Uji Eksperimental Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder Menggunakan Supercharger Dengan Variasi Bahan Bakar Campuran Dexlite Dan Minyak Lemak Ayam

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Biodiesel

2.1.1 Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Alternatif Biodiesel

Biodiesel pertama kali dikenalkan di Afrika selatan sebelum perang dunia II sebagai bahan bakar kenderaan berat. Biodiesel didefinisikan sebagai metil/etil ester yang diproduksi dari minyak tumbuhan atau hewan dan memenuhi kualitas untuk digunakan sebagai bahan bakar di dalam mesin diesel. Sedangkan minyak yang didapatkan langsung dari pemerahan atau pengempaan biji sumber minyak (oilseed), yang kemudian disaring dan dikeringkan (untuk mengurangi kadar air), disebut sebagai minyak lemak mentah. Minyak lemak mentah yang diproses lanjut guna menghilangkan kadar fosfor (degumming) dan asam-asam lemak bebas (dengan netralisasi dan steam refining) disebut dengan refined fatty oil atau straight vegetable oil (SVO).

akan menyulitkan terjadinya atomisasi bahan bakar yang baik. Buruknya atomisasi berkorelasi langsung dengan kualitas pembakaran, daya mesin, dan emisi gas buang.

Pemanasan bahan bakar sebelum memasuki sistem pompa dan injeksi bahan bakar merupakan satu solusi yang paling dominan untuk mengatasi permasalahan yang mungkin timbul pada penggunaan SVO secara langsung pada mesin diesel. Pada umumnya, orang lebih memilih untuk melakukan proses kimiawi pada minyak mentah atau refined fatty oil/SVO untuk menghasilkan metil ester asam lemak (fatty acid methyl ester - FAME) yang memiliki berat molekul lebih kecil dan viskositas setara dengan solar sehingga bisa langsung digunakan dalam mesin diesel konvensional. Biodiesel umumnya diproduksi dari refined vegetable oil menggunakan proses transesterifikasi. Proses ini pada dasarnya bertujuan mengubah [tri, di, mono] gliserida berberat molekul dan berviskositas tinggi yang mendominasi komposisi refined fatty oil menjadi asam lemak methil ester (FAME).

adalah bila suatu bahan bakar dicampur dengan oksigen (dari udara) maka pada suhu dan tekanan tertentu bahan bakar tersebut akan menyala dan menimbulkan tenaga atau panas. Pada saat itu, minyak untuk mesin diesel yang dibuat oleh Dr. Rudolf Christian Karl Diesel tersebut berasal dari minyak sayuran. Tetapi karena pada saat itu produksi minyak bumi (petroleum) sangat melimpah dan murah, maka minyak untuk mesin diesel tersebut digunakan minyak solar dari minyak bumi. Hal ini menjadi inpirasi terhadap penerus Karl Diesel yang mendesain motor diesel dengan spesifikasi minyak diesel.

Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel[lit.15]

2.1.2 Definisi Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari campuran mono-alkilester dari rantai panjang asam lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui seperti minyak sayur atau lemak hewan.

dan dapat menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih sering digunakan sebagai penambah untuk diesel petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energitransportasi utama dunia, karena biodiesel merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat menggantikan diesel petrol di mesin sekarang ini dan dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan infrastruktur zaman sekarang.

Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.

Dibandingkan dengan solar, biodiesel memiliki kelebihan diantaranya (Hambali,2007) :

1. Bahan bakar ramah lingkungan karena menghasilkan emisi yang jauh lebih baik (free sulphur, smoke number rendah)

2. Cetane number lebih tinggi sehingga efisiensi pembakaran lebih baik dibandingkan dengan minyak kasar

5. Merupakan renewable energy karena terbuat dari bahan alam yang dapat diperbaharui

6. Meningkatkan independensi suplai bahan bakar karena dapat diproduksi secara lokal

Menurut Syah (2006), karakteristik emisi pembakaran biodiesel dibandingkan dengan solar adalah sebagai berikut :

1. Emisi karbon dioksida (CO2) netto berkurang 100% 2. Emisi sulfur dioksida berkurang 100%

3. Emisi debu berkurang 40-60%

4. Emisi karbon monoksida (CO) berkurang 10-50% 5. Emisi hidrokarbon berkurang 10-50%

6. Hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH= polycyclic aromatic hydrocarbon) berkurang, terutama PAH beracun seperti : phenanthren berkurang 98%, benzofloroanthen berkurang 56%, benzapyren berkurang 71%, serta aldehidadan senyawa aromatik berkurang 13%.

Karateristik dan standar daripada biodiesel ditunjukkan pada tabel 2.1 di bawah ini:

Tabel 2.1 Standar biodiesel [23]

No. Parameter Uji Satuan, min/maks Persyaratan

9 Temperatur distilasi 90% °C, maks 360

AgarMinyak bisa digunakan sebagai bahan bakar maka diperlukan teknologi untuk mengkonversinya. Terdapat beberapa teknologi untuk konversi biomassa, dijelaskan pada Gambar 2.2. Teknologi konversi Minyak tentu saja membutuhkan perbedaan pada alat yang digunakan untuk mengkonversi Minyak dan menghasilkan perbedaan bahan bakar yang dihasilkan.

