Kajian Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Blower yang Dimodifikasi Menjadi Supercharger Dengan Sistem Dua Bahan Bakar (Dexlite dan Biogas)

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon
Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi
energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh
susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Senyawa hidrokarbon dikenal mudah
terbakar karena karbon dan hidrogen mudah bereaksi dengan oksigen dalam
reaksi pembakaran. Sifat mudah terbakar hidrokarbon membuat mereka sangat
berguna sebagai bahan bakar dan merupakan sumber energi utama saat ini.
Campuran hidrokarbon dalam minyak mentah terdiri atas berbagai senyawa
hidrokarbon, misalnya senyawa alkana, aromatik, naftalena, alkena, dan alkuna.
Senyawa-senyawa ini memiliki panjang rantai dan titik didih yang berbeda-beda.
Semakin panjang rantai karbon yang dimilikinya, semakin tinggi titik didihnya.
Agar dapat digunakan untuk berbagai keperluan, komponen-komponen minyak
mentah harus dipisahkan berdasarkan titik didihnya. Metode yang digunakan
adalah distilasi bertingkat seperti pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 . Fraksi-fraksi pengolahan pada minyak bumi mentah.
Sumber : id.wikipedia.org/wiki/ Crude_Oil_Distillation

6
Universitas Sumatera Utara

2.1.1 Dexlite
Dexlite adalah bahan bakar minyak untuk kendaraan bermesin diesel yang
diluncurkan pertamina pada 12 april 2016. Dexlite merupakan varian terbaru yang
memiliki spesifikasi lebih unggul daripada solar bersubsidi, tetapi masih dibawah
pertaminadex. Dexlite memiliki campuran bio diesel atau fatty acid methyl ester
(FAME) sebanyak 20% dengan zat adiktif di dalamnya. Kandungan cetane
number dexlite minimal 51 dan sulfur maximal 1200 ppm. Angka ini memang

lebih rendah dibanding pertaminadex yang memiliki cetane number minimal 53
dan sulfur maximal 300 ppm, namun lebih baik dari solar bersubsidi dengan
cetane

number

minimal

48

dan

sulfur

mencapai

3500

ppm

(www.pertamina.com/news-room/seputar.../dexlite).
2.1.2 Karakteristik Dexlite
Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah
syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Dexlite sebagai bahan
bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti
Cetane Number (CN), penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang,

abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, dan mutu nyala.
a. Cetane Number (CN)

Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana . Mesin diesel
memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah
persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl
naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan alphametyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana

51 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 51% cetana
dan 52% alpha- metyl naphthalene. Angka CN yang tinggi menunjukkan
bahwa minyak soloar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah dan
sebaliknya angka CN yang rendah menunjukkan minyak solar baru dapat
menyala pada temperatur yang relatif tinggi.
b. Penguapan (Volality)
Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini
adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin
rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya.

7
Universitas Sumatera Utara

c. Residu karbon.
Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan

pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu
karbon maksimum 0,10 %.
d. Viskositas.
Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume
tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil
tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya.
e. Belerang atau Sulfur.
Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas
yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama
ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun;
kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0,5 %-1,5 %.
f. Kandungan abu dan endapan.
Kandungan abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan
mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang
diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.
g. Titik nyala.
Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam
pemanasan

minyak

untuk

menimbulkan

uap

terbakar

sesaat

ketika

disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan
bakar diesel adalah 60 oC.
h. Titik Tuang.
Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang
minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 oC.
i. Sifat korosif.
Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan

tidak boleh mengandung asam basa.
j. Mutu penyalaan.
Nama ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika
diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu
bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit

8
Universitas Sumatera Utara

keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan
menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang
paling penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan
tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya
penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis
pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu
penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak
bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.
Adapun data pengujian pada minyak dexlite dapat dilihat pada table 2.1.
Tabel 2.1 Data pengujian minyak dexlite
LHV

Bahan
Bakar

Pengujian T1(0C) T2(0C)

HHV

LHV

Rata-

(kJ/kg)

(Kj/kg)

rata
(Kj/kg)

