BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar - Pengaruh Besar Medan Magnet Terhadap Prestasi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Motor Bakar

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang menggembirakansejaktahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan sehingga tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang mendorong piston, langkah berikutnya gas pembakaran dibuang. Piston kembali bergerak menghisap campuran bahan bakar udara dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500 buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm.

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar.Sebagai contoh mesin uap,dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.

Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan fluida kerja yang banyak dan efisiensi totalnya lebih tinggi. Sedangkan mesin pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan lebih beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar gas, sehingga mesin pembakaran luar banyak dipakai untuk keluaran daya yang besar dengan bahan bakar murah. Pembangkit tenaga listrik banyak menggunakan mesin tenaga uap. Untuk kendaran transport, mesin uap tidak banyak dipakai dengan pertimbangan kontruksinya yang besar dan memerlukan fluida kerja yang banyak.

Mesin pembakaran luar mempunyai konsruksi yang lebih rumit dan kompleks sehingga membutuhkan tempat atau ruang instalasi yang cukup besar. Akan tetapi, mesin pembakaran luar mempunyai keuntungan yakni mempunyai getaran yang cukup kecil, dapat mengkonsumsi bakar bakar beragam mulai dari bahan bakar padat, cair sampai bahan bakar gas dengan kualitas yang rendah sekalipun sehingga banyak digunakan sebagai pusat pembangkit tenaga yang membutuhkan keluaran daya yang besar dengan bahan bakar murah.

Misalnya : Mesin uap torak, turbin gas, turbin uap, dan sebagainya. 2. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)

Motor pembakaran dalam dikembangkan oleh Motos Otto, atau Beau de Roches merupakan mesin pengonversi energi tak langsung, yaitu dari energi bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru menjadi energi mekanis. Energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan langsung menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar motor premium adalah isooktan (C8H18). Efisiensi dalam mengkonversi energinya berkisar 30%. Hal ini karena kerugian 50% (panas, gesek / mekanis, dan pembakaran tak sempurna). Contohnyamesin otto dengan menggunakan busi sebagai pemantik bunga api, mesin diesel yang memampatkan udara dengan rasio kompresi yang tinggi, mesin wankel (rotary) dengan gerak torak berputar. Kelebihan mesin pembakaran dalam :

1. Konstruksi yang lebih sederhana

2. Bahan bakar lebih irit dan biaya awal lebih murah 3. Tidak memerlukan fluida kerja yang banyak

4. Cocok untuk tenaga penggerak pada kendaraan karena hanya membutuhkan ruang lebih ringkas

Gambar 2.1 Asal Mula Tenaga[12]

2.1.1. Mesin Siklus 4 Langkah

Motor bakar bekerja melalui mekanisme langkah yang terjadi berulang-ulang atau periodik sehingga menghasilkan putaran pada poros engkol. Sebelum terjadi proses pembakaran di dalam silinder, campuran udara dan bahan-bakar harus dihisap dulu dengan langkah hisap. Pada langkah ini, piston bergerak dari TMA menuju TMB, katup isap terbuka sedangkan katup buang masih tertutup.

Setelah campuran bahan-bakar udara masuk silinder kemudian dikompresi dengan langkah kompresi, yaitu piston bergerak dari TMB menuju TMA, kedua katup isap dan buang tertutup. Karena dikompresi volume campuran menjadi kecil dengan tekanan dan temperatur naik, dalam kondisi tersebut campuran bahan-bakar udara sangat mudah terbakar. Sebelum piston sampai TMA campuran dinyalakan terjadilah proses pembakaran menjadikan tekanan dan temperatur naik, sementara piston masih naik terus sampai TMA sehingga tekanan dan temperatur semakin tinggi. Setelah sampai TMA kemudian torak didorong menuju TMB dengan tekanan yang tinggi, katup isap dan buang masih tertutup.

