2. TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Definisi dan karakteristik sifat dari gas alam

(1)

7

Universitas Kristen Petra

2. TINJAUAN PUSTAKA

Dalam bab ini akan dibahas mengenai dasar-dasar apa saja yang berkaitan dengan penelitian ini. Berikut adalah pembahasan-pembahasannya :

2.1 Definisi dan karakteristik sifat dari gas alam

Secara umum, komposisi dari gas alam sebelum dimurnikan adalah:

Tabel 2.1 Komposisi dari gas alam sebelum dimurnikan

Nitrogen, helium, karbon dioksida (CO2), hidrogen sulfida (H2S), dan air dapat juga terkandung di dalam gas alam. Merkuri dapat juga terkandung dalam jumlah kecil. Komposisi gas alam bervariasi sesuai dengan sumber ladang gasnya.

Bahan bakar gas atau gas alam terkompresi (Compressed natural gas, CNG) adalah alternatif bahan bakar selain bensin atau solar. Di Indonesia, kita mengenal CNG sebagai bahan bakar gas (BBG). Bahan bakar ini dianggap lebih 'bersih' bila

Nama Gas Senyawa Komposisi

Metana CH 4 70-90%

Etana C 2 H 6

0-20%

Propana C ₃ H ₈

Butana C 4 H 10

Karbondioksida CO ₂ 0-8%

Oksigen O 2 0-0,2%

Nitrogen N 2 0-5%

Hidrogen Sulfida H ₂ S 0-5%

Gas-gas yang jumlahnya sedikit A, He, Ne, Xe sedikit

(2)

8

dibandingkan dengan dua bahan bakar minyak karena emisi gas buangnya yang ramah lingkungan. CNG dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4) yang diekstrak dari gas alam. CNG disimpan dan didistribusikan dalam bejana tekan, biasanya berbentuk silinder. Gas bumi berbeda dengan elpiji. Sederhananya, elpiji (LPG) adalah produk sisa hasil proses minyak bumi, sedangkan gas bumi adalah gas yang diambil langsung dari cadangan gas di alam. Elpiji didistribusikan melalui gas tabung, sedangkan gas bumi disalurkan melalui pipa dibawah tanah.

Mungkin itulah kenapa banyak orang yang tidak menyadari keberadaan gas bumi di kehidupan sehari-hari. Gas bumi sendiri biasanya digunakan di rumah untuk kompor, pemanas air, dan pengering pakaian (dryer). Di luar negeri, gas bumi juga digunakan untuk menghangatkan rumah dengan heater di saat musim dingin.

Gas alam dapat berbahaya karena sifatnya yang sangat mudah terbakar dan menimbulkan ledakan. Gas alam lebih ringan dari udara, sehingga cenderung mudah tersebar di atmosfer. Akan tetapi bila ia berada dalam ruang tertutup, seperti dalam rumah, konsentrasi gas dapat mencapai titik campuran yang mudah meledak, yang jika tersulut api, dapat menyebabkan ledakan yang dapat menghancurkan bangunan. Kandungan metana yang berbahaya di udara adalah antara 5% hingga 15%.

Ledakan untuk gas alam terkompresi di kendaraan, umumnya tidak mengkhawatirkan karena sifatnya yang lebih ringan, dan konsentrasi yang di luar rentang 5 - 15% yang dapat menimbulkan ledakan.

2.1.1. Metana dan Sifat-sifatnya

Metana adalah hidrokarbon paling sederhana yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau, tetapi jika digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi. Metana memiliki titik didih - 161° C pada tekanan satu atmosfer. Sebagai gas, zat ini mudah terbakar hanya selama rentang konsentrasi 5-15% di udara. Metana cair tidak terbakar kecuali dikenakan tekanan tinggi (biasanya 4-5atm).

(3)

9

Metana ditemukan dan diisolasi oleh Alessandro Volta antara 1776 dan 1778 ketika mempelajari gas rawa dari Lake Maggiore. Kelimpahan metana di alam dan proses pembakaran yang sempurna, membuat CH4 menjadi bahan bakar yang sangat baik dan harganya mahal. Akan tetapi, karena wujudnya yang berupa gas pada temperature dan tekanan normal, CH4 sangat sulit dipindahkan dari tempat asalnya. Dalam bentuk gas alam, CH4 biasanya dialirkan dengan menggunakan pipa atau kendaraan pembawa LNG.

Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepas satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air).

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Gambar 2.1 Struktur Metana Sumber : http://www.antaranews.com

CH4 merupakan gas rumah kaca dengan konsentrasi terbesar kedua setelah karbondioksida. Diperkirakan tiap molekul CH4 memiliki radiative forcing 21 kali lebih besar daripada CO2 per molekul. CH4 menyumbangkan 20%

radiative forcing sehingga pengaruhnya terhadap pemanasan global cukup signifikan. Radiative forcing merupakan perubahan pada selisih antara energi radiasi yang masuk dan yang keluar di tropopause. Radiative forcing yang semakin besar akan menyebabkan suhu bumi semakin panas.

Laju emisi CH4 ke atmosfer merupakan yang paling cepat diantara keenam gas rumah kaca. Konsentrasi CH4 meningkat 150% dari konsentrasinya sebelum jaman revolusi industri tahun 1750. Proyeksi emisi CH4 oleh Nakicenovic et al. pada tahun 2000 memperlihatkan bahwa konsentrasi CH4 akan terus meningkat hingga tahun 2050. Akan tetapi, sejak awal 1990, laju peningkatan konsentrasinya menurun secara drastis dan bahkan pada periode 1998-2002, konsentrasi CH4 di atmosfer cenderung stabil dan mengarah ke tren negatif. Fenomena ini menyebabkan timbulnya wacana untuk meninjau

(4)

10

ulang status CH4 sebagai salah satu gas rumah kaca yang menyebabkan pemanasan global karena pengaruhnya yang semakin kecil.

Sebagian besar gas metana di atmosfer hilang bersama proses oksidasi oleh hidroksil radikal (OH) di troposfer dan sekitar 7-11% hilang di stratosfer, selain itu CH4 yang dikonsumsi oleh bakteri ditanah menyumbang menghilangkan CH4 atmosfer sekitar 1-10%.

Secara kimia, konsentrasi CH4 berkurang di atmosfer karena adanya reaksi fotokimia yang terjadi antara CH4 dengan radikal hidroksil (OH). Radikal OH merupakan senyawa pengoksidasi terbesar di troposfer. Meskipun senyawa ini tidak bereaksi dengan sebagian besar senyawa utama yang ada di atmosfer, tapi radikal OH bereaksi dengan senyawa-senyawa dengan konsentrasi kecil di troposfer seperti CH4. Radikal OH sendiri berasal dari rangkaian reaksi yang melibatkan fotolisis ozon (O3).

O3 + hν → O• + O2

O• merupakan atom oksigen yang tereksitasi karena adanya energi yang dibawa, dimana sebagian besar atom ini akan kembali ke keadaan dasarnya sebagai atom O yang tidak tereksitasi (kehilangan energinya), dan sebagian kecil tetap berada pada bentuk ini. Atom O yang tetap dalam keadaan tereksitasi ini kemudian akan bereaksi dengan uap air (H2O) yang berada di troposfer sehingga membentuk 2 radikal OH.

O• + H2O → 2OH•

Radikal OH yang terbentuk inilah yang kemudian bereaksi dengan CH4 di troposfer.

CH4 + OH• → CH3O2• + H2O

Reaksi yang terjadi di troposfer ini akan mengurangi jumlah CH4 yang ada di troposfer. Jadi, konsentrasi CH4 di troposfer dipengaruhi oleh jumlah radikal OH yang nantinya akan bereaksi dengan CH4. Jumlah radikal OH sendiri dipengaruhi oleh radiasi ultraviolet (hv), jumlah uap (H2O), dan konsentrasi ozon (O3) troposferik. Peningkatan intensitas radiasi ultraviolet di troposfer, tingginya kandungan uap air karena jumlah penguapan yang tinggi, serta meningkatnya konsentrasi ozon atmosferik berdampak pada meningkatnya

(5)

11

jumlah radikal OH yang dihasilkan yang nantinya akan bereaksi dengan CH4 sehingga konsentrasinya di atmosfer akan menurun.

