangan udara adalah untuk alasan keamanan, kualitas produk, dan
yield. Berdasarkan variasi suhu, maka pirolisis dapat dibagi menjadi tiga, rendah (
< 400 °C), sedang ( 400 – 600 °C) atau tinggi ( >600 °C). Hasil dari proses
pirolisis dapat dibagi menjadi fraksi cair, fraksi gas, dan residu padatan. Pirolisis
merupakan suatu alternatif untuk memperoleh energi dari limbah plastik. Hal ini
menggunakan prinsip dimana kebanyakan substansi organik secara termal tidak
stabil sehingga rantainya dapat pecah pada keadaan bebas oksigen.
Teknik pirolisis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk
peningkatan residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batubara.
Keunggulan nyata dari pirolisis dibandingkan dengan pembakaran (incineration),
yaitu dapat mereduksi gas buang hingga 20 kali. Disisi lain, produk pirolisis dapat
dimanfaatkan lebih fleksibel dan penanganannya lebih mudah. Proses pirolisis
sampah plastik merupakan teknologi konversi termokimia yang masih perlu
dikembangkan. Selain itu, keterbatasan data-data kinetik untuk penentuan
persamaan laju termal dekomposisi secara menyeluruh. Data - data itu diperlukan
untuk rancang bangun reaktor pirolisis. Pyrolytic oil sebagai produk cair
mengandung nafta dan komponen lain yang relatif potensial untuk diolah kembali
menjadi fraksi yang dapat memberikan nilai tambah.
Beberapa penelitian seputar konversi sampah plastik menjadi produk cair
berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup
prospektif untuk dikembangkan. Pemanfaatan hasil fraksinasi sampah plastik telah
banyak dikembangkan, yaitu pengubahan produk tar (pyrolytic oil) menjadi
minyak
pelumas
menggunakan
metode
hydroisomerisasi,
tetapi
masih
memerlukan langkah yang cukup panjang. Sistem kerja yang digunakan adalah
pirolisis atau destilasi kering.
Universitas Sumatera Utara
Limbah plastik dipanaskan di atas suhu leburnya sehingga berubah jadi uap.
Proses pemanasan ini menyebabkan perekahan pada molekul polimer plastik
menjadi potongan molekul yang lebih pendek. Selanjutnya, molekul-molekul ini
didinginkan jadi fase cair.Cairan yang dihasilkan jadi bahan dasar minyak atau
minyak mentah. Dengan destilasi ulang menggunakan temperatur berbeda, yakni
mengacu pada titik uap, minyak mentah diproses menjadi premium atau solar.
Jika suhu pemanasan yang digunakan di atas 100 derajat celsius, yang dihasilkan
adalah zat yang mendekati atau memiliki unsur sama dengan premium. Tinggal
mengembunkan lagi uapnya maka didapat premium. Konsep dasarnya mengambil
unsur karbon (C) dari polimer penyusun plastik.
Polimer tersusun dari hidrokarbon, yakni rangkaian antara atom karbon
(CO2) dan hidrogen (H2O). Untuk menghasilkan premium perlu rantai
hidrokarbon dengan molekul lebih pendek, yakni C6-C10. Untuk menghasilkan
minyak tanah dan solar perlu rantai hidrokarbon dengan molekul lebih panjang,
yakni C11–C15 (minyak tanah) dan C16-C20 (solar). Pada proses akhir perlu
refinery, yakni pengolahan bahan baku minyak menjadi minyak siap digunakan.
Caranya, dengan mencuci, penambahan aditif, mereduksi kandungan gum atau zat
beracun, dan mengklasifikasikan atau mengelompokkan berdasarkan panjang
rantai hidrokarbon
Oleh karena itu, konversi limbah plastik menjadi bahan bakar memiliki
beberapa keuntungan, yaitu :
1. Membentuk siklus pemakaian energi tidak terbarukan.
2. Dapat menjadi sumber petrokimia alternatif untuk menurunkan
pembelian atau pemakaian energi tidak terbarukan.
3. Solusi alternatif yang efektif untuk mengurangi limbah plastik yang
berakibat
tercegahnya
pencemaran
lingkungan
yang
biasanya
ditimbulkan oleh cara pengolahan insinerasi dan landfill.
2.4
Pertamina Dex (PERTADEX)
Pertamina Dex adalah bahan bakar mesin diesel modern yang telah
memenuhi dan mencapai standar emisi gas buang EURO 3. Pertamina Dex
memiliki angka performa tinggi dengan cetane number min.53, Pertamina Dex
Universitas Sumatera Utara
juga memiliki kualitas tinggi dengan kandungan sulfur di bawah 300 ppm. Dan
wikipedia.org memberikan pengertian bahwa Pertamina Dex adalah salah satu
jenis BBM produksi Pertamina yang dipergunakan kendaraaan bermotor dengan
mesin diesel.