Proses pengeluaran gas pembakaran disebut dengan langkah buang. Setelah langkah buang selesai siklus dimulai lagi dari langkah isap dan seterusnya. Piston bergerak dari TMA-TMB TMA-TMB-TMA membentuk satu siklus. Ada satu langkah tenaga dengan dua putaran poros engkol. Motor bakar yang bekerja dengan siklus lengkap tersebut diklasifikasikan masuk golongan motor 4 langkah.

Gambar 2.2 Siklus 4 Langkah[13]

2.2 Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah

mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakardinyalakan oleh suhu tinggi gas yang

dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).

Mesin diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin diesel terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala.

Cara kerja mesin diesel ini adalah udara masuk ke dalam ruang bakar mesin diesel

dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin

(Before Top Dead Center), bahan bakar diesel diijeksikan ke ruang bakar dalam tekanan

tinggi melalui nosel supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil

pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat, ledakan tertutup ini menyebabkan

gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah

dan menghasilkan tenaga linear. Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan

dengan pemasukan panas pada tekanan konstan.

2.2.1 Siklus Ideal Diesel

Siklus Diesel adalah siklus ideal untuk mesin torak pengapian-kompresi yang pertama kali dinyatakan oleh Rudolph Diesel tahun 1890. Prinsip kerjanya sama halnya dengan mesin torak pengapian-nyala, yang dinyatakan oleh Nikolaus A. Otto tahun 1876, hanya perbedaan utamanya dalam hal metode inisiasi pembakarannya. Pada mesin torak pengapian-nyala (disebut juga mesin bensin) campuran udara-bahan bakar dikompresi ke temperatur di bawah temperatur pembakaran-sendiri (auto-ignition) dari bahan bakarnya, kemudian proses pembakarannya diinisiasi oleh percikan bunga api dari busi. Sedangkan pada mesin torak pengapian kompresi (disebut juga mesin diesel), udara dikompresi ke temperatur di atas temperatur auto-igniton dari bahan bakarnya, kemudian pembakaran dimulai saat bahan bakar yang diinjeksikan kontak dengan udara panas tersebut. Jadi, pada mesin diesel, busi dan karburator digantikan oleh peranan penginjeksi bahan bakar (fuel-injector).

Siklus Diesel terdiri dari :

1-2 Proseskompresiisentropik.

2-3 Prosespemasukankalorpadatekanankonstan. 3-4 Prosesekspansi isentropik

Gambar 2.3 Diagram P-v Mesin Diesel[6] Keterangan Gambar:

P = Tekanan (atm)

V = Volume Spesifik (m3/kg) qin = Kalor yang masuk (kJ) qout = Kalor yang dibuang (kJ)

2.2.2 Efisiensi Termal Siklus Diesel (dengan menggunakan asumsi udara dingin standard)

Gambar 2.4 Diagram T-S Mesin Diesel

qout = Kalor yang dibuang (kJ Keterangan siklus :

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

2.2.3Prinsip 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 :

a). Langkah Hisap

Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), katup masuk terbuka. Udara murni terhisap melalui filter udara, masuk ke dalam selinder akibat terjadinya kevakuman dalam ruang silinder karena terjadi pembesaran volume ruang di atas torak (gerak dari TMA ke TMB).

b). Langkah Kompresi

Poros engkol terus berputar, pistonbergerak dari TMBke TMA, kedua katup tertutup.Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur 500⁰-800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

c). Langkah Usaha

Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB.

d). Langkah Buang

Poros engkol masih terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembekaran terdorong keluar dari ruang bakar (ruang silinder di atas torak) menuju udara luar melalui katup buang yang terbuka. Karena gas sisa tersebut masih bertekanan tinggi.

Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus tersebut tidak ada yang terputus. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Langkah kerja mesin diesel 4 langkah[14]

2.2.4 Penyemprotan Bahan Bakar

Penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dilaksanakan dengan menggunakan sebuah alat yang dinamai penyemprot bahan bakar. Di samping beberapa persyaratan lain yang diperlukan, bahan bakar yang disemprotkan itu harus habis terbakar sesuai dengan prestasi yang diharapkan. Dapat dikatakan fungsi penyemprot bahan bakar adalah :

1. Memasukkan bahan bakar ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan 2. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan yang diminta;

3. Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakar sempurna dalam waktu yang ditetapkan.