2.1.3.1 Esterifikasi

Ester merupakan salah satu gugus dari fungsi dari senyawa karbon. Ester adalah senyawa dengan gugus fungsi – COO – dengan struktur R – COO – R, dimana R merupakan suatu rantai karbon atau atom H, sedangkan R merupakan rantai karbon. Ester mempunyai rumus umum CnH2nO2. Pemberian nama ester terdiri dari dua katayaitu gugus alkil (berasal dari alkoksi) diikuti dengan nama asam karboksilatnya dengan menghilangkan kata asam. Gugus atom yang terikat pada atom O (Gugus R) diberi nama alkil dan gugus R – COO – H diberi nama alkanoat.

Esterifikasi adalah tahap konversi dari asam lemak bebas (FFA) menjadi ester. Esterifikasi mereaksikan asam lemak dengan alcohol. Reaksi ini merupakan reaksi kesetimbangan, jadi memerlukan katalis untuk mempercepat tercapainya keadaan setimbang. Katalis-katalis yang cocok adalah zat yang berkarakter asam kuat, dan karena ini asam sulfat, asam sulfonat organic atau resin penukar kation asam kuat merupakan katalis terpilih dalam praktek industrial

2.1.3.2 Transesterifikasi

Beberapa kondisi reaksi yang mempengaruhi konversi serta perolehan Minyak melalui transesterifikasi adalah sebagai berikut:

1. Pengaruh air dan asam lemak bebas

Minyak hewani yang akan di transesterifikasi hasrus memiliki angka asam yang lebih kecil dari 1. Banyak peneliti yang menyarankan agar kandungan asam lemak bebas lebih kecil dari 0.5%. Selain itu, semua bahan yang akan digunakanharus bebas dari air. Karena air akan bereaksi dengan katalis, sehingga jumlah katalis menjadi berkurang. Katalis harus terhindar dari udara agar tidak mengalami reaksi dengan uap air dan karbon dioksida.

2. Perbandingan pengaruh molar alkohol dengan bahan mentah

Secara stoikiometri, jumlah alkohol yang dibutuhkan untuk reaksi adalah 3 mol untuk setiap 1 mol trigliserida, untuk memperoleh 3 mol alkil ester dan 1 mol gliserol. Perbandingan alkohol dengan minyak hewani 4.8:1 dapat menghasilkan konversi 98%. Secara umum ditunjukkan bahwa semakin banyak jumlah alkohol yang digunakan maka konversi yang didapat akan semakin bertambah. Pada rasio molar 6:1, setelah satu jam konversi yang dihasilkan adalah 98 – 99%, sedangkan pada 3:1 adalah 74 – 89%. Nilai perbandingan yang terbaik adalah 6:1 karena menghasilkan konversi yang maksimum.

3. Pengaruh jenis alkohol

4. Pengaruh jenis katalis

Alkali katalis (katalis basa) akan mempercepat reaksi transesterifikasi bila dibandingkan dengan katalis asam. Katalis basa yang paling popular untuk reaksi transesterifikasi adalah natrium hidroksida (NaOH), kalium hidroksida (KOH). Katalis sejati bagi reaksi sebenarnya adalahion metilat (metoksida). Reaksi transesterifikasi akan menghasilkan konversi yang maksimum dengan jumlah katalis 0.5 – 1.5% berat minyak hewani.

5. Metanolisis Crude dan Refined minyak hewani

Perolehan metal ester akan lebih tinggi jika menggunakan minyak hewani refined. Namun apabila produk metal ester akan digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel, cukup digunakan bahan baku berupa minyak yang telah dihilangkan lemak bebasnya dan disaring.

6. Pengaruh temperature

Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan pada temperatur 30 – 65% (titik didih metanol sekitar 65oC) Semakin tinggi temperatur, konversi yang diperoleh akan semakin tinggi untuk waktu yang lebih singkat.

2.2 Minyak dari bahan-bahan lainnya

2.2.1 Minyak dari Bahan Baku Biji Karet

maksimal dan mendapatkan kondisi proses produksi Minyak yang memenuhi standar SNI dan ASTM. Proses produksi Minyak dilakukan menggunakan prototip alat berkapasitas 20 liter/jam. Proses esterifikasi dijalankan pada suhu 105°C, penambahan methanol 10% dan katalis asam, waktu 90 menit. Proses trans-esterifikasi dijalankan dalam reaktor alir osilasi dengan dosis katalis 1% berat minyak dan methanol sebanyak 15% berat minyak. Variabel yang dipelajari adalah suhu dan waktu proses. Produk Minyak dimurnikan dengan sistem vakum.Dari hasil penelitian ini diperoleh rendemen kernel sebanyak 53% dari berat biji karet.Sedangkan minyak dalam kernel yang dapat dipungut maksimum 56% dari berat kernel. Karakteristik Minyak sesuai dengan yang distandarisasikan, yaitu densitas 0,8565 g/ml, angka asam 0,49, angka iod 62,88, kadar ester 97,2%, flash point 178°C dan panas pembakaran 16183 J/g [26].

2.2.2 Biodiesel dari Bahan Baku Kelapa

Minyak kelapa diperoleh dari buah tanaman kelapa atau CocosnuciferaL . ,yaitu pada bagian inti buah kelapa (kernelatauendosperm). Tanaman kelapa ini memiliki: Famili:Palmae Genus:Cocos.

