BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Bahan Bakar
Bahan bakar adalah suatu apapun yang bisa diubah menjadi energi. Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Proses lain untuk melepaskan energi dari bahan bakar adalah reaksi nuklir (seperti Fisi nuklir atau Fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk didalamnya bensin dan solar) sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia, bahan bakar lainnya yang bisa digunakan adalah logam radioaktif. Adapun jenis-jenis bahan bakar dantaranya adalah :
2.1.1 Bahan Bakar Gas (BBG)
Bahan bakar gas ada dua jenis yakni Compressed Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri dari metana, sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana, dan bahan kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga , sama bahannya dengan yang digunakan kendaraan bermotor.
2.1.2 Bahan Bakar Minyak (BBM)
Bahan bakar yang berbentuk cair paling populer adalah bahan bakar minyak (BBM). Selain bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap, bahan bakar cair biasa digunakan kendaraan bermotor. Karena bahan bakar cair seperti Bensin bisa dibakar dalam karburator dan menjalankan mesin.
2.1.3 Bahan Bakar Padat (BBP)
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar yang berbentuk padat, dan kebanyakan menjadi sumber energi panas. Misalnya kayu dan batu bara. Energi panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk menggerakan peralatan dan menyediakan energi.
2.2 LPG
ELPIJI merupakan merk dagang dari LPG atau Liquefied Petroleum GasMerupakan campuran dari berbagai hydrocarbon, sebagai hasilpenyulingan minyak mentah berbentuk gas.Dengan menambah tekanan ataumenurunkan suhunya membuat menjadi cairan.Inilah
yang kita kenal denganbahan bakar gas cair.Elpiji merupakan senyawa hydrocarbon yang dikenalsebagai Butana (C4H10), Propana (C3H8), Isobutana atau campuran antara Butanadengan Propana. Tekanan uap ELPIJI sebesar 4 - 9 kg/cm2 dan nilai kalori :21.000 BTU/lb ( 48846 KJ/kg) dengan nilai = 0.6034 g/ml Perbandingan komposisi, propana (C3H8) : butana (C4H10) = 30: 70. (www.pertamina.com) Secara umum sifat ELPIJI adalah sebagai berikut :
a. massa jenis gas ELPIJI campuran 1,5 g/cm3 b. Tidak mempunyai sifat pelumasan terhadap metal.
c. Merupakan solvent yang baik terhadap karet, sehingga perlu diperhatikan terhadap kemasan atau tabung yang dipakai.
d. Tidak berwarna baik berupa cairan maupun dalam bentuk gas.
e. Tidak berbau. Sehingga untuk keamanan, ELPIJI komersial perlu ditambah zat odor, yaitu
ethyl mercaptane yang berbau menyengat seperti petai.
f. Tidak mengandung racun.
g. Bila menguap di udara bebas akan menbentuk lapisan karena kondensasi sehingga adanya aliran gas.
h. Setiap kilo gram ELPIJI cair dapat berubah menjadi kurang lebih 500 liter gas ELPIJI. i. LPG menghambur di udara secara perlahan sehingga sukar mengetahuinya secara dini. j. Tekanan gas LPG cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LPG akan membentuk gas
secara cepat, memuai dan sangat mudah terbakar.
Jenis produk yang ditawarkan PERTAMINA agar dimanfaatkan oleh konsumen adalah jenis ELPIJI campuran antara Propana dan Butana.Ciri-cirinya adalah :
1. Berbentuk cair.
2. Mempunyai daya pemanasan yang tinggi karena mempunyai nilai kalori yangrelatif lebih tinggi per-satuan beratnya dibanding bahan bakar lain untukkegunaan yang sama.
3. Tingkat polusi udara dari gas buang rendah dan tidak meninggalkan residuapabila menguap.
4. Bersih, tidak beracun, tidak berwarna, mudah dan aman dalam pengangkutandan penyimpanannya.
5. Tidak menyebabkan pengkaratan pada besi dan tabung kemasan. Jenis ELPIJI yang ada dipasaran adalah :
a) Bahan bakar untuk kebutuhan rumah tangga, industri dan komersial yaitubahan bakar ELPIJI campuran yang disebut ELPIJI CAMPURAN.
b) Bahan bakar ELPIJI untuk kebutuhan khusus dan komersial yaitu bahanbakar ELPIJI PROPANA.