Jika kandungan sulfur (belerang) tinggi akan mengotori sistem penyaringan emisi
sehingga menurunkan kemampuannya dalam menekan emisi. Sulfur yang tinggi
pun bisa membuat lubang injector nozzle tersumbat oleh tumpukan deposit
(Injector Clogging) menyebabkan aliran bahan bakar yang diinjeksi ke ruang
bakar menjadi terhambat dan Spray/semburan menjadi tidak sesuai dengan
rancangan semula. Alhasil, pembakaran di dalam mesin menjadi tidak sempurna
dan menimbulkan dampak negatif dengan menurunnya performa mesin kendaraan
seperti berkurangnya tenaga mesin, konsumsi bahan bakar lebih boros, dan
bahkan dapat merusak komponen mesin seperti Injector.
Jadi dapat disimpulkan bahwa Pertamina Dex adalah salah satu bahan bakar
yang diproduksi oleh Pertamina yang sesuai dengan standard mutu dari Dirjen
Migas untuk kendaraan bermotor dengan mesin diesel dan harganya mahal. Selain
itu, yang perlu kita tahu Pertamina Dex direkomendasikan untuk mesin diesel
teknologi terbaru (Diesel Common Rail System).
2.5
Mesin Diesel
Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena
penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara
yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses
kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan
sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 –
22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700
0
C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor
stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang
besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih
rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana.
Universitas Sumatera Utara
Siklus Diesel (SD) pertama sekali diperkenalkan oleh Rudolf Diesel pada
tahun 1890an. Pada prinsipnya bahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya jika
tercapai temperatur tertentu. Temperatur terjadinya pembakaran ini dikenal
dengan istilah temperatur pembakaran sendiri (autoigntion temperature). Pada
SD, kompresi pada udara dilakukan atau diatur sampai temperatur berada di atas
autoignation temperature. Setelah itu bahan bakar disemprotkan dan terjadilah
pembakaran.
Secara umum SD juga dapat dibagi atas 4 langkah, yaitu kompresi,
pembakaran, ekspansi, dan pembuangan gas hasil pembakaran. Perbedaan utama
hanya terletak pada proses pembakarannya yang tidak menggunakan busi. Karena
proses pembakarannya berbeda, maka diagram p-v dan T-s akan mengalami
sedikit perubahan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.3 dibawah ini:
p
Qin
2
T
3
3
Qin
nt
ise
4
lu
ro
nt
ise
k
2
m
pi
ro
lum
isovo
vo
iso
k
pi
4
Qout
1
vmin
vc
vmax
v
1
Qout
s
Gambar 2.3 Diagram P-v dan T-S
Pada gambar P-v dapat dilihat, bahwa proses masuknya panas ke fluida kerja
(proses 2-3) terjadi secara isobarik. Hal ini berbeda dengan pada siklus otto yang
terjadi secara isovolume. Sementara proses kompresi (1-2), ekspansi (3-4), dan
proses pembuangan (4-1) masih sama.
Diagram T-s siklus diesel ditampilkan pada gambar diatas. Dagi gambar
dapat dilihat terdapat sedikit perbedaan dengan diagram T-s siklus otto, seperti
yang ditampilkan pada Gambar 7. Perbedaannya pada proses pembakaran atau
masuknya panas (proses 2-3). Dapat disimpulkan dalam satu siklus diesel yang
ideal proses termodinamika adalah:
Universitas Sumatera Utara
•
•
•
•
Proses 1-2: adalah kompresi isentropik dimana piston bergerak dari TMB ke
TMA
Proses 2-3: adalah proses pembakaran pada tekanan konstan dan piston
bergerak ke Vc .
Proses 3-4: Proses ekspansi secara isentropik
Proses 4-1: Proses pembuangan panas ke lingkungan dimana piston berada
pada TMB.
Berikut ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4 perbedaan diagram P-v yang
tidak
menggunakan
supercharger
dengan
diagram
P-v
menggunakan
supercharger.
Gambar 2.4 Diagram p-v saat pemakaian supercharger
2.5.1
Prinsip Kerja Mesin Diesel
Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin
otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin
diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan
injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :
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
Universitas Sumatera Utara
menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan
atmosfer ,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 flywheel 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. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada Gambar
2.5 dibawah ini:
Universitas Sumatera Utara
Langkah isap
Langkah kompresi
Langkah usaha
Langkah Buang
Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Diesel
2.5.2 Standarisasi Diesel
Indonesia menghasilkan dua jenis bahan bakar diesel yaitu. Diesel 48 (Solar)
dan Diesel 53 (Pertamina Dex). Seperti dapat dilihat pada Tabel 2.4 merupakan
sifat bahan bakar diesel komersial sesuai peraturan pemerintah Indonesia.