Inti buah tanaman kelapa ini memiliki kandungan minyak kelapa sebanyak 34% dengan kelembaban 6-8%. Kandungan asam lemak minyak kelapa yang paling banyak adalah asamlaurat C12:0 (asam lemak jenuh / saturated fattyacid).

digolongkan kedalam minyak asam laurat,karena kandungan asam lauratnya paling besar jika dibandingkan dengan asam lemak lainnya. Berdasarkan tingkat ketidakjenuhannya yangdinyatakan dengan bilangan iod (iodinevalue), maka minyak kelapa dapat dimasukkan kedalam golongan nondryingoils, karena bilangan iod minyak tersebut berkisar antara7,5–10,5.Minyak kelapa yang belum dimurnikan mengandung sejumlah kecil komponen bukan minyak,misalnya fosfatida, gumsterol (0,06–0,08%), tokoferol (0,003) dan asam lemak bebas (kurangdari5%),sterol yang terdapat di dalam minyak nabati disebut phitosterol dan mempunyai dua isomer, yaitu betasitoterol (C29H50O) dan stigmasterol (C29H48O). Stirol bersifat tidak berwarna, tidak berbau,stabil dan berfungsi sebagai stabiliuzer dalam minyak.

Tokoferol mempunyai tiga isomer,yaituα-tokoferol(titikcair158o-160oC),β -tokoferol(titik cair138o-140oC)danγ-tokoferol. Persenyawaan toko ferol bersifat tidak dapat disabunkan, dan berfungsi sebagai antioksidan.

Warna coklat pada minyak yang mengandung protein dan karbohidrat bukan disebabkan oleh zat warna alamiah,tetapi oleh reaksi browning.Warna ini merupakan hasil reaksi dari senyawa karbonil (berasaldari pemecahanperoksida) dengan asam amino dari protein,dan terjadi terutama pada suhu tinggi. Warna pada minyak kelapa disebabkan oleh zat warna dan kotoran–kotoran lainnya.

disebabkan oleh karoten akan mengalami degradasi. Daging buah kelapa dapatdiolah menjadi santan(juice extract). Santan kelapa ini dapat dijadikan bahan pengganti susu atau dijadikan minyak.

Tabel 2.2 Komposisi Asam Lemak Minyak Kelapa

2.2.3 Biodiesel dari Bahan Baku Sawit

Tanaman kelapa sawit (Elaeisguinensis) berasal dari Guineadi pesisir Afrika Barat, kemudian diperkenalkan ke bagian Afrika lainnya, Asia Tenggara dan Amerika Latin sepanjang garisequator (antara garis lintang utara15o dan lintang selatan12o). Kelapa sawit tumbuh baik pada daerah iklim tropis, dengan suhu antara 24oC-32oC dengan kelembaban yang tinggi dan curah hujan 200mm pertahun.Kelapa sawit mengandung kurang lebih

80% perikarp dan 20% buah yang dilapisi kulit yang tipis. Kandungan minyak dalam perikarp sekitar 30%–40%. Kelapa sawit menghasilkan dua macam minyak yang sangat berlainan sifatnya, yaitu:

1. Minyak sawit (CPO), yaitu minyak yang berasal dari sabut kelapa sawit.

2. Minyak inti sawit (CPKO), yaitu minyak yang berasal dari inti kelapa sawit.

Pada umumnya minyak sawit mengandung lebih banyak asam-asam palmitat, oleat,dan linoleat jika dibandingkan dengan minyak inti sawit. Minyak sawit merupakan gliserida yang terdiri dari berbagai asam lemak, sehingga titik lebur dari gliserida tersebut tergantung pada kejenuhan asam lemaknya. Semakin jenuh asam lemak nya semakin tinggi titik lebur dari minyak sawit tersebut. Karakteristik minyak sawit ditunjukkan pada Tabel 2.3 berikut ini:

Tabel 2.3 Karakteristik Minyak Sawit

Karakteristik Nilai

Specific Gravity pada 37,8Oc 0,898-0,901

Iodine Value 44–58

Saponification Value 195–205

Unsaponification Value, % <0,8

Komponen penyusun minyak sawit terdiri dari trigliserida dan nontrigliserida. Asam- asam lemak penyusun trigliserida terdiri dari asam lemak jenuh dan asam lemak tak jenuh seperti ditunjukkan pada Tabel 2.4 berikut:

Tabel 2.4 Komposisi Komponen Trigliserida Asam Lemak pada Minyak Sawit

dari Berbagai Sumber[15]

Komponen non-trigliserida, Tabel. 2.5, merupakan komponen yang menyebabkan rasa,aroma dan warna kurang baik. Kandungan minyak sawit yang terdapat dalam jumlah sedikit ini, sering memegang peranan penting dalam menentukan mutu minyak.

Tabel 2.5 Kandungan Minor (Komponen non-Trigliserida) Minyak Sawit

2.3 Minyak Lemak Ayam

Ada kendala utama dalam pembuatan Minyak yaitu dari segi bahan baku dan proses pembuatan seperti penggunaan bahan baku minyak sawit atau minyak bunga matahari harganya fluktuatif karena bahan tersebut juga digunakan sebagai bahan pangan sehingga tidak ekonomis, sedangkan minyak jarak memiliki kendala pada pasokan bahan baku (Suhaya. 2008). Penanggulangan masalah tersebut dapat dicari bahan baku Minyak lain, dan tidak berkompetisi sebagai bahan makanan.