Dexlite

1

25.33

26.18

58823.68 55583.68

2

26.37

27.21

58088.38 54848.38

3

27.52

28.26

50735.42 47495.42 47054.25

4

28.45

29.27

56617.79 53377.79

5

25.8

26.22

27205.95 23965.95

2.2 Bahan Bakar Gas (BBG)
Bahan Bakar Gas merupakan Bahan bakar hidrokarbon dengan fase gas yang
telah dimampatkan. Secara umum lebih dari 80% komponen gas bumi yang
dipakai sebagai BBG merupakan gas metana, 10%-15% gas etana, dan sisanya
adalah gas karbon dioksida, dan gas-gas lain. Bahan bakar gas dapat
dikelompokkan ke dalam dua bagian utama yaitu gas alam (natural gas) dan gas
buatan (manufactured gas). Gas alam umumnya berada di tempat yang sama
dengan endapan minyak dan batubara. Sedangkan gas buatan diproduksi dari
kayu, tanah gambut, batubara, minyak, dan sebagainya. Komponen mampu bakar
dari gas adalah metana, karbondioksida, dan hidrogen dalam jumlah yang
bervariasi. Karakteristik dari gas sangat tergantung pada komponen yang ada
dalam gas tersebut. Berdasarkan sumbernya bahan bakar gas dapat dibagi 2 yaitu :

9
Universitas Sumatera Utara

 Bahan bakar yang secara alami didapat kandari alam:
- Gas alam
- Metan dari penambangan batubara

 Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat
- Gas yang terbentuk dari batubara
- Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa
- Dari proses industri lainnya (gas blast furnace)
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau
fermentasi dengan kandungan methana 55-65 %.
2.2.1 Sejarah Biogas
Gas methan (biogas) ini sudah lama digunakan oleh warga Mesir, China,
dan Roma kuno untuk dibakar dan digunakan sebagai penghasil panas.
Sejarah penemuan proses anaerobik digestion untuk menghasilkan biogas
tersebar dibenua Eropa. Penemuan ilmuan Alessandro Volta terhadap gas yang
dikeluarkan dirawa-rawa terjadi pada tahun 1770, beberapa decade kemudian
Avogadro mengidentifikasikan tentang gas Methana. Setelah tahun 1875
dipastikan bahwa biogas merupakan produk dari proses anaerobik digestion.
Tahun 1884 Pateour melakukan penelitian tantang biogas menggunakan kotoran
hewan. Era penelitian Pasteour menjadi landasan untuk penelitian biogas hingga
saat ini. Pada akhir abad ke-19 ada beberapa riset dalam bidang ini dilakukan. Di
Jerman dan Perancis melakukan riset pada masa antara dua perang dunia dan
beberapa unit pembangkit biogas dengan memanfaatkan limbah pertanian. Selama
perang dunia II banyak petani di Inggris dan benua Eropa yang membuat digester
kecil untuk menghasilkan biogas yang digunakan untuk menggerakkan traktor.
Karena harga BBM semakin murah dan mudah memperolehnya pada tahun 1950an pemakaian biogas di Eropa ditinggalkan. Namun, di Negara-negara
berkembang kebutuhan akan sumber energi yang murah dan selalu tersedia ada.
Kegiatan produksi biogas di India telah dilakukan semenjak abad ke-19. Alat
pencerna

anaerobik

pertama

dibangun

pada

tahun

1900

(Burhani

Rahman,http://www.energi.lipi.gi.id).

10
Universitas Sumatera Utara

2.2.2 Definisi Biogas
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau
fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya; kotoran manusia dan
hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap
limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama
dalam biogas adalah metana (CH4) dan karbon dioksida (CO2). Biogas dapat
dimanfaatkan sebagai bahan bakar alternatif yang berasal dari sumber energi
terbarukan.
Energi yang terkandung dalam biogas tergantung dari konsentrasi metana
(CH4). Semakin tinggi kandungan metana maka semakin besar kandungan energi
(nilai kalor) pada biogas, dan sebaliknya semakin kecil kandungan metana
semakin kecil nilai kalor. Kualitas biogas dapat ditingkatkan dengan
memperlakukan beberapa parameter yaitu : Menghilangkan hidrogen sulphur,
kandungan air dan karbon dioksida (CO2).
Saat ini pemanfaatan Biogas yaitu digunakan sebagai bahan bakar altrenatif
pengganti bahan bakar fosil, salah satunya Biogas digunakan sebagai pengganti
LPG untuk kompor gas rumah tangga, selain itu Biogas juga digunakan sebagai
bahan bakar untuk mengoperasikan generator listrik (Susilo dan Rendhi. 2013).
2.2.3 Karakteristik Bahan Bakar Biogas
Kandungan komposisi biogas dapat berbeda-beda tergantung dari bahan
pembuatnya. Kandungan utama dari biogas adalah gas metana (CH4) dan karbon
dioksida (CO2) kandungan gas lainnya ialah karbon monoksida (CO), nitrogen
(N), hidrogen sulfide (H2S), oksigen (O2), hidrogen (H2), dan ammonia (NH3).
Sifat fisik dan kimiawi biogas dipengaruhi oleh bahan baku pembuat biogas
tersebut dan nilainya berbeda-beda akan tetapi tidak terlalu jauh. Secara umum
komposisi kandungan biogas ditunjukan pada tabel 2.2. Selain itu sifat fisik
biogas seperti titik bakar , specific gravity, nilai kalor, densitas dan laju nyala
dapat dilihat pada tabel 2.3.