Wilayah Indonesia yang sebagian besar merupakan peraiaran berpotensi untuk menyumbangkan uap air yang berasal dari penguapan air laut dan sungai, yang mengarah pada pembentukan radikal OH. Stabilitas konsentrasi CH4 atmosferik tidak hanya dipengaruhi oleh luasnya wilayah perairan. Waktu tinggal CH4 di troposfer yang mencapai hingga 11 tahun menyebabkan konsentrasi CH4 di troposfer bersifat akumulatif sehingga konsentrasi CH4 tidak akan jauh berbeda di berbagai tempat di dunia.

Jumlah gas metana (CH4) di atmosfer adalah sekitar 4850 Tg CH4 (1 Tg = 10E12 g = 1 juta ton) dan rata-rata emisi gas metana secara global adalah sekitar 500-600 Tg per tahun. Dari 600 Tg CH4 yang diemisikan tersebut 24,17 % (145 Tg) berasal dari lahan gambut, penggunaan energi sekitar 18,33

% (110 Tg), emisi dari padi sawah sekitar 13,33 % (80 Tg) dan peternakan sekitar 13,33 % (80 Tg) .

2.1.2. Aplikasi Gas Metana Dalam Kehidupan Sehari-hari

a) Sebagai Bahan Bakar

Metana adalah penting sebagai pembangkit listrik, yaitu dengan cara membakar gas metana sebagai bahan bakar dalam turbin gas atau uap boiler.

Dibandingkan dengan bahan bakar hidrokarbon, pembakaran metana menghasilkan lebih sedikit karbondioksida.

Sekitar 891 kJ/mol, panas pembakaran gas metana lebih rendah daripada hidrokarbon lain tetapi rasio panas pembakaran (891 kJ / mol) dengan massa molekul (16,0 g / mol) menunjukkan bahwa gas metana, sebagai hidrokarbon yang paling sederhana, menghasilkan panas lebih banyak per satuan massa (55,7 kJ/g) dari hidrokarbon kompleks lainnya. Di banyak kota, gas metana disalurkan ke rumah-rumah untuk pemanasan domestik dan keperluan memasak. Dalam konteks ini biasanya gas metana dikenal sebagai gas alam, dan dianggap memiliki kandungan energi sebesar 39 megajoule per meter kubik, atau 1.000 BTU per kaki kubik.

(6)

12

Metana dalam bentuk gas alam terkompresi yang digunakan sebagai bahan bakar kendaraan, dan diklaim lebih ramah lingkungan dibandingkan bahan bakar fosil lain seperti bensin / bensin dan solar.

Penelitian sedang dilakukan oleh NASA mengenai potensi gas metana sebagai bahan bakar roket . Salah satu keuntungan dari gas metana adalah bahwa gas ini melimpah di banyak bagian tata surya dan berpotensi dapat dipanen di situ (yaitu di permukaan sistem tubuh-solar yang lain ), untuk menyediakan bahan bakar untuk perjalanan pulang.

Baru-baru ini gas metana yang dipancarkan dari tambang batubara telah berhasil dikonversi ke energi listrik.

b) Penggunaan dalam Industri

Gas metana digunakan dalam proses kimia industri dan dapat diangkut sebagai cairan pendingin (gas alam cair, atau LNG ). Sementara kebocoran dari wadah cair didinginkan pada awalnya lebih berat dari udara karena peningkatan kepadatan gas dingin, gas pada suhu lingkungan lebih ringan dari udara. Pipa gas mendistribusikan sejumlah besar gas alam, dimana metana merupakan komponen utamanya.Dalam industri kimia, metana adalah feedstock pilihan untuk produksi hidrogen, metanol, asam asetat, dan anhidrida asetat. Ketika digunakan untuk memproduksi salah satu bahan kimia, pertama metana dikonversi menjadi gas sintetis, berupa campuran karbon monoksida dan hidrogen, dengan reformasi uap. Dalam proses ini, gas metana dan uap bereaksi dengan katalis nikel pada suhu tinggi (700-1100 °C).

2.1.3. Sumber Alami Metana

Gas metana sebenarnya ada yang bersumber dari alam, baik ada di permukaan bumi, perut bumi, maupun di dasar laut. Volume metana yang melingkupi permukaan bumi mungkin belum seberapa. Di perut bumi dan dasar laut kutub utara terkubur 400 miliar ton gas ini, atau 3.000 kali volume yang ada di atmosfer.

(7)

13

Pada tahun-tahun sebelumnya sumber gas metan dari geologi biasanya tidak dipertimbangkan, akan tetapi akhir-akhir ini sumber gas tersebut dipertimbangkan khususnya dari kegiatan geothermal dan letusan gunung api.