Tabel 2.6populasi unggas di Indonesia dari tahun 2011 hingga 2015[lit.5]

No. Jenis Unggas Tahun

2011 2012 2013 2014 2015

1 Ayam Buras 264.340 274.564 276.777 275.116 285.021 2 Ayam Ras Petelur 124.636 138.718 146.622 146.660 151.419 3 AyamRas Pedaging 1.177.991 1.244.402 1.344.191 1.443.349 1.497.626

4 Itik 43.488 44.357 43.710 45.268 46.875

5 Puyuh 7.357 12.234 12.553 12.692 12.904

6 Merpati 1.209 1.806 2.139 2.433 2.470

Tabel 2.7 Populasi Ayam Ras Pedaging Menurut Provinsi Tahun 2011 hingga 2015[lit.5]

No Provinsi/Province Tahun/Year

2011 2012 2013 2014 2015

1 Aceh 3.085.271 2.959.212 3.041.218 3.324.447 3.490.669

2 Sumatera Utara 40.167.721 42.813.178 46.064.412 47.179.814 47.659.709

3 Sumatera Barat 15.117.321 17.439.623 15.357.013 17.921.143 18.458.778

4 Riau 38.043.692 38.165.987 36.930.599 39.987.136 40.458.813

5 Jambi 11.237.263 11.442.871 10.897.666 11.957.805 13.186.178

6 Sumatera Selatan 20.160.062 20.943.860 23.389.532 23.043.989 25.027.014

7 Bengkulu 6.189.874 6.195.941 5.949.393 5.363.033 5.883.247

8 Lampung 25.788.858 26.782.929 29.931.232 29.344.110 32.771.775

9 Kepulauan

Bangka Belitung 7.418.210 12.495.825 9.520.823 10.504.222 11.554.644

10 Kepulauan Riau 6.675.518 7.573.940 8.039.400 9.518.800 10.136.140

11 D.K.I. Jakarta 136.200 148.700 - - -

12 Jawa Barat 583.263.441 610.436.303 645.229.707 643.321.729 678.326.917

13 Jawa Tengah 66.239.700 76.906.291 103.964.760 108.195.894 109.911.641

14 D.I. Yogyakarta 5.770.832 5.814.935 6.045.705 6.716.730 6.836.175

15 Jawa Timur 149.552.720 155.945.927 162.296.157 179.830.682 181.988.651

16 Banten 52.272.333 54.151.644 61.230.844 63.324.448 61.523.543

17 Bali 6.206.641 5.872.311 7.181.171 8.161.347 8.242.957

18 Nusa Tenggara

Barat 3.279.246 3.538.158 5.020.351 9.440.867 11.854.763

19 Nusa Tenggara

Timur 578.810 584.601 710.680 732.142 724.965

20 Kalimantan Barat 21.262.386 21.967.877 12.545.991 33.542.658 35.219.791

21 Kalimantan

Tengah 4.921.209 5.225.358 4.892.196 7.274.673 7.539.337

22 Kalimantan

Selatan 43.647.767 40.603.189 51.860.699 57.727.521 51.776.799

23 Kalimantan Timur 36.510.354 39.474.540 48.177.509 46.553.307 48.880.973

24 Kalimantan Utara - - - 4.569.394 4.797.864

25 Sulawesi Utara 1.556.974 2.195.225 2.301.220 5.303.446 5.531.390

26 Sulawesi Tengah 5.136.202 6.915.137 8.897.535 8.930.817 10.270.439

27 Sulawesi Selatan 18.497.399 21.791.654 24.050.149 50.144.459 52.651.682

28 Sulawesi

Tenggara 1.045.428 1.104.308 4.946.709 3.924.357 4.330.773

29 Gorontalo 240.600 535.200 633.287 1.590.755 1.902.755

30 Sulawesi Barat 867.008 876.889 1.850.319 1.856.056 1.856.372

31 Maluku 145.684 130.490 8.500 12.200 18.000

32 Maluku Utara 79.458 251.186 62.319 361.376 297.687

33 Papua Barat 648.876 612.509 645.862 1.260.053 1.355.022

34 Papua 2.247.811 2.506.219 2.518.146 2.429.707 3.160.195

Berikut ini merupakan komposisi lemak ayam dengan analisa GCMS dapat dilihat pada tabel 2.8.

Tabel 2.8 Komposisi asam lemak ayam hasil analisis GCMS[lit.19]

Jenis Asam Lemak Jumlah Relatif Asam Lemak (%)

Asam kaproat (C6:0) Tak terdeteksi Asam kaprrilat (C8:0) Tak terdeteksi Asam kaprat (C10:0) Tak terdeteksi Asam laurat (C12:0) Tak terdeteksi

Asam miristat (C14:0) 0,74

Asam palmitoleat ( C16:1) 7,01

Asam palmitat (C16:0) 27,24

Asam margarat (C17:0) Tak terdeteksi

Asam linolenat (C18:3) 1,2

Jenis Asam Lemak Jumlah Relatif Asam Lemak (%)

Asam linoleat (C18:2) 16,36

Asam oleat (C18:1) 38,35

Asam stearat (C18:0) 5,56

Asam arakidonat (C20:4) 0,87

Asam arakidat (C20:1) 0,41

Asam arakhat (C20:0) Tak terdeteksi Asam behenat (C24:0) Tak terdeteksi Jumlah asam lemak jenuh (SPA) 33,54 Jumlah lemak asam tak jenuh tunggal

(MUFA)

45,77

Jumlah lemak asam tak jenuh ganda (PUFA)

2.3.1 Proses Pengambilan Lemak Ayam pada Ayam Boiler

ampela ayam broiler tersebut berbanding lurus mengikuti bobot ayam hidupnya, semakin berat tubuh ayam broiler tersebut semakin banyak pula lemaknya.