Tabel 2.4 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial
Properties
Units
Cetane number
Diesel 48 (Solar)
Diesel 53
(Pertamina Dex)
48
53
Density @ 15°C
g/cm3
0,815-0,870
0,820-0,860
Viscosity
kinematik @ 40°C
mm2/sec
2,0-5,0
2,0-4,5
Flash point
°C
min 60
min 55
Pour point
°C
max 18
max 18
Water content
g/kg
max 500
max 500
Sulfur content
%m/m
max 0,35
max 0,05
Ash content
%m/m
max 0,01
max 0,01
Universitas Sumatera Utara
2.5.3
Performansi Mesin Diesel
1. 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 tidaknya panas laten pengembunan
uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu 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 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. Secara teoritis,
besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung dengan persamaan di
bawah ini:
HHV = ( T2 – T1 - 0.05 ) x Cv ....................................................................... (2.1)
Dimana:
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
T2
= Temperatur air pendingin setelah penyalaan
T1
= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan
Cv
= Panas jenis bom calorimeter (73529.6 J/gr. oC)
Tkp
= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0.05 oC)
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 kg bahan bakar akan mengandung 0.15 kg hidrogen.
Universitas Sumatera Utara
Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran
bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya, maka jumlah
air yang akan terbentuk setiap pembakaran 1 kg bahan bakar adalah 1.35
kg.
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, 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 kN/m2 (tekanan yang
umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, maka panas
laten pengkondensasian yang terjadi dari dari hasil pembakaran setiap 1
kg bahan bakar adalah 2400 x 1.35 = 3240 kJ. Sehingga besarnya nilai kalor
bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
LHV = HHV – 3240 ...................................................................................... (2.2)
Dimana:
LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan
fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, samasama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya
membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Karena,
pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi)
dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya
yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka
harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai
pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan
bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup
Universitas Sumatera Utara
supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang
bisa dibakar (dari sinilah muncul istilah flash point). Tapi begitu sudah
dibakar, panas dari pembakaran akan selalu menyediakan energi yang
cukup untuk menghasilkan fase uap yang siap untuk dibakar. Berikut
adalah heating value dari berbagai jenis bahan bakar dapat dilihat pada
Tabel 2.5 dibawah ini:
Tabel 2.5 Heating Value beberapa Jenis Bahan Bakar
Jenis Bahan Bakar
HHV (MJ/kg)
LHV (MJ/kg)
Hidrogen
141,8
119,96
Metana
55,5
50
Etana
51,9
47,8
Propana
50,35
46,35
Butana
49,5
45,75
Pentana
48,6
45,35
Minyak Bumi
45,543
42,686
Lilin Parafin
46
41,5
Pertadex
45,229
45,137
Kerosin
46,2
43
Solar
44,8
43,4
Bensin
47
43,448
Kayu Bakar
24,2
17
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor 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 of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai
kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive
Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
2. Torsi
Universitas Sumatera Utara
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. Untuk mencari daya dan torsi ditunjukkan oleh
Persamaan di bawah ini.
Pb =
T=
2�.( �.� )
60
�� .60
2�.�
................................................................................................ (2.3)
...................................................................................................... (2.4)
3. 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 ditunjukkan pada Persamaan dibawah ini:
Pb =
2�.(�.�)
60
................................................................................................. (2.5)
Universitas Sumatera Utara
Dimana :
Pb = daya ( W )
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm )
4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis
terpakai selama satu jam pemakaian. Dengan demikian besar laju aliran bahan
bakar dapat dihitung dengan Persamaan dibawah ini:
mf =
���� � � �10 −3
dimana:
��
x 3600 ......................................................................... (2.6)
sgf
= spesifik gravitasi Polipropilena Cair (0.772)
Vf
= Volume bahan bakar yang diuji (8 ml)
tf
= waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)
5. Rasio udara bahan bakar (AFR)
Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung
berdasarkan Persamaan berikut ini:
AFR =
��
��
................................................................................................... (2.7)
dimana:
AFR = air fuel ratio
ma
= laju aliran massa udara.