c) Bahan bakar ELPIJI untuk kebutuhan komersial yaitu ELPIJI BUTANA. 2.3 Karakteristik Bahan Bakar Minyak
Syarat utama yang diinginkan dari Bahan Bakar Minyak (BBM) adalah sifat pembakaran atau penyalaan yang tepat, yaitu jika pembakaran dinyalakan oleh busi merambat lancar keseluruh ruang pembakaran untuk menghasilkan tenaga yang dibutuhkan. Bahan bakar ini secara kimiawi, komposisinya harus terdiri dari bahan yang tidak mudah menimbulkan ketukan (kocking) didalam mesin. Bahan bakar Minyak yang banyak mengandung parafin rantai lurus maka angka oktannya rendah, jika banyak mengandung senyawa isoparafin rantai bercabang, maka angka oktanya akan tinggi, dengan demikian masing- masing senyawa organik yang terkandung didalam bahan bakar akan berperpengaruh terhadap sifat bahan bakar tersebut.
Sifat-sifat lain adalah kemudahan menguap yang baik, tidak bersifat korosif terhadap logam konstruksi mesin, stabil dalam penyimpanan dan pemakaian, tidak berbau yang tidak sedap serta warna yang mudah dikenali.
2.4 Bensin
Bensin adalah campuran kompleks senyawa hidrokarbon yang mempunyai daerah didih ASTM sekitar 40 – 180 oC.Dan digunakan sebagai bahan bakar pembakaran dalam (internal combustion engine). Terdapat 2 sifat penting bensin yaituKemudahan menguap dan sifat anti ketukan (anti knock characteristic)
Sifat kemudahan menguap bensin berpengaruh terhadap kemudahan bensin untuk dihidupkan dalam keadaan dingin (starting characteristics), pemanasan dan percepatan (warming up dan acceleration) tetapi terdapat kelemahan yaitu Vapour lock atau peristiwa terhentinya aliran bensin sebagian atau keseluruhan yang disebabkan terbentuknya uap dalam sistem aliran bahan bakar.
Setiap bensin mempunyai kemampuan melakukan sejumlah kerja tertentu dalam suatu mesin. Kalau bensin dipaksa untuk melakukan kerja yang melampaui kemampuan kerja bensin, maka bensin akan memberikan reaksi dengan memberikan daya yang kurang dan suara dalam mesin yang disebut ketukan mesin (engine knock).Bensin mempunyai
kemampuan yang berbeda-beda untuk menahan ketukan. Tahanan ketukan bensin disebut kualitas anti ketukan bensin dan diukur dengan angka oktan
Nilai mutu jenis BBM bensin ini dihitung berdasarkan nilai RON (Randon Otcane Number). Berdasarkan RON tersebut maka BBM bensin dibedakan menjadi 3 jenis yaitu: 2.4.1 Premium (RON 88) :
Premium adalah bahan bakar minyak jenis distilat berwarna kekuningan yang jernih.Warna kuning tersebut akibat adanya zat pewarna tambahan (dye). Penggunaan premium pada umumnya adalah untuk bahan bakar kendaraan bermotor bermesin bensin, seperti : mobil, sepeda motor, motor tempel dan lain-lain. Bahan bakar ini sering juga disebut motor gasoline atau petrol.
2.4.2 Pertamax (RON 92) :
Pertamax ditujukan untuk kendaraan yang mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan tanpa timbal (unleaded). Pertamax juga direkomendasikan untuk kendaraan yang diproduksi diatas tahun 1990 terutama yang telah menggunakan teknologi setara dengan electronic fuel injection dan catalytic converters.
2.4.3 Pertamax Plus (RON 95) :
Jenis BBM ini telah memenuhi standar performance International World Wide Fuel
Charter (WWFC).Ditujukan untuk kendaraan yang berteknologi mutakhir yang
mempersyaratkan penggunaan bahan bakar beroktan tinggi dan ramah lingkungan. Pertamax Plus sangat direkomendasikan untuk kendaraan yang memiliki kompresi ratio > 10,5 dan juga yang menggunakan teknologi Electronic Fuel Injection (EFI), Variable Valve Timing
Intelligent (VVTI), (VTI), Turbochargers dan catalytic converters
2.5 Motor Bensin
Pada dasarnya motor bensin bekerja dengan konsep mengubah energi pada bahan bakar menjadi energi gerak dengan cara membakarnya di dalam ruang bakar. Oleh karena itu motor bensin termasuk Internal Combustion Engine
Prinsip kerjanya adalah dengan menempatkan sejumlah bahan bakar pada ruangan tertutup kemudian menyalakannya. Pada motor bensin penyalaan bahan bakar ini dilakukan oleh percikan listrik (spark ignition), yang kemudian menyebabkan pelepasan energi yang besar melalui ekspansi udara yang terdapat di ruang bakar tersebut sehingga dapat diubah menjadi energi kinetik.