Lemak yang menempel pada bagian ampela ayam broiler sangat banyak terutama pada ayam ukuran jumbo, oleh karena itu kandungan lemak tersebut bisa diambil untuk dijadikan nilai tambah bagi produksi sampingan rumah pemotongan ayam. Lemak pada ampela tersebut lazim diambil dengan proses pluckering/ di blowerdengan karet plucker(biasa menggunakan drum plucker), dalam prosesnya ampela ayam broiler tersebut dimasukkan dengan jumlah tertentu pada drum pluckerlalu mesin drum plucker dinyalakan sambil menunggu proses pemisahan lemak pada ampela ayam tersebut.

Kandungan lemak ayam broiler paling baik terdapat pada tiga bagian tubuh ayam :

Kedua : Pada proses boneless paha pun banyak dijumpai lemak yang menempel dibagian daging boneless paha dan jumlahnya dua kali lebih banyak daripada lemak yang melekat pada boneless dada.

Ketiga : Bagian lemak ayam broiler yang terakhir terdapat pada sekitar ekor ayam dibawah tunggir ayam broiler, lemak ini merupakan jenis lemak ayam yang paling baik karena kadungan lemak ayam dibagian ekor ini jumlahnya paling banyak diantara lemak pada bagian tubuh ayam broiler yang lain.

2.4 Dexlite

Dexlite adalah bahan bakar minyak terbaru dari Pertamina untuk kendaraan bermesin diesel di Indonesia. Dexlite diluncurkan Selasa, (12/4/2016) sebagai varian baru bagi konsumen yang menginginkan BBM dengan kualitas di atas Solar biasa (bersubsidi) Cetane Number minimal 48, tetapi dengan harga yang lebih murah daripada Pertamina Dex Cetane Number minimal 53. Peluncuran Dexlite ini diharapkan dapat mengurangi subsidi solar sebesar Rp 16 triliun yang lebih baik digunakan untuk sektor produktif seperti infrastruktur atau subsidi langsung kepada masyarakat yang membutuhkan[10].

tahap I pada Mei di Jawa, tahap II Juni di Sumatera Utara dan Kalimantan, dan ketiga Agustus di Sumatera Selatan dan Sulawesi [11].

Dexlite merupakan komposisi dari campuran bio diesel atau fatty acid methyl ester (FAME) sebanyak 20 % dengan zat adiktif di dalamnya sehingga sulfur content mencapai 1.000 – 1.200, sedangkan Solar biasa 48 mempunyai sulfur content 3.500 . Ini sesuai dengan kebijakan pemerintah terkait pencampuran Bahan Bakar Nabati (BBN) pada solar.

BBM varian baru Pertamina ini memiliki Cetane Number minimal 51 dan mengandung Sulfur maksimal 1200 part per million (PPM). Angka ini memang lebih rendah dibanding Pertamina Dex dengan cetane number minim 53 dan kandungan sulfurnya di bawah 300 part per million (PPM), namun lebih baik dari solar 48.

2.5 Mesin Diesel

Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700 0

besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari 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).

Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan (Y. A. Çengel and M. A. Boles, Thermodynamics: An Engineering Approach, 5th ed, McGraw-Hill, 2006.). Siklus diesel tersebut ditunjukkan pada gambar 2.3 dan 2.4 di bawah ini.

Gambar 2.3 Diagram P-v [lit.29]

Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm)

T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K)

Gambar 2.4Diagram T-S [lit.29]

Keterangan Grafik:

1-2 Kompresi Isentropik

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

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

Pada gambar dapat dilihat bahwa proses penambahan panas ke fluida (pembakaran) berlangsung dalam dua tahap, yaitu proses 2-3 dan proses 3-4. Penambahan panas yang pertama terjadi secara isovolum (2-3), seperti yang terjadi pada siklus otto dan penambahan panas yang kedua (3-4)secara isobarik seperti pada siklus diesel. Diagram T-s siklus ganda ditampilkan pada gambar 2.6. pada gambar juga diperlihatkan bahwa proses pemasukan panas dari 2-3-4 terbagi atas dua bagian isovolum dan isobarik

Gambar 2.6 Diagram T-s siklus ganda [Lit.9]

Proses termodinamika siklus ganda dapat diringkas sebagai berikut:

• Proses 1-2 adalah kompresi isentropik

• Proses 2-3 adalah proses pembakaran pada volume konstan

• Proses 3-4 adalah proses pembakaran pada tekanan konstan. Pada proses ini sudah dihasilkan kerja

• Proses 4-5 proses ekspansi secara isentropik

• Proses 5-1 proses pembuangan panas kelingkungan

mesin, sebab ruang bakar tersebut direncanakan dengan tujuan agar campuran udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.

Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu:

a) Tipe ruang bakar langsung (direct combustion chamber) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7 Ruang Bakar Langsung[20]

Keuntungan ruang bakar langsung adalah:

(1) Efisiensi panas lebih tinggi, pemakaian bahan bakar lebih hemat karenabentukruang bakar yang sederhana.

(2) Start dapat mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alatbantu start busi pijar (glow plug), dan

(3) Cocok untuk mesin-mesin besar karena konstruksi kepala silinder sederhana.

Kerugian ruang bakar langsung adalah:

(3) Sering terjadi gangguan nozzle, umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole nozzle), dan

(4) Dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.

b) Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber) Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:

1). Ruang bakar kamar depan / antar muka (precombustion chamber) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.8 berikut:

Gambar 2.8 Ruang Bakar Kamar Depan[20]

Dalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi.Sebagian bahan bakr yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama

Keuntungan ruang bakar muka adalah:

untuk pengabutan,

(2) Perawatan pompa injeksi lebih mudah karena tekanan injeksi lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi, dan

(3) Detonasi berkurang serta mesin bekerja lebih baik karena menggunakan nozzle

lubang banyak.