mf
= laju aliran bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya
tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer
terhadap kurva viscous flow mete calibration seperti pada Gambar 2.6 berikut ini
Gambar 2.6 Viscous Flow Meter
Pada pengujian ini dianggap tekanan udara sebesar 100 kPa dan temperatur
udara 27oC. Kurva kalibrasi dikondisikan untuk pengujian pada tekanan 101.3 kPa
dan temperatur 20oC. maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus
dikalikan dengan faktor pengali berikut:
�� = 3654����
�� = 3654�1�
6. Effisiensi Volumetris
(�� + 144)
��2.5
(27 + 273 + 114)
(27 + 273)2.5
�� = 0.946531125
Effisiensi volumetric untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan
Persamaan berikut ini:
Universitas Sumatera Utara
�� =
2��
dimana:
1
60� � � ��
........................................................................................ (2.8)
ma = laju aliran udara (kg/jam)
ρa = Kerapatan udara (kg/m3)
Vs = volume langkah torak (m3) = 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin)
Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat
diperoleh dengan Persamaaan berikut ini:
ρa =
��
���
....................................................................................... (2.9)
Dimana:
R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K)
7. Daya Aktual
Daya aktual didapat dengan mengalikan Daya hasil pembacaan dengan
effiesiensi mekanikal
dan effesiensi volumetrik, sehingga didapat dihitung
dengan Persamaan berikut ini:
Pa
=
�� � ɳ� � ɳ� � ɳ�
1000
........................................................................... (2.10)
dimana:
besar ηm adalah 0.75 – 0.95
��
adalah effisiensi Volumetris
Pb adalah daya poros
8. Effisiensi Thermal Aktual
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang
dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis
Universitas Sumatera Utara
(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang
dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga
sebagai efisiensi termal brake
(thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran Pb dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam
satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada Persamaan
di bawah ini
ηb =
��
� � . ��
� 3600 ....................................................................................
(2.11)
9. 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. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan
oleh Persamaan di bawah ini:
SFC =
ṁ� =
� ̇ � � 10 3
��
............................................................................................ (2.12)
��� � 8 � 10 −3
Dengan :
�
� 3600 .......................................................................... (2.13)
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h)
Pb = daya (W)
ṁ� = konsumsi bahan bakar
sgf = spesicific gravity
t = waktu (jam)
Universitas Sumatera Utara
10. Heat Loss in Exhaust
Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi
yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke
lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.
Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan di
bawah ini.
Heat Loss = ( ma x mf ) x ( Te – Ta ) .......................................................... (2.14)
dimana:
Te = suhu gas keluar exhaust manifold
Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara
besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar
dimana ditunjukkan pada Persamaan.
% Heat Loss =
( ma x mf ) x ( Te – Ta )
�� � ���
..................................................... (2.15)
11. Persentase Heat Loss
Panas yang masuk ke mesin diberikan oleh Persamaan dibawah ini
Q = mf x LHV .............................................................................................. (2.16)
Maka besarnya persentase panas yang terbuang dari mesin dapat dihitung
dengan menggunakan Persamaan di bawah ini:
% Heat Loss in Exhaust =
(ma + mf )x �Te –Ta �x Cp
dimana:
�� � ���
x100% ................... (2.17)
Te = suhu gas keluar exhaust manifold
Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Universitas Sumatera Utara
2.5
Supercharger
Supercharger adalah suatu mesin mekanaisme untuk menyuplai udara
dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada
langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk
ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka
lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat
meningkat. Tekanan udara dalam silinder sewaktu awal kompressi biasanya 6 psi.
Mekanisme supercharger berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin
2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan
kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah
dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan sematamata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran
(gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara
segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam
semua sistem supercharger terdapat sekaligus pembilasan dan superchargering.
Tujuan utama pemakaian supercharger adalah untuk menambah daya akibat
perubahan ketinggian tempat operasi (kepadatan udara rendah), ataupun untuk
meningkan daya yang dapat diperoleh dari mesin tanpa supercharger, mengurangi
biaya bahan bakar, dan mengurangi berat atau ruang konstruksi pada suatu daya
tertentu. Peningkatan daya output yang dapat diperoleh dari suatu mesin yang
dilengkapi dengan supercharger tergantung oleh beberapa faktor, tetapi yang
terpenting adalah tekanan superchargering. Peningkatan daya output yang
diperoleh dapat mencapai 40-100 , tetapi dengan disain khusus peningkatan yang
lebih besar dapai dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercharger seperti
yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang
diperolah
dengan
mengunakan
supercharger
meningkat
dengan
cepat
dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga
disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam
ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih
cepat dan lebih baik mutunya.
Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak
ekonomis menggunakan supercharger. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada
Universitas Sumatera Utara
ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercharger mempunyai arti penting
dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan
udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PS
yang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang
tegas, banyak juga yang menggunakan supercharger. Dalam hal tersebut kapal
laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercharger.
Diatas 250 PS, motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya
menggunakan supercharger. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan
berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang
menggunakan supercharger.
Pada motor diesel supercharger dapat mempersingkat priode persiapan
pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping itu
terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan menggunakan
bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan
hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal
tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material
serta umur.
Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada
kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus
memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih
banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Saat
ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa dilengkapi
dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut.
Pema