11
Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.2 Komposisi kandungan biogas .Sumber : Biogas Composistion and
qualities (Omid dkk, 2011)

Tabel 2.3 Sifat fisik biogas
Sifat Fisik

Keterangan

Titik Bakar

650-750 0C

Specific Gravity

0,55

Densitas

1,2 kg/m3

RON

130

Nilai Kalor

17 - 30 MJ/kg

Laju Nyala

0,25 m/s

Adapun sifat kimiawi dari biogas secara umum adalah :
1. Biogas mudah terbakar bila bercampur dengan oksigen flash point
-188 0C.
2. Biogas sulit untuk disimpan dalam tabung praktis karena biogas dapat
berubah fase menjadi cair pada suhu -1780C.
3. Biogas tidak menghasilkan karbon monoksida bila dibakar sehingga
aman untuk penggunakan rumah tangga.
4. Biogas tidak memiliki warna dan tidak berbau.

12
Universitas Sumatera Utara

2.2.4 Nilai Kalor Biogas
Dengan menggunakan rumus pembakaran, berat dari uap air yang
dihasilkan dapat dihitung.
CH4 + O2 >>> CO2 + 2H2O
16.042 + 64 >>> 44.011 + 36.032
36.032/16.042 = 2.246 lb H2O/lb CH4
Dengan mengasumsikan panas kondensasi air sebesar 1040 Btu/lb, maka
panas kondensasi pembakaran metana sekitar 2336 Btu per pound metana yang
dibakar. HHV dan LHV untuk pembakaran metana dapat kita lihat sebagai
berikut.
HHV = 23,890 Btu/lb or 994.7 Btu/ft3*
LHV = 21,518 Btu/lb or 896.0 Btu/ft3*
* At 68 °F and 14.7 psia.
Berikut ini adalah tabel sifat-sifat biogas tiap %CH4 yang dikandungnya :
Tabel 2.4 Nilai LHV biogas tiap % CH4 yang dikandungnya. Sumber : (David
Ludington, 2006)
Biogas Kering (CH4 dan CO2) pada 32 F & 1 atm
%

Densitas

%Volume

g mol

CH 4

wt

40

32,8

19,60

0,09160

10,920

385

42

32,3

20,90

0,09000

11,110

405

44

31,7

22,30

0,08850

11,300

424

46

31,1

23,70

0,08690

11,500

443

48

30,6

25,20

0,08540

11,710

463

50

30,0

26,70

0,08380

11,930

482

52

29,5

28,30

0,08220

12,160

501

54

28,9

30,00

0,08070

12,390

520

56

28,4

31,70

0,07910

12,640

540

58

27,8

33,50

0,07760

12,890

559

60

27,2

35,40

0,07600

13,160

578

62

26,7

37,30

0,07440

13,430

598

Berat
CH4

lbs d.g/ft3

ft3/lb
d.g

LHV
Btu/ft3

13
Universitas Sumatera Utara

64

26,1

39,30

0,07290

13,720

617

66

25,6

41,40

0,07130

14,020

636

68

25,0

43,70

0,06980

14,340

655

70

24,4

46,00

0,06820

14,660

675

Biogas Kering

2.2.5 Kelebihan dan Kekurangan Biogas
Biogas memiliki beberapa kelebihan dan keuntungan dibandingkan dengan
bahan bakar gas lainnya seperti LPG dan CNG. Berikut ini adalah beberapa
kelebihan dan kekurangan biogas :


Kelebihan :
1. Energi yang terbaharukan dan tidak membutuhkan material yang
masih di gunakan sehingga tidak mengganggu keseimbangan karbon
dioksida.
2. Energi yang dihasilkan biogas dapat menggantikan bahan bakar fosil
(nilai kalor tinggi).
3. Ramah lingkungan.
4. Harga biogas murah.
5. Emisi gas buang yang rendah.



6. Menghasilkan pupuk organic yang berkulitas tinggi.
Kekurangan :
1. Memerlukan biaya instalasi yang cukup besar.
2. Belum dapat dikemas dalam bentuk cair dalam tabung.
3. Belum dikenal masyarakat luas.