Kerugian ruang bakar depan adalah:

(1) Biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan kepala silinder lebih rumit.

(2) Memerlukan motor starter yang besar dan kemampuan start lebih jelek sehinggaharus menggunakan alat pemanas, dan

(3) pemakaian bahan bakar boros.

2). Ruang bakar pusar (swirl chamber) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.9 berikut:

Ruang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya campuran tersebut akan terbakar di ruang bakar utama.

Keuntungan ruang bakar pusar adalah:

(1) Dapat menghasilkan putaran tinggi, karena turbulensi yang sangat baik pada saat

kompresi,

(2) Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin, dan (3) Putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lebih lembut, menyebabkan jenis ini cocok untuk mobil.

Kerugian ruang bakar pusar adalah: (1) Konstruksi kepala silinder rumit,

(2) Efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung,

(3) Penggunaan alat pemanas tidak begitu efektif, sebab ruang bakar sangat luas, dan

3). Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber) seperti ditunjukkan pada Gambar 2.10 berikut:

Gambar 2.10 Ruang Bakar Air Cell[20]

Pada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama.Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah.Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran.Pada ruang bakar ini tidak memerlukan pemanas.

Keuntungan ruang bakar air cell adalah:

(1) Mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur,

(2) tidak memerlukan pemanas,

(3) gangguan nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.

(2) Suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang, dan (3) Bahan bakar boros.

Keunggulan mesin diesel dibanding mesin bensin adalah sebagai berikut :

1. Mesin diesel memiliki efisensi terhadap panas yang besar bila dibandingkandengan mesin bensin.Tentunya Hal tersebut dapat lebih menghemat penggunaan bahan bakar (solar) daripada bensin pada mesin bensin.

2. Umumnya, mesin diesel lebih tahan lama dan tidak membutuhkan electric igniter. Hal ini berarti bahwa kemungkinan terjadinya kesulitan tentu lebih kecil dari pada mesin bensin.

3. Momen pada mesin diesel tidak berubah pada jenjang tingkat kecepatan yang luas. Itu artinya mesin diesel lebih fleksibel dan lebih mudah dioperasikan bila dibandingkan dengan mesin bensin dan karena hal inilah mesin diesel umum digunakan untuk kendaraan-kendaraan besar.

untuk memicu penyalaan agar terjadi proses pembakaran. Sedangkan penambahan turbocharger atau supercharger pada mesin bensin sangat memengaruhi pemakaian bahan bakar karena udara dan bahan bakar dicampur dengan komposisi yang tepat sebelum masuk ruang bakar, baik untuk mesin bensin dengan sistem karburator maupun sistem injeksi.

Kelemahan mesin diesel dibanding mesin bensin adalah sebagai berikut :

1. Suara dan getaran pada mesin diesel jauh lebih besar dibanding suara dan getaran pada mesin bensin. Hal tersebut disebabkan oleh tekanan pembakaran maksimum pada mesin diesel hampir dua kali lebih besar daripada mesin bensin.

2. Karena tekanan pembakarannya lebih besar dari pada mesin bensin, maka mesin diesel harus dibuat dengan menggunakan jenis bahan yang tahan terhadap tekanan tinggi, selain itu, bahan yang digunakan juga harus memiliki struktur yang kuat. Hal ini berarti bahwa untuk daya kuda yang sama, mesin diesel memiliki bobot yang jauh lebih berat dibanding bobot mesin bensin, dan tentunya biaya pembuatannya pun juga pasti lebih mahal daripada biaya pembuatan mesin bensin.

4. Mesin diesel memerlukan alat pemutar berupa motor starter dan baterai yang berkapasitas lebih besar untuk memutarnya. Hal tersebut disebabkan karena mesin diesel memiliki perbandingan kompresi yang lebih tinggi dari pada mesin bensin.

2.5.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :

1. Langkah Isap

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2. Langkah kompresi

TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk kabut.

3. Langkah Usaha

Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar).

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot

Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. 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 2.11.

2.5.2 Performansi Mesin Diesel

1. Nilai Kalor Bahan Bakar.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas.Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong yang ditunjukkan pada persamaan di bawah ini:

HHV = 33950 C + 144200 (H2- ) + 9400 S ...(2.1) (Lit.4) dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

Pengujian bom kalorimeter dilakukan untuk mendapatkan nilai kalor daripada bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar didapat dengan melihat perbedaan suhu air sebelum dan sesudah proses pengeboman bahan bakar berlangsung, atau dapat dituliskan dalam persamaan :

HHV= (t2- t1-tkp) x Cv...(2.2) (Lit.4)

dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

t2 = Suhu air setelah penyalaan (oC) t1 = Suhu air sebelum penyalaan (oC)

tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala ( 0.05oC) Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg oC)

Nilai kalor bawah (Low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap 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.

sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ...(2.3) (Lit. 4)

dimana:

LHV = Nilai kalor bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam pengujian bahan bakar dengan bom kalorimeter, hasil HHV yang didapatkan masih merupakan nilai bruto kalori bahan bakar maka untuk nilai netto kalori bahan bakar yang kita gunakan, kita gunakan nilai LHV (Low Heating Value) dari bahan bakar dengan persamaan :

LHV = HHV – 2400 (0 + 9 x 0,15) sehingga didapat

2. Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator, yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu ditunjukkan pada persamaan berikut :

=

.( . ) ...(2.5) (Lit.18)

dimana :

PB = Daya ( W ) T = Torsi ( Nm ) n = Putaran mesin ( rpm )

3. Torsi

pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Untuk mencari nilai torsi ditunjukkan oleh persamaan 2.6 di bawah ini.