Dari hasil letusan gunung api diperkirakan sekitar 5–13 Tg per tahun gas metana dilepaskan ke atmosfer, sedangkan dari proses geothermal emisi gas metana per tahunnya diperkirakan sekitar 2,5-6,3 Tg. Di Eropa, diperkiran gas metana yang dilepaskan dari proses letusan gunung api dan geothermal adalah sekitar 4000-16000 ton per tahun dimana hanya sekitar 720 ton yang berasal dari letusan gunung api. Dan dari seluruh kegitan geologi secara global, gas metana yang diemisikan di udara adalah sekitar 40-60 Tg per tahun.

Terdapat sejumlah besar metana (CH4) di Bumi yang membeku menjadi sejenis es yang disebut hidrat metana. Hidrat dapat terbentuk dari gas apapun dan bentuknya berupa sebuah 'kurungan' molekul air yang melingkupi gas tersebut. (Istilah 'klatrat' secara umum adalah zat padat yang berisi gas yang terperangkap di dalam segala jenis ‘kurungan’, sementara hidrat adalah istilah khusus untuk jenis ‘kurungan’ yang terbuat dari molekul air). Terdapat hidrat CO2 di Mars, sementara di Bumi, sebagian besar hidrat berisi metana.

Sebagian besar hidrat ada dalam endapan di lautan, tapi sebagian lagi, terdapat di dalam lapisan tanah es.

2.2. Pemahaman Mesin Diesel dan Sistem Kerjanya

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti BUSI).

Elemen penting yang ada pada mesin diesel ialah :

1. Busi pijar, Glowplug adalah busi yang khusus dipasang pada mobil diesel. Seperti yang kita ketahui mesin diesel tidak menggunakan busi untuk meledakan campuran bahan bakar dan udara pada combustion chamber, mesin diesel hanya dapat meledakkan campuran bahan bakar lewat kompresi piston yang sangat tinggi tekanannya. Sehingga

(8)

14

membutuhkan temperatur yang ideal (tinggi) untuk mesin diesel agar dapat meledakan campuran bahan bakarnya dan menjadi sebuah kesulitan yang cukup berarti untuk menghidupkan mesin diesel yang dingin dan tanpa glowplug karena piston, dinding silinder dan kepala silinder adalah menyerap panas. Sehingga kehadiran glowplug pada mesin diesel sangatlah dibutuhkan.

Gambar 2.2 Busi Pijar pada mesin diesel Sumber : BOSCH Invented for life

2. Governor, Governor dirancang untuk mengatur putaran dan daya mesin dengan mengontrol volume penyemprotan berdasarkan beban mesin yang tak terkontrol dari pedal gas. Governor bekerja dengan meng-gerakkan rak pengontrol pompa injeksi dan rak pengontrol akan mengatur langkah efektif plunyer..

Gambar 2.3 Governor pada mesin diesel Sumber : xlusi.com, 2014

(9)

15

3. Turbocharger atau Supercharger, untuk memperbanyak volume udara yang masuk ke ruang bakar karena udara yang masuk ke ruang bakar didorong oleh turbin pada turbocharger/supercharger.

Gambar 2.4 Turbocharger atau Supercharger mesin diesel

Sumber : http://www.merriam-webster.com/dictionary/turbo Retrieved 23 April 2014.

4. Intercooler, untuk mendinginkan udara yang akan masuk keruang bakar, udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebalinya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.

Gambar 2.5 Intercooler mesin diesel Sumber : OTO-Toncil, Hardy, 2014

(10)

16

2.2.1. Sistem Kerja Mesin Diesel

Cara Kerja Mesin Diesel 4 Langkah. Seperti halnya pada motor bensin maka ada motor diesel 4 langkah dan 2 langkah, dalam aplikasinya pada sektor otomotif/kendaraan kebanyakan dipakai motor diesel 4 langkah.