2.3 Sistem Dua Bahan Bakar (Dual Fuel System)
Dual fuel system Dexlite-biogas adalah sistem bahan bakar yang

menggunakan dua jenis bahan bakar sekaligus di dalam bekerjanya motor bakar
sebagai motor penggerak yaitu bahan liquid (dexlite) dan bahan bakar gas
(biogas) melalui sedikit modofikasi mixer mesin pada bagian intake manifold
mesin diesel dan menggunakan gas injector untuk menyuplai biogas. Biogas yang
masuk bercampur dengan udara di mixer kemudian masuk ke dalam ruang bakar ,

14
Universitas Sumatera Utara

kemudian dari sisi lain bahan bakar liquid (dexlite) akan masuk sekaligus. Bahan
bakar yang terdiri dari dexlite,biogas, dan udara akan dikompresi di ruang bakar
untuk selanjutnya terbakar dan menghasilkan energy. Gambar mesin dengan
sistem dua bahan bakar ( dual fuel sistem) ditunjukkan pada gambar 2.2.

Gambar 2.2Mesin dengan sistem dua bahan bakar
Sumber : (Dual Fuel VTec conversions fromTecnoVeritas).
2.4 Mesin Diesel
Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” (Compresion
Ignition) 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. Mesin diesel merupakan jenis
mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Mesin diesel pertama kali
ditemukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1892. Prinsip kerja pembakaran motor
diesel yaitu udara segar dihisap masuk kedalam silinder atau ruang bakar
kemudian udara tersebut dikompressi oleh torak sehingga udara memiliki
temperatur dan tekanan yang tinggi, dan sebelum torak mencapai titik mati atas,
bahan bakar disemprotkan ke ruang bakar dan terjadilah pembakaran.
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 0C. 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

15
Universitas Sumatera Utara

motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk,
2001).
Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya
konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel
menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang
menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi
udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).
Menurut Willard W.P (1996) efisiensi termis motor diesel berada di bawah
50% sedangkan menurut Khovakh (1979), efisiensi termis berkisar pada 29% 42% dan sisanya adalah kerugian-kerugian energi. Energi kalor yang
dimanfaatkan oleh mesin tidaklah terlalu besar,sisanya merupakan kerugian kerugian energi, diantaranya energi kalor yang hilang akibat pendinginan mesin,
energi kalor yang hilang bersama gas buang, energi kalor yang hilang akibat
pembakaran tidak sempurna, energi kalor yang hilang karena kebocoran gas, dan
kehilangan lainnya akibat radiasi dan konveksi.
Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan
panas pada volume konstan. Siklus pembakaran dapat dilihat pada diagram P-V
dan T-S pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Diagram P-V dan T-S mesin diesel
Keterangan Gambar:
P

= Tekanan (atm)

T = Temperatur (K)

V

= Volume Spesifik (m3/kg)

S = Entropi (kJ/kg.K)

qin

= Kalor yang masuk (kJ)

qout

= Kalor yang dibuang (kJ)

16
Universitas Sumatera Utara

Keterangan Grafik:




Proses 1-2: adalah kompresi isentropik dimana piston bergerak dari TMB ke
TMA.
Proses 2-3: adalah proses perpindahan panas dari bahan bakar ke fluida kerja
(pembakaran). Proses ini terjadi saat piston berada di TMA atau terjadi secara




isovolum.
Proses 3-4: Proses ekspansi (proses menghasilkan daya) secara isentropik.
Proses 4-1: Proses pembuangan panas ke lingkungan dimana piston berada
pada TMB.

2.4.1 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. Prinsip kerja mesin diesel ditunjukkan pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Prinsip kerja mesin diesel
Sumber : (www. Scribd.Com /compression engine).
Keterangan :
1. Langkah Hisap
Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB
(Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang
menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum,sehingga udara murni
langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.
2. Langkah kompresi
Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua
katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar.