Tekanan udara di dalam silinder sudah sangat tinggi (35-50 atm) ketika bahan bakar disemprotkan. Dengan sendirinya tekanan penyemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. Kelebihan tekanan itu juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penyemprotan (kecepatan bahan bakar ke luar dari penyemprot) tertentu, yaitu sesuai dengan derajat pengabutan yang diinginkan. Makin besar kecepatan penyemprotan makin tinggi derajat pengabutannya. Kecepatan tersebut dapat mencapai 400 m/detik dengan tekanan penyemprotan 70-1000 kg/cm2.

Komponen penyemprot yang mengatur bentuk pancaran bahan bakar dinamai nosel. Tekanan penyemprotan dihasilkan oleh pompa bahan bakar tekanan tinggi yang berdiameter antara 1,5 - 4 mm (bergantung pada jumlah bahan bakar yang disemprotkan) bahan bakar mengalir ke penyemprot dan akhirnya masuk ke ruang tekanan di dalam nosel. Di dalam nosel, katup menutup lubang nosel karena adanya gaya pegas yang besarnya dapat diatur sesuai dengan tekanan penyemprotan yang dikehendaki. Apabila gaya bahan bakar yang ada di dalam ruang tekanan tersebut lebih besar daripada gaya pegas, katup nosel akan terangkat sehingga lubang nosel terbuka. Dengan kecepatan tinggi, mengalirlah bahan bakar ke dalam silinder melalui lubang nosel. Jadi, bahan bakar barulah dapat masuk ke dalam ruang bakar apabila tekanannya cukup besar untuk melawan gaya pegas yang menekan katup nosel itu.

2.2.5 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.

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 sekecil-kecilnya 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.

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 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.

Gambar 2.7 C16H34 (hidrokarbon rantai lurus)[15]

Gambar 2.8alpha-methylnaphtalene[16]

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.

yang baik supaya tidak merusak pompa tekanan tinggi; bulk modulus yang tinggi untuk memudahkan penyemprotan, dan titik didih yang tinggi supaya tidak mudah menguap. Selain itu diusahakan agar kadar belerang dan aromatiknya rendah serta adanya aditif untuk meningkatkan mutu bahan bakar.

2.2.6 Prestasi Motor Diesel

Bagian ini membahas tentang prestasi mesin pembakaran dalam. Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah :

a. Torsi

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dinamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dinamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake power. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan memiliki satuan N-m atau lbf-ft.

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 :

𝑃𝐵 = 2𝜋.(₆₀𝑛.𝑇) ... (2.3)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)

ṁf= konsumsi bahan bakar

sgf = spesifik grafity t = waktu (jam)

d. Air Fuel Ratio (AFR)

dioksida, neon, helium, metana, dan gas-gas lainnya. Pada pembakaran, oksigen merupakan komponen reaktif dari udara. Bahan bakar yang digunakan di dalam motor bakar merupakan campuran dari berbagai komponen hidrokarbon yang didapat melalui proses penyulingan minyak maupun minyak kasar. Bahan bakar ini didominasi oleh karbon dan hidrogen (sekitar 86% karbon, dan 14% hidrogen) walaupun demikian bahan bakar diesel bisa mengandung kadar sulfur hingga 1%. Pada pengujian mesin, aliran massa udara dan aliran massa bahan bakar biasanya diukur. AFR merupakan rasio aliran massa udara dengan aliran massa bahan bakar yang terjadi di dalam ruang bakar.

𝐴𝐹𝑅=𝑚𝑎

Rentang AFR yang normal untuk mesin berpenyalaan kompresi (mesin diesel) dengan bahan bakar diesel adalah 18 ≤ AFR ≥ 70(Pulkrabek, 1997) [5]

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 = 𝑃𝐵 𝑚𝑓 . 𝐶𝑉𝑥

3600 ... (2.7)

f. Efisiensi Volumetris

lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (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. Jika daya keluaran PB dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka:

ηb = 3600 x ηm..._(2.8)

g. Heat Loss pada Saluran buang

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 2.9 di bawah ini.

% Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta )………...(2.9) 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.

2.2 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 oC–340 oC.Minyak so lar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel (Pertamina: 2005).

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Solar

Untuk dapat menyala dan terbakar bahan bakar solar harus sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Minyak solar 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, mutu nyala dan (Mathur, Sharma, 1980).

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 alpha-metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% 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. . CN yang tinggi berarti waktu tunda penyalaan lebih singkat. Bahan bakar diesel (solar) memiliki 3 jenis kategori, yaitu :

1. Solar kategori I: memiliki CN minimum 48 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 5000 ppm.

2. Solar kategori II: memiliki CN minimum 52 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 300 ppm.

3. Solar kategori III: memiliki CN minimum 54 serta bebas kandungan sulfur.

b. Viskositas.

injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor. Viskositas yang lebih tingi akan membuat bahan bakar teratomisasi menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki kecenderungan untuk bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin.Bahan bakar dengan viskositas lebih rendah memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran, sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan atau lubrikasi dari bahan bakar. Viskositas yang relatif tinggi mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik. Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat.

c. Titik nyala( flash point).

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 o

C.

d. Berat Jenis

Berat jenis menunjukkan perbandingan berat per satuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berat jenis bahan bakar diesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D287 atau ASTM D1298 dan mempunyai satuan kilogram per meter kubik (kg/m3).

e. Mutu penyalaan.

diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.

f. 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 %. Kadar sulfur dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan pertama (straight-run) sangat bergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah. Pada umumnya, kadar sulfur dalam bahan bakar diesel adalah 50-60% dari kandungankandungan dalam minyak mentahnya. Kandungan sulfur yang berlebihan dalam bahan bakar diesel dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran dan dapat juga disebabkan karena keberadaan oksida belerang seperti SO2 dan SO3. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metode ASTM D1551.

Tabel 2.1 Spesifukasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675K/DJM/2006

No

Karakteristik UNIT Batasan Metode UJI

ASTM/LAIN

20 Penampilan Visual - Jernih dan terang

21 Warna No. ASTM - 3,0 D-1500

g.Titik Tuang.

h. Sifat korosif.

Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa.

i. 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%.

j. Residu karbon.

Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %..

k. Indeks Diesel

Indeks diesel adalah suatu parameter mutu penyalaan pada bahan bakar mesin diesel selain angka setana. Mutu penyalaan dari bahan bakar diesel dapat diartikan sebagai waktu yang diperlukan untuk bahan bakar agar dapat menyala di ruang pembakaran dan diukur setelah penyalaa. Nilai indeks diesel dipengaruhi oleh titik anilin dan berat jenisnya.

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). 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.

a. Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV),

HHV = 33950 + 144200 (H2-𝑂2

8) + 9400 S ... (2.9)

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

b. 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) ... (2.10) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

2.5. Magnet

2.5.1 Asal Kemagnetan

Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt.Kemagnetan adalah suatu penomena material yang memperlihatkan suatu pengaruh gaya tarik atau gaya tolak terhadap material lain. Gaya bekerja pada sustu jarak tertentu dan dapat dianalisis dalam bentuk medan magnet. Seluruh material yang mempunyai sifat magnet seperti besi, nikel, dan kobalt, mempunyai kutub utara (N, north) dan kutub selatan (S, south). Kutub yang sejenis akan tolak-menolak dan kutub yang tidak sejenis akan tarik menarik. Gambar berikut memperlihatkan peristiwa ini.

Gambar 2.9 Kutub-kutub magnet[17]

2.5.2 Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang dipengaruhi oleh gaya magnet. Area medan magnet itu biasa ditunjukkan dengan garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet tersebut saling bertemu di ujung kedua kutubnya. Efek kemagnetan dapat dihasilkan melalui berbagai macam cara. Melalui eksperimen, orang mendapatkan bahwa arus listrik (muatan) yang bergerak menimbulkan

medan magnet. Peristiwa ini dimanfaatkan untuk membuat elektromagnet, yaitu magnet

yang bekerja apabila dialiri arus listrik. Elektromagnet digunakan dalam motor listrik,

dalam bel listrik, dan juga dalam generator listrik.