Pada mesin diesel 4 langkah, katup masuk dan buang digunakan untuk mengontrol proses pemasukan dan pembuangan gas dengan membuka dan menutup saluran masuk dan buang. Perbedaan nya, jika pada motor bensin, udara dan bahan bakar masuk bersama sama melalui inteke manifold dan katup hisap, sementara di mesin diesel, hanya udara (gas) saja yang masuk ke ruang bakar melalui saluran masuk dan katup hisap. Perbedaan yang kedua, jika pada mesin bensin pembakaran diperoleh dari nyala bunga api pada busi, pada mesin diesel tidak demikian, melainkan dengan panas yang dihasilkan pada saat langkah kompresi udara, kemudian baru injector nozzle menyemprotkan bahan bakar yang sudah diatomisasikan (dikabutkan) sehingga mudah terjadi pembakaran. Untuk lebih jelasnya berikut adalah proses pembakara pada motor diesel step by step:

 Langkah Hisap

Pada langkah ini, katup in/hisap terbuka dan udara dari box filter udara masuk ke dalam ruang bakar.

Gambar 2.6 Langkah Hisap Sumber : www.wikipedia.com

(11)

17

 Langkah Kompresi

Pada langkah ini, udara yang masuk dimampatkan/dikompresi hingga tekanan dan temperature meningkat secara drastis sampai pada suhu 550°C.

Gambar 2.7 Langkah kompresi Sumber : www.wikipedia.com

 Langkah Pembakaran/usaha

Setelah udara mencapai tekanan dan temperature yang tinggi, bahan bakar (solar) diinjeksikan sesaat sebelum piston mencapai TMA.

Bahan bakar yang diinjeksikan harus merata keseluruh ruang bakar.

Sehingga terjadi proses pembakaran. Setelah proses pembakaran terjadi, suhu yang menigkat drastis mendorong piston ke bawah untuk memasok tenaga ke crankshaft.

(12)

18

Gambar 2.8 Langkah Pembakaran/usaha Sumber : www.wikipedia.com

 Langkah Buang

Dalam langkah ini piston akan bergerak naik ke TMA dan mendorong sisa gas buang keluar melalui katup buang yang sudah terbuka, pada akhir langkah buang udara segar masuk dan ikut mendorong sisa gas bekas keluar dan proses kerja selanjutnya akan mulai. Pada langkah ini katup buang terbuka dan katup masuk tertutup.

Gambar 2.9 Langkah Buang Sumber : www.wikipedia.com

Ketika udara dikompresi, suhu di dalam ruang bakar akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk

(13)

19

proses pembakaran. Udara dihisap ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston dari TMB(Titik Mati Bawah) hingga ke TMA (Titik Mati Atas), jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel diinjeksikan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan terbakar dengan cepat.

Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).

Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear.

Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.

Gambar 2.10 Siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal.

(14)

20

2.2.2. Prestasi Motor Diesel

Beberapa parameter untuk menentukan prestasi sebuah motor diesel adalah:

 Daya

 Torsi

 Tekanan efektif pengereman rata-rata (brake mean effective preasure)

 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumtion)

 Efisiensi termis

Untuk mengukur prestasi dari sebuah motor, digunakan perangkat yang disebut dengan dynamometer yang umum disebut dengan dynotest.

Daya Motor

Merupakan daya (kerja per satuan waktu) yang diberikan ke poros penggerak oleh motor yang dikenal dengan daya kuda pengereman (brake horse power, BHP), dan biasanya dinyatakan dalam satuan Watt atau daya kuda (horse power, Hp). Daya dari suatu mesin bisa diukur atau diperkirakan hingga pada titik tertentu dalam transmisi daya sejak tenaga dihasilkan hingga dipakai. Sejumlah istilah digunakan untuk menyebutkan daya pada berbagai tahap pembentukannya.

Daya Nominal

Daya nominal diukur berdasarkan karakteristik piston berupa luas area dan kecepatan ekuivalen piston.

Daya nominal = (7/33000) x luas area piston x kecepatan ekuivalen piston

Daya Terindikasi

Daya terindikasi (indicated horsepower) adalah daya teoritis dari mesin ketika mengubah energi pengembangan volume gas dalam silinder tanpa memperhitungkan adanya gesekan internal di dalam mesin. Daya ini diukur dari tekanan yang dihasilkan di dalam silinder.