17
Universitas Sumatera Utara

Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm
dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).
3. Langkah Usaha
Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak
mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam
ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang
menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke
TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah
diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi.
Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat
sebelum torak mencapai TMB.
4. Langkah Buang
Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywhell akan menaikkan
kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka
sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju
exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.
2.4.2 Performansi Mesin Diesel
a. 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). Bedasarkan
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 nili 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
bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan
Dulong :

HHV = 33950 + 144200 (H2- ) + 9400 S .................................................... (2.1)

18
Universitas Sumatera Utara

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

= Persentase karbon dalam bahan bakar

H2

= Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2

= Persentase oksigen dalam bahan bakar

S

= Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan
bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya
kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu
satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran
sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari
jumlah mol hidrogennya.
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, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung
berdasarkan persamaan berikut :
LHV

= HHV – 2400 (M + 9 H2) .................................................... (2.2)

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
M

= Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

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).
b. 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

19
Universitas Sumatera Utara

merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya
menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk
mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan
antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari
daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin
tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi
semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan
demikian besar daya poros itu adalah :
...................................................................................... (2.3)
Dimana :
PB = daya ( W )
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm )
c. Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha
maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu
gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena
engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi
pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat
dynamometer . Skema operasi dynamometer ditunjukkan pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Skema operasi dynamometer
Sumber : (docplayer.dasar teori mesin diesel).
Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer
dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara

20
Universitas Sumatera Utara

menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan
menggunakan kopling elastik.
PB =

..................................................................................................... (2.4)

T =

.......................................................................................................... (2.5)

Dimana :
PB = Daya ( W )
T = Torsi ( Nm )
N = Putaran mesin ( rpm )
d. 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.
.................................................................................................. (2.6)

SFC =

.......................................................................... (2.7)
Dengan :
SFC

= konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h)

PB

= daya (W)
= konsumsi bahan bakar

sgf

= spesifik grafity

t

= waktu (jam)
e. Efisiensi Thermal
Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis
(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimium 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:
ηb =

3600 ............................................................................................. (2.8)

21
Universitas Sumatera Utara

f. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)
Energi yang masuk kedalam sebuah mesin

berasal dari pembakaran

bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang
dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya
reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang
dirumuskan sebagai berikut:
.............................................................................................. .(2.9)
...............................................................................................(2.10)
massa udara di dalam silinder per siklus

Dimana:

massa bahan bakar di dalam silinder per siklus
laju aliran udara didalam mesin
laju aliran bahan bakar di dalam mesin
tekanan udara masuk silinder
temperatur udara masuk silinder
konstanta udara
volume langkah (displacement)
volume sisa
g. Brake mean Effective Preasure (bmep)
Brake mean effective preasure (bmep) adalah

tekanan rata rata ruang

bakar untuk setiap satu kali siklus pembakaran. Untuk mesin 4 tak dengan 2 kali
putaran mesin setiap satu siklus pembakaran, nilai tekanan efektif rata-rata dapat
dicari dengan menggunakan rumus:
4

T = (bmep) Vd ....................................................................................... (2.11)

bmep =

............................................................................................... .(2.12)

Dimana :

= Daya keluaran (Watt)

N

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

bmep = Tekanan efektif rata-rata (kPa)
Vd

= Volume ruang bakar (m3)

22
Universitas Sumatera Utara

2.5 Tinjauan Nilai Ekonomis
Nilai ekonomis adalah nilai yang dimiliki oleh suatu benda yang bisa
diperhitungkan dengan nilai uang sejak dia memasuki masa produktif sampai
dengan habisnya masa produktif tersebut. Nilai ekonomis bahan bakar erat
kaitannya dengan konsumsi bahan bakar spesifik (SFC). Dimana dihitungnya
jumlah harga dari banyaknya bahan bakar yang habis selama penyalaan mesin
dalam waktu tertentu.
Untuk menghitung nilai ekonomis dari tiap bahan bakar, rumus yang
digunakan adalah :
/kg ................................... (2.13)

2.6 Blower
Blower adalah mesin atau alat yang digunakan untuk menaikkan atau

memperbesar tekanan udara atau gas yang akan dialirkan dalam suatu ruangan
tertentu juga sebagai pengisapan atau pemvakuman udara atau gas tertentu.
Mesin blower termasuk bagian dari mesin fluida. Mesin fluida adalah mesin yang
mengubah kerja menjadi energi mekanis fluida yaitu energi potensial dan energi
kinetic atau sebaliknya. Suatu pompa sentrifugal atau blower sentrifugal pada
dasarnya terdiri dari satu impeller atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu
yang dipasangkan pada poros yang berputar dan diselubungi oleh rumah
(casing).Blower merupakan alat penghasil angin (beda dengan fan). Cara kerjanya
seperti kipas angin tetapi angin dikumpulkan didalam rumah keong dan
dihembuskan dengan tekanan yang relatif lebih tinggi dibandingkan hembusan
kipas angin. Berikut ini adalah gambaran sistem kerja blower yang ditunjukkan
pada gambar 2.6.( http://www.pusathardware.com/products/blower-keong).