Medan magnet juga dapat dihasilkan oleh sebatang magnet permanen, yang sifat

kemagnetannya tidak tergantung dari ada atau tidaknya aliran listrik. Magnet permanen

dibuat melalui sebuah proses khusus sehingga kekuatan magnetnya tidak akan hilang

sekejap dan dapat bertahan dalam jangka waktu yang cukup lama. Berikut ini gambar

medan magnet dan garis gaya magnet.

.Gambar 2.10 Fluks Medan Magnet[18]

Medan magnet yang dihasilkan dari magnet permanen dapat dijelaskan melalui

teori mengenai atom. Atom tersusun dari partikel-partikel yang bermuatan, yakni proton

dan elektron yang bergerak konstan dan simultan. Kejadian yang menyebabkan timbulnya

medan magnetik pada atom adalah:

1. Spin inti. Beberapa inti, seperti atom hidrogen, memiliki keadaan spin tetap yang menghasilkan medan magnet

2. Spin elektron. Elektron mempunyai spin yang dapat berputar menurut arah jarum jam

atau berlawanan arah jarum jam atau - Spin dari partikel bermuatan dapat

menimbulkan medan magnet kecil atau momen magnet.

3. Pergerakan Orbital Elektron. Elektron yang berputar mengelilingi intinya akan

Setiap benda yang memiliki sifat kemagnetan dapat disebut magnet. Bila magnet

diletakkan pada serbuk besi, serbuk besi akan menempel pada ujung-ujung dari magnet

dan tidak ada yang menempel pada bagian tengah magnet. Bagian magnet yang

mempunyai kemagnetan yang kuat disebut kutub magnet. Kutub magnet ada dua macam

yaitu Utara (U) dan Selatan (S).

Bila serbuk besi ditaburkan di atas kaca dan sebuah magnet yang berbentuk tapal

kuda ditempatkan di bawah kaca, serbuk besi akan membentuk formasi seperti gambar

dibawah. Ini menandakan bahwa serbuk besi dipengaruhi oleh kedua kutub utara (U) dan

selatan (S) dari magnet tersebut.

Gambar 2.11 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet.[19]

Serbuk besi nampaknya tersebar disepanjang garis-garis yang tidak terlihat.

Garis-garis ini disebut Garis-garis gaya magnet[magnetic line)dan secara keseluruhan disebut fluksi

magnet{magnetic flux).Garis-garis gaya magnet akan selalu ada meskipun serbuk besi

tidak ditaburkan di sekeliling magnet.

Bila kutub U suatu magnet dan kutub S magnet lainnya didekatkan satu dengan

yang lainnya di bawah sepotong kaca, dengan serbuk besi tersebar di atasnya, dengan

mudah dikatakan bahwa saling tertarik satu dengan yang lainnya,

Karakteristik yang dimiliki oleh Fluksi magnet diantaranya adalah :

1. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau

magnet-magnet.

2. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum

berada dalam fluksi

2.5.3 Sifat Kemagnetan Bahan

Sifat magnetik bahan dipengaruhi oleh elektron dalam atom. Momen magnetik

dihasilkan karena lintasan mengelilingi inti memberikan sifat diamagnetik. Momen

magnetik karena putaran elektron pada sumbunya menyebabkan sifat paramagnetik dan

feromagnetik. Seperti diketahui, semua elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti

atom, dan karena tiap elektron berputar terus-menerus pada sumbunya, maka semua atom

dapat diduga juga akan memperlihatkan sifat kemagnetan.

Sifat kemagnetan bahan bermacam-macam, ada yang lemah, sedang dan bahkan

ada pula yang kuat. Sifat kemagnetan secara langsung dipengaruhi juga oleh arah spin

elektron yang dimiliki oleh atom-atom penyusun material tersebut. Sifat-sifat kemagnetan

yang secara umum dikenal adalah :

1. Diamagnetik. Bahan diamagnetik keseluruhan spin elektronnya saling berpasangan

sehingga keadaan akhir spinnya seimbang. Komponen diamagnetik akan mengalami

penolakan secara lemah oleh magnet. Contohnya: Bismuth, timbal, antimon, air raksa, emas, air, phosphor, dan tembaga.