Energi kinetik ini berupa gerak translasi torak yang kemudian diubah menjadi rotasi oleh poros engkol (crankshaft)
2.5.1 Motor Bensin 2 langkah
Pada motor dua langkah adalah untuk satu siklus diperlukan dua kali langkah torak atau satukali putaran poros engkol. Pada motor jenis ini tidak memiliki katup isap dan katup buang, melainkandilengkapi dengan celah bilas dan celah buang. Yang dibuka dan di tutup oleh torak itu sendiri Fluida kerja masuk ke dalam silinder melalui celahpembilasan dan sisa hasil pembakaran keluar melalui celah pembuangan. (W.Arismunandar, 2002)
2.5.2 Motor Bensin 4 langkah
Motor empat langkah adalah motor yang menghasilkan satu kali usaha dalam empat kalilangkah torak atau dua kali putaran poros engkol. Adapun langkah-langkah yang dimaksud adalahlangkah isap (pemasukan bahan bakar-udara),proses kompresi (pemampatan), langkah ekspansi(usaha) dan langkah pembuangan. (Michael J.Moran, 2008)
Gambar 2. 1Gambar 0.1Diagram P-V dan T-S siklus otto (Michael J.Moran, 2008 : 376)
Proses (0 – 1) = Langkah isap (udara murni) pada tekanan konstan.
Pada langkah isap, piston bergerak dari TMA menuju TMB. Saat piston bergerak turun, katupmasuk dalam keadaan terbuka, sehingga campuran bahan bakar dan udara terhisap ke dalam silinder.Ketika piston mencapai TMB, katup masuk dalam keadaan tertutup, dapat dikatakan bahwa langkahisap selesai.
Proses (1-2) = proses Kompresi Isentropik
Pada langkah kompresi, kedua katup (katup masuk dan katup Buang) dalam keadaan tertutup. Piston bergerak naik TMB menuju TMA mendorong campuran bahan bakar dan udara dalam
silinder, sehingga menyebabkan tekanan udara dalam silinder meningkat, sebelum pidton mencapai TMA campuran bahan bakar dan udara yang bertekanan tinggi dibakar oleh loncatan bunga api busi
Proses (2 – 3) = Proses pembakaran (pemasukan kalor pada volume konstan).
Pada proses ini kedua katup tertutup. Piston berada di TMA dan loncatan api busi yangbereaksi dengan campuran udara dan bahan bakar bertekanan tinggi akan menimbulkan pembakaran.
Proses (3 – 4) = Langkah ekspansi (kerja)
Pada langkah kerja loncatan api busi yang bereaksi dengan campuran bahan bakar dan udarabertekanan tinggi akan menimbulkan letusan. Letusan ini akan menghasilkan tenaga yang mendorongpiston bergerak turun menuju TMB. Tenaga yang dihasilkan oleh langkah kerja diteruskan oleh porosengkol untuk menggerakan gigi transmisi yang menggerakkan
gear depan.
Proses (4 – 1) = Proses pembuangan (pengeluaran kalor) pada volume konstan. Pada proses ini katup isap tertutup dan katup buang terbuka. Posisi piston berada di TMB. Proses (1 – 0) = Langkah buang pada tekanan konstan.
Pada langkah pembuangan, piston bergerak naik dari TMB menuju TMA.Katup masuk dalamkeadaan tertutup dan katup buang dalam keadaan terbuka.Gas sisa hasil pembakaran terdorong keluarmenuju saluran pembuangan. Dengan terbuangnya gas sisa pembakaran, berarti kerja dari langkah –langkah mesin untuk satu kali proses kerja (siklus) telah selesai. 2.6 Sistem Pengapian
Sistem pengapian motor bensin memilik prinsip kerja yang beragam sesuai dengan jenis dan model sistem pengapian yang di gunakan. Untuk sistem pengapian Motor biasanya terdiri atas 2 macam yakni Sistem Pengapian AC dan Sistem Pengapian DC. Sistem Pengapian secara garis besar terdiri dari:
2.6.1 Sistem Pengapian AC
Sistem Pengapian AC atau yang lebih kita kenal dengan CDI(Capasitor Discharge Ignition) merupakan sistem dimana pengapian ke busi dibangkitkan dari tegangan AC dari spul motor yang di triger oleh sirkuit elektronik(CDI) sesuai signal yang di terima dari pulser. 2.6.2 Sistem Pengapian DC.