23
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6 Blower rumah keong
2.7 Supercharger
Supercharger mesin pertama dunia yang bisa digunakan dan diuji diciptakan

oleh Dugald Clerk, dimana dia menggunakannya pertama kali pada mesin 2-tak
pada tahun 1878. Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk
tekanan atmosfer yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke ruang
bakar. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan bakar dibakar di dalam
sebuah silinder mesin. Jika udara dipaksa lebih banyak ke dalam silinder, maka
bahan bakar akan lebih banyak yang akan terbakar.
Mesin beroperasi dengan udara terkompresi pada tekanan atmosfer, yaitu 1
bar. Ketika katup intake silinder terbuka, tekanan atmosfer mendorong udara ke
dalam silinder disaat piston diturunkan. Ketika katup buang terbuka, piston
mendorong gas buang keluar ke dalam sistem knalpot, pada tekanan atmosfer
normal. Semua sistem ini berada pada tekanan udara yang sama. Pada mesin
tersebut, timing katup, timing camshaft & ukuran knalpot sangat penting untuk
mendapatkan output daya yang maksimum.
Dalam sistem supercharger , laju aliran massa udara yang lebih besar akan
dipasok atau dimasukkan ke ruang bakar, sehingga kerapatan udara yang lebih
tinggi dan kecepatan aliran udara yang lebih tinggi pula. Tekanan udara yang
masuk keruang bakar akan meningkat, sehingga daya akan meningkat akibat
pembakaran yang lebih sempurna (Darmanto, S. 2012).
Supercharger

membutuhkan

sumber

putaran

untuk

menggerakan

komponennya, sumber putarannya biasanya diambil dari tenaga mesin, sehingga
hal ini akan mengurangi performansi mesin. Namun semua itu akan tertutupi oleh
daya yang dihasilkan setelah penggunaan alat ini. Keunggulan dari supercharger
ini, efek peningkatan performansi mesin terasa lebih spontan dibanding
penggunaan turbocharger , dimana mulai dari putaran rendah sudah terjadi
kenaikkan tenaga. Tidak seperti halnya pada penggunaan turbocharger , dimana
efek penambahan performansi mesin akan dirasakan pada saat rpm 3000 ke atas,
sehingga akan terasa kurang pada hal akselerasi pada rpm rendah, ditambah
dengan tenaga yang digunakan untuk memutar turbin berasal dari gas buang

24
Universitas Sumatera Utara

pembakaran, sehingga akan menghambat pelepasan kalor dari ruang bakar.
Prinsip kerja supercharger ditunjukkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7 Prinsip kerja supercharger

2.8 Generator
Generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang
terdiri dari stator (kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar). Generator
akan dikopel pengan mesin penngerak yang selanjutnya akan menghasilka daya.
Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskan bahwa mesin memutar
rotor

pada generator sehingga

timbul

medan

magnet

pada

kumparan

stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan
rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz.
Generator ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Generator
Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan
di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban

25
Universitas Sumatera Utara

akan menghasilkan daya listrik, atau dalam rumusan fisika sebagai P dapat
diperoleh dengan:
P = V x I ......................................................................................................... .(2.14)
Dimana: P

= daya (Watt)

V

= Tegangan (Volt)

I

= Arus ( Ampere)

Dalam aplikasi dijumpai bahwa generator terdiri dari genset 1 phasa atau 3
phasa. Pengertian 1 phasa atau 3 phasa adalah merujuk pada kapasitas tegangan
yang dihasilkan oleh genset tersebut. Tegangan 1 phasa artinya tegangan yang
dibentuk dari kutub L yang mengandung arus dengan kutub N yang tidak berarus,
atau berarus No.l atau sering dikenal sebagai Arde atau Ground. Sedangkan
tegangan 3 phase dibentuk dari dua kutub yang bertegangan. Genset tiga phase
menghasilkan tiga kali kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN,
kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt,
sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.
Daya listrik dalam ilmu fisika merupakan besaran vektor, artinya besaran
yang memiliki besar dan arah, tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan
gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Di Indonesia, frekuensi tegangan
dan arus ditetapkan sebesar 50 Hz, dimana hal ini mengikuti standar frekuensi di
Belanda atau negara-negara Eropa, sedangkan di negara Amerika Serikat dan
Kanada menggunakan frekuensi 60 Hz.

2.9 Emisi Gas Buang
Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam mesin
pembakaran dalam, mesin pembakaran luar, mesin jet yang dikeluarkan melalui
sistem pembuangan mesin.
Untuk mesin Diesel emisi gas buang yang dilihat adalah opasitas (ketebalan
asap), kandungan HC dan CO. Adapun Standart emisi gas buang berdasarkan
peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang
batas emisi gas buang ditunjukkan pada gambar 2.9.