(15)

21

Daya terindikasi = tekanan x panjang lintasan piston x luas piston x jumlah piston x (1/33000)

Brake Horsepower

Brake horspower (BHp) adalah ukuran dari daya mesin sebelum adanya kehilangan atau tambahan daya dari gearbox, alternator, diferensial, pompa hidraulik, turbocharger, dan komponen terkait lainnya. Istilah brake atau rem mengacu pada beban yang diaplikasikan pada mesin dan menahannya pada RPM tertentu. Selama pengujian, output torsi dan kecepatan putar diukur untuk menentukan bhp. Tenaga kuda pada awalnya diukur menggunakan metode ini, diawali oleh James Watt lalu oleh De Prony dengan Prony brake. Sekarang, penggunaan dinamometer lebih umum dari pada Prony brake. Meski sebenarnya daya yang didapatkan pada pengukuran bhp lebih tinggi dibandingkan daya yang didapatkan pada roda dan sumber beban, bhp memberikan gambaran daya mesin yang sebenarnya sebelum kehilangan daya melalui gearbox, alternator, dan sebagainya.

Daya Efektif

Daya efektif adalah daya yang benar-benar terukur pada roda dan sumber beban dari mesin.

Daya Tarik

Daya tarik (drawbar horsepower) adalah daya yang digunakan oleh suatu mesin traksi dalam menarik beban. Daya tarik adalah daya yang diukur secara langsung di lapang dan bukan melalui perhitungan. Sebuah kendaraan yang disebut sebagai mobil dinamometer dipasangkan di belakang mesin traksi. Mobil dinamometer terus mencatat gaya tarik dari mesin traksi dan kecepatan geraknya. Dari sini, drawbar horsepower didapatkan dengan melakukan perhitungan sederhana. Untuk menentukan daya maksimum dari mesin, beban harus bisa divariasikan pada mobil

(16)

22

dinamometer atau pada beban tarik kedua di mana rem diaplikasikan dengan besar gaya tertentu.

Torsi/momen putar

Torsi merupakan kemampuan daya puntir mesin untuk memutarkan roda dalam keadaan diam hingga bergerak. Torsi biasanya menggunakan satuan Nm atau ft/lbs. Semakin besar torsi dalam rotation per minute (rpm) yang rendah, maka semakin mudah menggerakkan motor tersebut.

Hubungan torsi, daya, dan RPM

Pada motor pembakaran dalam (internal combustion engine), gas hasil pembakaran akan menekan piston yang terhubung dengan poros engkol (cranksaft) dengan setang piston (connecting rod). Gaya tekan gas tersebut menghasilkan torsi pada poros engkol dan membuat poros engkol berputar.

Pada internal combustion engine, torsi maximum tidak diperoleh pada putaran yang persis sama dimana diperoleh daya maximum. Pada kendaraan yang digunakan untuk menarik beban berat seperti truck, maka daya maximum yang dihasilkan engine berada pada RPM rendah sehingga torsi maximum juga pada RPM rendah. Pada kendaraan yang digunakan untuk kecepatan tinggi dengan beban ringan seperti sedan dan sepeda motor, maka daya maximum yang dihasilkan engine berada pada RPM tinggi, sehingga torsi maximum juga pada RPM yang tinggi.

Daya adalah torsi dikalikan putaran (kecepatan sudut):

P = τ x ω

Pada System International (SI):

satuan daya P adalah watt

satuan torsi τ adalah Nm (newton meter)

satuan kecepatan sudut ω adalah radian per detik.

(17)

23

2.2.3. Perkembangan mesin diesel ISUZU

 Mesin diesel c223 (2300cc)

Gambar 2.11 Mesin disel c223 (2300cc)

Mesin diesel ini adalah mesin diesel generasi pertama ISUZU yang diaplikasikan pada kendaraan ISUZU PANTHER generasi pertama antara tahun 1990-1995an. Mesin ini memiliki kapasitas mesin 2300cc OHV yang masih berbekal teknologi indirect injection. Dimana mesin ini masih menggunakan busi pemanas/busi pijar dan terdapat pree combustion chamber pada ruang bakarnya. Mesin ini mampu menghasilkan tenaga hingga 58 dk pada 4500 Rpm.

 Mesin diesel 4ja1

Gambar 2.12 Mesin Disel 4ja1

Mesin generasi kedua ISUZU ini berkode 4JA1 dengan spesifikasi 4 silinder sebaris dengan kapasitas mesin 2500cc OHV. Namun pada mesin type

(18)

24

ini terdapat penyempurnaan teknologi terutama pada sistem injeksi yang menjadi direct injection dari sebelumnya yang masih mengusung indirect injection. Dengan teknologi ini mesin 4ja1 mampu menghasilkan tenaga hingga 86 dk pada putaran mesin 3600 Rpm.