2. Paramagnetik. Bahan paramagnetik memiliki beberapa elektron yang spin-spinnya

tidak berpasangan. Komponen paramagnetik akan ditarik oleh magnet, namun tidak

akan terlalu kuat. Contoh: platina, magnesium, dan alumunium

3. Ferromagnetik. Pada substansi dasar ferromagnet terdapat spin-spin elektron yang tidak berpasangan dan tertahan dalam posisi sejajar oleh proses yang disebut kopling

ferromagnetik (ferromagnetic coupiing). Komponen Ferromagnetik seperti baja

secara kuat tertarik menuju magnet. Contoh : nikel, baja, besi, dan kobalt.

2.5.4 Magnetic Flux Density

Magnetic Flux Density (magnetic field strengh) adalah jumlah fluks magnet yg

keluar dari kutub magnet tiap satuan luas. Dapat dinyatakan dalam satuan Tesla atau

Gauss (1 T = 10" G). Kuat medan magnet ini menunjukkan energi magnet yang dapat

diberikan oleh suatu sumber magnet. Dalam penggunaannya sebagai penghemat bahan

bakar, besar kuat medan magnet yang optimal sangatlah bervariasi, terutama sekali

tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan, laju aliran bahan bakar, dan volume

silinder (cc) mesin yang menggunakannya. Magnetizer Inc. secara umum menyebutkan

nilai gauss rata-rata antara 1000 - 3500 untuk kendaraan yang berbahan bakar bensin.

bakar hidrokarbon umum. Sedangkan Peter Kulish merekomendasikan kekuatan gauss

4500 - 12000 untuk mengubah bentuk isomer dari parahidrogen menjadi orto.

2.6 Efek Magnetisasi Pada Bahan Bakar Solar

2.6.1 Reaktifitas Molekul

Adanya medan magnet statis yang besar, awan elektron mengelilingi molekul

sehingga molekul tersebut bersifat magnet terpolarisasi dan memberikan kenaikan pada

medan kecil. Posisi inti atom, pada medan tersebut sesungguhnya tidak tergantung

sekitarnya, akan tetapi juga sekeliling molekul sendiri. Pada keadaan cair, reorientasi

molekul terjadi secara acak.

Jika atom diletakkan dalam magnet yang seragam, elektron yang mengelilingi inti

menjadi berputar. Perputaran ini menyebabkan medan magnet sekunder yang arahnya

berlawanan dengan arah medan magnet yang diberikan. Ketika solar masih berada dalam

tangkinya, molekul hidrokarbon yang merupakan penyusun utama bensin cenderung

untuk saling tertarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol

(clustering). Pengelompokkan ini akan terus berlangsung, sehingga menyebabkan

molekul-molekul hidrokarbon tidak saling terpisah atau tidak terdapat cukup waktu untuk

saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen di dalam ruang bakar. Akibat buruk

yang ditimbulkannya adalah ketidaksempurnaan pembakaran yang dapat dibuktikan

secara sederhana dengan ditemuinya kandungan HC pada gas buang.

Adanya suatu medan magnet permanen yang cukup kuat pada molekul hidrokarbon

yang bersifat diamagnetik akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul

hidrokarbon (declustering)sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul

hidrokarbon. Hal tersebut akan meningkatkan interaksi antara molekul hidrokarbon

dengan oksigen. Partikel-partikel atom yang membentuk molekul hidrokarbon tersebut

akan terpengaruh oleh medan magnet.

2.6.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar

Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan berakibat pada semakin mudahnya proses pembakaran dalam ruang bakar. Dengan kata lain proses magnetisasi pada bahan bakar akan membuat pembakaran lebih sempurna.

Gambar 2.12 Mekanisme kerja magnet[21]