26
Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9 standar Uji Emisi Gas Buang
Sumber : Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006
Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang
2.9.1. Sumber
Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.Polutan primer
seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke
udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan.
Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan
yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.
2.9.2 Komposisi Kimia
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik
mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen,
nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan
lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen
oksida, ozon dan lainnya.

27
Universitas Sumatera Utara

2.9.3. Bahan Penyusun
Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi
padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat
bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer
dan bercampur dengan udara bebas.
a.) Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan
fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan
tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara,
sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga
mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja
pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.
Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam
silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka
akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat
atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur
tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di
dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana
terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan
diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat
dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang
keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.
b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)
Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena
campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus
bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang
pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak
hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu
pemanasan.
Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang
meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran
hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan

28
Universitas Sumatera Utara

bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara
silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by
gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan

gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama
disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas
mampu bakar.
c.) Karbon Monoksida (CO)
Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida
(CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2)
sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa
yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang
tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan
bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna
karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih
gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban
rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan
jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida
tidak terbentuk.
d.) Oksigen (O2)
Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen
tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan
mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO)
merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen
dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas
yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi
antara N2 dan O2 pada temperature tinggi di atas 1210oC. Persamaan reaksinya
adalah sebagai berikut:
O2

2O

N2+O

NO+N

N+O2

NO+O

29
Universitas Sumatera Utara

2. 10 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar
Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia cepat antara bahan bakar
(hidrokarbon) dengan oksigen dari udara. Proses pembakaran ini tidak terjadi
sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap yang
ditunjukkan pada gambar 2.10.

Gambar 2.10 Grafik tekanan versus sudut engkol
Pada gambar dapat dilihat tekanan udara akan naik selama langkah kompresi
berlangsung. Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA bahan bakar mulai
disemprotkan. Bahan bakar akan segera menguap dan bercampur dengan udara
yang sudah bertemperatur tinggi. Oleh karena temperaturnya sudah melebihi
temperatur penyalaan bahan bakar, bahan bakar akan terbakar sendiri dengan
cepat. Waktu yang diperlukan antara saat bahan bakar mulai disemprotkan dengan
saat mulai terjadinya pembakaran dinamai periode persiapan pembakaran(1).
Sesudah melampaui periode persiapan pembakaran, bahan bakar akan terbakar
dengan cepat, hal tersebut dapat dilihat pada grafik sebagai garis lurus yang
menanjak, karena proses pembakaran tersebut terjadi dalam suatu proses
pengecilan volume (selama itu torak masih bergerak menuju TMA). Sampai torak
bergerak kembali beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, tekanannya masih
bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanannya berkurang. Hal ini disebabkan
karena kenaikan tekanan yang seharusnya terjadi dikompensasi oleh bertambah
besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergeraknya torak dari TMA ke
TMB.
Periode pembakaran. Ketika terjadi kenaikan tekanan yang berlangsung
dengan cepat (garis tekanan yang curam dan lurus, garis BC pada grafik) dinamai
periode pembakaran cepat (2). Periode pembakaran ketika masih terjadi kenaikan

30
Universitas Sumatera Utara

tekanan sampai melewati tekanan yang maksimum dalam tahap berikutnya (garis
CD), dinamai periode pembakaran terkendali (3). Dalam hal terakhir ini jumlah
bahan bakar yang masuk ke dalam silinder sudah mulai berkurang, bahkan
mungkin sudah dihentikan. Selanjutnya dalam periode pembakaran lanjutan (4)
terjadi proses penyempurnaan pembakaran dan pembakaran dari bahan bakar yang
belum sempat terbakar. Laju kenaikan tekanan yang terlalu tinggi tidaklah
dikehendaki karena dapat menyebabkan beberapa kerusakan. Maka haruslah
diusahakan agar periode persiapan pembakaran terjadi sesingkat-singkatnya
sehingga belum terlalu banyak bahan bakar yang siap untuk terbakar selama
waktu persiapan pembakaran. Karena itu segenap usaha haruslah ditujukan untuk
mempersingkat periode persiapan pembakaran, antara lain dengan cara sebagai
berikut :
1. Menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi
2. Memperbesar tekanan dan temperatur udara masuk
3. Memperbesar volume silinder sedemikian rupa sehingga dapat
diperoleh perbandingan luas dinding terhadap volume yang sekecilkecilnya untuk mengurangi kerugian panas
4. Menyemprotkan bahan bakar pada saat yang tepat dan mengatur
pemasukan jumlah bahan bakar yang sesuai dengan kondisi
pembakaran
5. Menggunakan jenis bahan bakar yang sebaik-baiknya
6. Mengusahakan