2.3. Bahan Bakar Solar dan Gas Buang Mesin Diesel

 Komposisi solar

Solar terdiri dari dua elemen pokok yaitu:

1. Normal cetane (C16H34)

2. Alpha - methylnaptalene (C16H7CH3) Ditambah dengan unsur lain:

3. Sulfur (belerang) 1% lebih besar daripada bensin 4. Unsur dasar lain sama dengan bensin

 Sifat Solar

1. Tidak berwarna atau berwarna kuning muda dan berbau 2. Tidak mudah menguap pada temperatur normal

3. Minimum mulai terbakar bila dekat api pada temperatur 40- 1000°C

4. Titik nyala sendiri (flash point) pada temperatur 3500°C 5. Berat Jenis kira-kira 0,82-0,86

6. Tenaga panas/kalori pada setiap kilogramnya adalah 10500 Kcal (10500Kcal/Kg)

 Angka Cetane

Pada motor bensin dikenal dengan istilah bilangan atau angka oktane, namun pada diesel digunakan istilah bilangan atau angka cetane.

Cetane number atau bilangan cetane adalah sebuah angka yang menetukan titik bakar dari bahan bakar. Angaka ini diperlukan sbagai batasan pemakaaian bahan bakar terhadap mesin. Apabila angka cetane yang dipergunakan tidak

(19)

25

sesuai dengan rancangan mesin, maka akan timbul masalah-masalah sebagai berikut:

1. Bila terlalau tinggi; akan timbul efek panas yang berlebihan terhadap mesin sehingga komponen mesin cepat rusak.

2. Bila terlalu rendah; akan mengakibatkan timbulnya gejala ngelitik/Knocking , sehingga opasitas gas buang akan berlebihan karena pembakaran mesin tidak terjadi dengan sempurna, sehingga asap gas buangan mesin menjadi hitam pekat.

 Proses Pembakaran Diesel

Prinsip kerja Mesin diesel 4 langkah

Gambar 2.13 Prinsip kerja motor diesel 4 tak

Mesin diesel 4 langkah siklus kerjanya sama dengan mesin bensin 4 langkah, disebut siklus tertutup karena prosesnya merupakan rangkaian ulangan tetap 4 langkah terdiri dari:

1. Langkah hisap/pemasukan 2. Langkah kompresi

3. Langkah usaha/tenaga/Pembakaran 4. Langkah buang

Pada mesin diesel pembakaran terjadi karena solar diinjeksikan/dikabutkan didalam ruang bakar yang telah berisi udara panas akibat kompresi, sehingga bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya.

Tenaga pada mesin diesel dikontrol oleh banyaknya solar yang diinjeksikan kedalam ruang bakar, semakin banyak solar yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar maka semakin tinggi pula tenaga yang dihasilkan tentunya akan lebih sempurna jika diimbangi dengan penambahan volume udara atau pemampatan udara yang masuk melalui intake manipol dari filter udara.

(20)

26

Hal utama dalam proses pembakaran mesin diesel adalah tekanan Kompresi. Perlu diingat bahwa kunci utama untuk menghasilkan pembakaran sempurna dalam mesin diesel adalah tekanan kompresi, udara dalam silinder dikompresikan oleh gerakan piston ke TMA, hal tersebut mengakibatkan temperatur udara dalam silinder meningkat. Semakin tinggi panas yang dihasilkan maka pembakaran yang akan terjadi makin baik.

Bahan bakar solar yang digunakan mesin diesel juga memerlukan perhatian, karena solar tersebut harus bisa terbakar dengan sendirinya ketika diinjeksikan didalam udara tinggi. Makin rendah titik nyala sendiri dari solar maka akan menghasilkan peningkatan kinerja pembakaran bahan bakar yang berarti meningkatkan kinerja mesin. Di dalam mengukur kemampuan solar untuk menyala dengan sendirinya digunakan angka cetane number , rata-rata mesin diesel membutuhkan solar dengan bilangan cetane antara 40 hingga 45.

 Knocking pada diesel

Ketika pembakaran tertunda terjadi lebih panjang, disebabkan oleh terlalu banyaknya bahan bakar yang diinjeksikan pada tahapan pembakaran tertunda, akan menyebabkan terlalu banyak bahan bakar yang terbakar pada tahapan kedua dan mengakibatkan tekanan dalam silinder meningkat dengan tajam dan menghasilkan getaran dan suara, inilah yang disebut diesel knock.