T = .

. ...(2.6) (Lit.18)

4.Laju Aliran Bahan Bakar (mf)

Laju aliran bahan bakar merupakan banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian, dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.

=

!"

# x 3600 ...(2.7) (Lit.18)

dimana:

sgf = Spesifik gravitasi Minyak = 0.853

Vf = Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 8 ml)

tf = Waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)

5. Rasio udara bahan bakar (AFR)

AFR =

$%

$ …………(2.8)(Lit.18)

dimana:

AFR = Air Fuel Ratio

ma = laju aliran massa udara.

Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration seperti pada Gambar 2.12 berikut

To correct for other temperatures and pressures, multiply air mass flow by:

3564 Pa (&'(())

&*.+

Where Pa is atmospheric pressure (mb) and T is ambient temperature (K)

Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperatur 20°C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut :

, = 3654 1

1

( %' 2) 3.4

…………..(2.9)(Lit.21)

,5 = 3654 1 1 1 (27 + 273 + 114)

(27 + 273) .:

Cf = 0.94

6. Efisiensi Volumetris

Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langakah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi pada keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetric (ηv)dirumuskan dengan persamaan berikut:

ηv= <=>?@ AB?>? C=D?> E?FD @=>GC?H

<=>?@ AB?>? C=I?FE?J KLMAN= M?FDJ?O @L>?J ...(2.10) (Lit.18)

Berat udara sebanyak langkah torak =P% . ...(2.12) (Lit.18)

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya efisiensi volumetris :

ηv

=

$%

Q_{3 R} ...(2.13) (Lit.18)

dimana:

ma = Laju aliran udara (kg/jam)

ρa =Kerapatan udara (kg/m3)

Vs = Volume langkah torak (m3)= 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin)

Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dengan persamaaan berikut:

ρa= %

T % ...(2.14) (Lit.18)

dimana: R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K)

7. Daya Aktual

Daya aktual didapat dengan mengalikan daya hasil pembacaan dengan efisiensi termal aktual, efisiensi volumetris dan efisiensi mekanikal, sehingga didapat persamaan 2.15 berikut:

dimana : besar efisiensi mekanis (ηm) adalah 0.75 – 0.95 untuk mesin diesel dan yang diambil untuk perhitungan ini adalah 0.75.

8. Efisiensi Termal Aktual

Efisiensi termal aktual adalah perbandingan antara daya aktual dengan laju panas rata-rata yang dihasilkan bahan bakar, yang dapat dihitung dengan persamaan berikut:

ηa= Z3

$ [\ ...(2.16) (Lit.18)

dimana:

ηa = Efisiensi termal aktual (%)

LHV = Nilai kalor bawah(kJ/kg)

Dengan nilai LHV untuk masing-masing sesuai dengan variasi persentase Minyak yang didapat melalui percobaan bom kalori meter.

9. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan

SFC = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (g/kW.h) Pb= Daya (W)

ṁ_`= Laju Bahan Bakar (kg/jam)

10.Heat Loss dan Persentase Heat Loss

Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.

Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada persamaan berikut

% Heat Loss = (N?'N`) a (Te – d? )

11.Efisiensi Thermal Brake

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 maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi thermal brake (thermal brake efficiency, ηb).

ηb =

e%f% ghij%k% %g#j%i

[%lj Z% % f% $% jg...(2.20) (Lit.18) Laju aliran panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :

Q = mf . LHV...(2.21) (Lit.18) Jika daya keluaran (Pb) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka :

ηb =

$ .mnox 3600 ...(2.22) (Lit.18)

2.5.3Grafik-Grafik Prestasi

Gambar 2.13 Grafik Prestasi Motor Diesel[Lit.2]

cenderung naik seiring dinaikkannya putaran. Dapat disimpulkan bahwa pemakaian bahan bakar terendah tidak terjadi pada putaran minimum ataupun maksimum melainkan diantara putaran tersebut.

Berikutnya adalah grafik hubungan putaran dengan effisiensi volumetrik yang ditunjukkan pada Gambar 2.14 dibawah ini.

Gambar2.14Grafik Hubungan Putaran Dengan EffisiensiVolumetrik[Lit.21]

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa effisiensi volumetrik berbanding lurus dengan putaran mesin, semakin tinggi putaran mesin maka semakin tinggi pula effisiensi volumetrik yang dihasilkan, namun apabila effisiensi volumetrik telah mencapai titik maksimum maka effisiensi volumetrik berbanding terbalik dengan putaran mesin, dengan kata lain pada titik effisiensi volumetrik maksimum seiring dengan naiknya putaran maka nilai effisiensi volumetrik akan menurun.

Berikutnya adalah grafik hubungan putaran dengan kerugian mekanis yang ditimbulkan oleh mesin seperti heat loss yang ditunjukkan pada Gambar 2.15 dibawah ini.

Gambar 2.15 Grafik Hubungan Putaran Dengan Kerugian Mekanis[Lit.2]

Grafik diatas menunjukkan beberapa parameter prestasi mesin seperti putaran, daya, momen putar dan kerugian mekanis namun karena daya dan momen putar sudah dijelaskan pada Gambar 2.13 maka ini akan dijelaskan hubungan antara putaran dan kerugian mekanis saja. Pada grafik dilihat bahwa kerugian mekanis berbanding lurus dengan putaran, semakin tinggi putaran maka semakin besar pula kerugian mekanis yang dihasilkan.