adanya

gerakan

udara

yang

turbulen

untuk

menyempurnakan proses pencampuran bahan bakar udara
7. Menggunakan jumlah udara untuk memperbesar kemungkinan
bertemunya bahan bakar dengan oksigen dari udara.
Hal tersebut terakhir merupakan persyaratan mutlak bagi motor Diesel
karena proses pencampuran bahan bakar-udara hanya terjadi dalam waktu yang
singkat. Jadi, bahan bakar yang sebaiknya digunakan pada motor Diesel adalah
jenis bahan bakar yang dapat segera terbakar (sendiri), yaitu yang dapat
memberikan periode persiapan pembakaran yang pendek. Sebagai bahan bakar
standar dipergunakan bahan bakar hidrokarbon rantai lurus, yaitu hexadecane atau

31
Universitas Sumatera Utara

cetane (C16H34) dan alpha-methylnaphtalene yang ditunjukkan pada gambar 2.11

dan 2.12.

Gambar 2.11 C16H34 (hidrokarbon rantai lurus)

Gambar 2.12 alpha-methylnaphtalene
C16H34 adalah bahan bakar dengan periode persiapan pembakaran yang
pendek, kepadanya diberikan angka 100 (bilangan setana = 100). Sedangkan
alpha-methylnaphtalene mempunyai periode pembakaran yang panjang, jadi tidak

baik dipergunakan sebagai bahan bakar motor Diesel, kepadanya diberikan angka
0 (bilangan setana = 0).
Bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih tinggi menunjukkan
kualitas bahan bakar yang lebih baik untuk motor diesel. Bahan bakar motor
Diesel komersial yang diperdagangkan mempunyai bilangan setana antara 35-55.
Pada umumnya boleh dikatakan bahan bakar hidrokarbon dengan struktur atom
rantai lurus mempunyai bilangan setana lebih tinggi daripada bahan bakar dengan
struktur atom yang rumit. Motor Diesel kecepatan tinggi sebaiknya menggunakan
bahan bakar dengan bilangan setana yang tinggi.
Demikianlah secara umum boleh dikatakan bahwa bahan bakar yang baik
untuk motor Diesel adalah bahan bakar yang memiliki bilangan setana tinggi;
viskositas yang rendah untuk mengurangi tekanan penyemprotan; sifat melumas
yang baik supaya tidak merusak pompa tekanan tinggi; bulk modulus yang tinggi
untuk memudahkan penyemprotan, dan titik didih yang tinggi supaya tidak mudah

32
Universitas Sumatera Utara

menguap. Selain itu diusahakan agar kadar belerang dan aromatiknya rendah serta
adanya aditif untuk meningkatkan mutu bahan bakar.
Pembakaran dikatakan sempurna bila campuran bahan bakar dan oksigen
(dari udara) mempunyai perbandingan yang tepat, hingga tidak diperoleh sisa.
Bila oksigen terlalu banyak, dikatakan campuran “lean” (kurus), pembakaran ini
menghasilkan api oksidasi. Sebaliknya, bila bahan bakarnya terlalu banyak (atau
tidak cukup oksigen), dikatakan campuran “rich” (kaya), pembakaran ini
menghasilkan api reduksi. Proses yang terjadi dalam pembakaran adalah oksidasi
dengan reaksi dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 Proses pembakaran mesin diesel
Produk pembakaran campuran udara-bahan bakar dapat dibedakan menjadi :
1.

Pembakaran sempurna (Pembakaran ideal)
Setiap pembakaran sempurna menghasilkan karbon dioksida dan air.
Peristiwa ini hanya dapat berlangsung dengan perbandingan udara-bahan
bakar stoikiometris dan waktu pembakaran yang cukup bagi proses ini.

2.

Pembakaran tak sempurna
Peristiwa ini terjadi bila tidak tersedia cukup oksigen. Produk pembakaran
ini adalah hidrokarbon terbakar maka aldehide, ketone, asam karbosiklis dan
sebagian karbon monoksida menjadi polutan dalam gas buang.

3.

Pembakaran dengan udara berlebihan
Pada kondisi temperatur tinggi, nitrokgen dan oksigen dari udara
pembakaran akan bereaksi dan akan membentuk oksida nitrogen (NO dan
NO2

33
Universitas Sumatera Utara