Untuk mencegah diesel knock, maka harus dihindari terjadinya peningkatan tekanan secara mendadak dengan cara membuat campuran yang mudah terbakar pada temperatur rendah atau mengurangi jumlah bahan bakar yang diinjeksikan ketika tahapan penundaan penyalaan.

Metode Khusus berikut ini digunakan untuk menghilangkan diesel knock:

1. Menggunkan bahan bakar dengan angka cetane lebih tinggi 2. Menaikkan temperatur udara dan tekanannya saat mulai injeksi 3. Mengurangi volume injeksi saat mulai menginjeksikan bahan bakar 4. Menaikkan temperatur ruang bakar, khususnya daerah dekat titik

bahan bakar diinjeksikan.

(21)

27

 Komposisi Gas Buang Diesel

Gas buang mesin diesel sangat banyak mengandung partikulat karena banyak dipengaruhi oleh faktor dari bahan bakar yang tidak bersih. Apabila dikelompokkan secara keseluruhan makagas buangan mesin diesel memiliki komposisi seperti yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Faktor lain yang sangat dominan dalam memberikan sumbangan zat cemaran ke udara adalah faktor campuran udara kompresi dengan bahan bakar yang disemprotkan. Pencampuran yang tidak sebanding (terlalu banyak bahan bakar) akan menghasilkan gas buangan yang mengandung partikulat berlebihan.

Berikut beberapa komposisi dari gas buang mesin diesel : 1. Pelumas/oli

Pelumas atau oli yang ikut terbakar akan menghasilkan asap berwarna putih. Hal ini terjadi karena akibat dari kebocoran kompresi pada piston, sehingga oli masuk ke dalam ruang bakar.

2. Residu/kotoran/jelaga

Partikulat pada gas buang mesin diesel berasal dari partikel susunan bahan bakar yang masih berisikan kotoran kasar (abu, debu) dikarenakan pemrosesan bahan bakar yang kurang baik. Terutama bahan bakar diesel di Indonesia, biasanya solar tidak berwarna atau bening, namun bahan bakar solar kita pasti berwarna agak ke gelapan. Ini menandakan adanya kotoran dalam bahan bakar.

Sehingga pada saat terjadi pembakaran, kotoran tersebut akan tyerurai dari susunan partikel yang lain dan tidak terbakar. Semakin banyak residu dalam bahan bakar, dengan mesin secanggih apapun akan dihasilkan gas buangan dengan kepulan asap hitam.

(22)

28

3. Sulfat

Sulfur yang ada pada bahan bakar yang berasal dari fosil adalah hal yang sudah lumrah., sulfur tersebut berbentuk sulfur organik maupun non organik.

Pembakaran pada mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar fosil biasanya akan menghasilkan sulfur dioksida (SO2) dan sulfur trioksida (SO3) dengan perbandingan 30 : 1, berarti sulfur dioksida merupakan bagian yang sangat dominan dalam gas buang diesel.

Sulfur dioksida yang ada diudara bila bertemu dengan uap air akan membentuk susunan asam, selanjutnya bisa terjadi hujan asam yang sangat merugikan.

4. Lain-lain

8% gas buang diesel merupakan kumpulan dari bermacam-macam gas beracun diantaranya: CO, HC, CO2, NOx,.

Gas-gas beracun tersebut bisa dikurangi dengan cara membuat proses pembakaran di dalam mesin menjadi lebih sempurna dengan cara meningkatkan kemampuan kompresi dan injeksi bahan bakar yang tepat waktu dan jumlah dengan bahan bakar yang lebih baik kualitasnya.

Solar yang tidak terbakar setelah proses pembakaran ada 7% dari seluruh gas buang diesel. Solar yang tidak terbakar ini berupa Karbon ( C ) yang terpisah dari HC akibat prengkahan selama terjadi pembakaran. Semakin banyak solar tidak terbakar yang keluar maka akan semakin hitam warna asap gas buangan yang dikeluarkan oleh mesin. Dan jika terjadi pembakaran antara gas metana dengan bahan bakar solar, maka akan menjadi:

CH4 + C16H34 → C17H36 + H2