Pada sistem pengapian Dc ini lebih mirip dengan sistem pengapian mobil secara elektronik, yakni TCI(transistorized Ignition System), dengan sistem TCI tegangan tinggi
yang di bangkitkan dari koil tegangan DC 12volt yang di driver oleh sebuah transistor sesuai data dari sumber signal alias pulser.
Semua sistem pengapian motor yang peletakan pulser berada pada askruk pasti menimbulkan percikan busi secara 2 kali proses yang berbeda dalam 1 siklus kerja motor 4 tak, yakni pada proses kompresi dan proses buang.
2.7 Sistem Karburator
Karburator adalah sebuah alat yang mencampur udara dan bahan bakar untuk sebuah mesin pembakaran dalam. Beberapa jenis karburator:
2.7.1 Karburator Mekanis
Karburatormekanis, karena naik turun skep (katup buka tutup aliran udara) ditarik langsung oleh kabel gas. Akibatnya adalah, tarikan gas akan sangat responsif selain itu untuk memodifikasinya juga mudah dan murah. Karbu model ini biasanya banyak yang diaplikasikan untuk motor balapan. Cuma yang perlu diperhatikan adalah setting ketepatan saat skep membuka, jika terlalu cepat maka mesin akan mai karena udara yang masuk ke ruang bakar lebih banyak dibanding bahan bakarnya sendiri. Kelemahan lainnya adalah lebih boros jadinya ke bahan bakar
2.7.2 Karburator Vakum
Karburator vakum bisa dibilang perbaikan dari sistem karbu skep. Karbu vakum punya kelebihan dalam penggunaan bahan bakar yang lebih irit, emisi gas buangan juga rendah karena campuran udara dan bahan bakar seimbang. Selain itu jika gas langsung kita tutup tiba-tiba maka mesin tidak akan mati. Kelemahannya adalah kecepatan atau respon gas tidak sebagus karbu skep. Ada jeda respon dari mesin ketika grip gas ditutup kemudian dibuka lagi. Inilah prinsip dari karbu vakum, throttle piston alias skep bekerja sesuai dengan tekanan yang timbul sehingga udara yang masuk tetap konstan. (Ganesan,2007)
2.7.3 Karburator Injeksi
Sistem injeksi. Lebih irit bahan bakar karena pencampuran udara, bahan bakar dan api seimbang karena semua hal teknis itu sudah diatur oleh sensor-sensor yang mengirimkan perintah ke Electronic Control Modul. Mobil keluaran terbaru sudah mengaplikasikan teknologi ini.
2.8 Parameter Kinerja Motor Bensin
Parameter – parameter Kinerja motor bensin antara lain adalah daya poros, konsumsi bahan bakar. Konsumsi bahan bakar spesifik, dan effisiensi termal. Nilai parameter – parameter performansi ini dapat dipengaruhi oleh karakteristik, kualitas dan angka setara bahan bakar yang digunakan.
2.8.1 Daya Poros (Ne)
Daya pros pada motor bensin adalah daya efektif yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar solar untuk menggerakkan motor. Daya poros adalah hasil kali torsi dan kecepatan sudut dimana untuk memperoleh parameter tersebut digunakan alat ukur, yaitu torsimeter untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros Ne = T . . 10-3 (kW)
atau
Dimana: T= Torsi (Nm)
n= Putaran Poros (rpm)
2.8.2 Konsumsi Bahan Bakar (mh)
Konsumsi bahan bakar ialah penggunaan bahan bakar per satuan waktu. Pemakaian ini sangat bergantung dari massa jenis bahan bakar. Semakin kecil konsumsi bahan bakar per satuan waktu maka pemakaian bahan baka semakin hemat.
Mb =
Dimana : V = Volume injeksi bahan bakar (mL) = 50 ml bb= Berat jenis bahan bakar (g/mL)
t = Waktu injeksi bahan bakar (detik) 2.8.3 Pemakaian Bahan Bakar spesifik (Be)
Konsumsi bahan bakar spesifik ialah laju aliran bahan bakar per satuan daya keluaran atau daya poros. Hal ini untuk mengukur sejauh mana keefisienan motor Bensin yang digunakan untuk mensuplai bahan bakar terhadap kerja yang dihasilkan
2.8.4 Efisiensi Thermal (th)
Efisiensi thermal adalah besarnya energi thermal yang mampu termanfaatkan menjadi daya poros. Makin Besar efisiensi thermal makin baik kinerja dari motor Bensin tersebut.
Dimana :
Mb = Konsumsi Bahan bakar Ne = Daya Poros (kJ/s)
LHV= Nilai Kalor Bawah bahan bakar