Berikutnya adalah grafik hubungan putaran dengan effisiensi thermal yang ditunjukkan pada Gambar 2.16 dibawah ini.

Gambar 2.16 Grafik Hubungan Putaran Dengan Effisiensi Thermal[Lit.8]

Effisiensi thermal berbanding lurus dengan putaran mesin, semakin tinggi putaran mesin maka semakin tinggi pula effisiensi thermal yang dihasilkan, namun apabila effisiensi thermal telah mencapai titik maksimum maka effisiensi thermal berbanding terbalik dengan putaran mesin, dengan kata lain pada titik effisiensi thermal maksimum seiring dengan naiknya putaran maka nilai effisiensithermal akan menurun.

2.5.4 Supercharger

Supercharger adalah suatu mesin mekanisme untuk menyuplai udara dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka

lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat meningkat.

Mekanisme supercharger berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin 2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan semata-mata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran (gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam semua sistem supercharger terdapat sekaligus pembilasan dan superchargering.

Dengan supercharger jumlah udara atau campuran bahan bakar-udara segar biasa dimasukan lebih besar daripada dengan proses pengisipan oleh torak pada waktu lagkah hisap. Tekanan udara masuk silinder bersekitar antara 1,2-2,2 kg/cm2. Motor 2 tak dengan supercharger akan menaikkan sekaligus tekanan isap dan tekanan buang.

yang diperoleh dapat mencapai 40-100 , tetapi dengan disain khusus peningkatan yang lebih besar dapat dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercharger seperti yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang diperolah dengan mengunakan supercharger meningkat dengan cepat dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih cepat dan lebih baik mutunya.

Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak ekonomis menggunakan supercharger. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PSyang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang tegas, banyak juga yang menggunakan supercharger. Dalam hal tersebut kapal laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercharger.

Diatas 250 PS (1 PS= 735,4 Watt), motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya menggunakan supercharger. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang menggunakan supercharger.

bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material serta umur.

Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Saat ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa supercharger dilengkapi dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut.

Pemakaian bahan bakar spesifik dari motor bensin yang memakai supercharger biasanya menjadi lebih besar. Hal ini disebabkan karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk mencegah denotasi juga karena banyak bahan bakar yang keluar dari dalam silinder sebelum digunakan. Pemakaian superchager pada motor bensin haruslah mencakup unsur antara efisiensi dan kebutuhan misalnya pada mesin pesawat terbang dan mobil balap.

Pada mesin pesawat terbang, supercharger digunakan untuk memperoleh daya sebesar –besarnya pada waktu tinggal landas dan untuk memampas berkurangnya kepadatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi. Boleh dikatakan, kecuali pada motor bensin yang kecil, semua pesawat terbang selalu menggunakan supercharger.

dengan menyemprotkan air alkohol ke dalam arus udara pada waktu tinggal landas. Demikian juga motor bensin untuk mobil balap, yang lebih mementingkan daya daripada efisiensi, banyak memakai supercharger. Apabila motor dirancang untuk mencpai efisiensi maksimum pada daerah pembebanan tinggi, maka pembebanan rendah daya dan efisiensinya turun karena pembakaran kurang sempurnah.

Gambar 2.17 Supercharger[Lit.28]

2.5.5 Jenis- jenis Supercharger

Berdasarkan kompressor yang digunakan untuk menggerakkan supercharger maka supercharger dapat dibagi atas :

a) Supercharger, yang menggunakan positive displacement rotary compressor, dapat dibagi atas:

b) Supercharger yang menggunakan centrifugal compressor.

Sedangkan berdasarkan cara penggerakkan kompressor maka supercharger dapat dibagi atas :

1. Kompressor yang digerakkan dari crankshaft mesin itu sendiri 2. Kompressor yang digerakkan dari sumber daya luar

3. Kompressor yang digerakkan turbin dengan pemanfatan gas buang (Turbocharger) yang dapat dibagi atas :

a. Turbocharger 2 tingkat (Two Stage Turbochargering)

b. Turbocharger majemuk (compound Turbochargering)

Jenis-jenis kompressor :

1. Positive Displacement Rotary Compressor

1. Menghasilkan kapasitas udara yang paling maksimum 2. Mengkonsumsi energi yang paling sedikit

3. Pemasukan udara yang tidak kontinius

4. Sangat berisik terutama jika bentuk lobenya lurus

Sedangkan untuk imepeler dengan 3 lobes yang berbentuk spiral,

merupakan tipe root kompressor yang lebih baik dibandingkan dengan 2 lobes

karena tidak besrisik dan terutama karena aliran udara lebih merata (kontiniu)

2. Centrifugal kompressor

Positive displacement rotary compressor secara praktis akan melapaskanudara dalam jumlah yang sama setiap putaran mesin tanpa memperhatikan kecepatan ataupun tekanan kerja dalam silinder. Tetapi untuk kompressor sentrifugal jumlah udara yang dimasukkan ke dalam silinder tiap putaran mesin akan selslu berubah-ubah karena tergantung pada kuadrat kecepatan roda putarnhya sehingga kapasitas pemasukkan udaranya akan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan positive displacement rotary compressor terutaman pada putaran rendah.

Supercharger mirip dengan turbocharger, tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin. Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin dan dalam banyak aplikasi kurang efisien daripada turbocharger.