BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Supercharger
Supercharger merupakan sebuah kompresor gas yang digunakan untuk memompa udara ke silinder mesin pembakaran dalam. Massa oksigen tambahan yang dipaksa masuk ke silinder membuat mesin membakar lebih banyak bahan bakar, dan meningkatkan efisiensi volumetrik mesin dan membuatnya lebih bertenaga. Sebuah supercharger ditenagai secara mekanik oleh sabuk-puli, rantai-sproket, maupun mekanisme roda gigi dari poros engkol mesin.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 dari pada turbocharger. Dalam aplikasi di mana tenaga besar lebih penting dari pertimbangan lain, seperti dragster top fuel dan kendaraan digunakan dalam kompetisi tractor pull, supercharger sangat umum
Supercharger mesin pertama dunia yang bisa digunakan dan diuji diciptakan oleh Dugald Clerk, dimana dia menggunakannya pertama kali pada mesin 2-tak pada tahun 1878. Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer di atas yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke ruang bakar mesin. Daya dihasilkan ketika campuran udara dan bahan bakar dibakar di dalam sebuah silinder mesin. Jika udara dipaksa lebih banyak ke dalam silinder, maka bahan bakar lebih dapat dibakar dan kekuasaan yang lebih diproduksi dengan stroke masing-masing. Sebuah supercharger memampatkan asupan udara untuk tekanan atmosfer di atas yang meningkatkan densitas saluran udara masuk ke mesin.
katup, timing camshaft & knalpot ukuran sangat penting untuk mendapatkan output daya maksimum.
Dalam sistem kerja supercharged, ada laju aliran massa udara yang lebih besar, yaitu kerapatan yang lebih tinggi dan kecepatan aliran udara. Tekanan udara meningkat dalam perjalanan ke mesin, daya lebih dihasilkan oleh pembakaran, dan gas buang keluar jauh lebih cepat, membuat timing dan ukuran knalpot kurang penting. Meskipun beberapa dari kekuatan tambahan dihasilkan harus digunakan untuk menggerakkan pompa kompresor, hasil bersih lebih total daya dari sistem. Supercharger membutuhkan sumber putaran untuk menggerakan komponennya, sumber putarannya biasanya diambil dari tenaga mesin. Prinsip kerjanya yaitu terdapat turbin di dalam supercharger yang berputar sesuai dengan putaran yang disalurkan dari mesin, kemudian putaran ini akan mengkompresikan udara yang dihisap dari poros turbin kemudian mengalir mengikuti bentuk daripada supercharger (rumah keong) kemudian keluar dan masuk menuju ke saluran intake daripada mesin dan menekan udara dan bahan bakar masuk ke dalam ruang bakar. Keunggulan dari supercharger ini adalah efeknya lebih spontan, dari putaran rendah sudah terjadi kenaikkan tenaga.
Gambar 2.1 Supercharger.
Caranya, dengan menawarkan supercharger listrik (electric supercharger). Tujuannya, agar mesin bekerja makin efisien. Supercharger atau turbocharger listrik bukalahan temuan baru. Di Indonesia alat sudah dipasarkan sejak awal 1990an.
Supercharger ini biayanya lebih murah dibandingkan dengan versi mekanis atau yang diputar oleh mesin (drive belt). Pemasangannya pun dinilai lebih gampang karena tak banyak lagi modifikasi. Hebatnya lagi, supercharger ini ditarget untuk mesin yang berkapasitas kecil. Pasalnya, supercharger ini tidak mempengaruhi langsung kinerja mesin. Bisa bekerja pada seluruh kondisi kerja mesin.Di lain hal, supercharger konvensional, untuk memutarnya, dibutuhkan tenaga langsung dari mesin. Tepatnya, untuk memutarnya, turbocharger mengkonsumsi sebagian kecil tenaga yang dihasilkan mesin.
Turbocharger yang digerakkan oleh gas buang – energi diperoleh secara gratis hanya lancar bekerja pada putaran sedang dan tinggi (di atas 2.500 rpm). Pada putaran rendah, dengan tekanan gas buang yang masih lemah, terjadi gejala yang
disebut “turbo lag”. Akibatnya, mesin kurang rensposif pada putaran rendah.
Dengan supercharger, apalagi digerakkan oleh listrik (mengambil tenaga dari baterai), sejak awal mesin bekerja udara tambahan sudah bisa dipasok ke dalam mesin. Dengan ini, tenaga atau torsi bisa diperoleh pada putaran lebih rendah. Hasilnya, selain irit bahan bakar, membuat mesin enak dan nyaman dikendarai di jalanan.
Diharapkan pula, dengan supercharger ini, penggunaan mesin ber-cc lebih kecil makin berkembang. Hal ini tidak hanya menguntungkan pemakai mesin dari konsumsi bahan bakar, harga juga bisa ditekan karena pajaknya lebih murah
2.2 Blower Elektrik
didalam tahap proses–proses secara kimiawi dikenal dengan nama booster atau circulator.
Blower juga sebagai alat mekanik yang berfungsi untuk meningkatkan tekanan fluida mampu mampat, yaitu gas atau udara. Adapun pengertian Blower adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Secara umum biasanya menghisap udara dari atmosfer, yang secara fisika merupakan campuran beberapa gas dengan susunan Nitrogen, Oksigen, dan campuran argon, Karbon dioksida, Uap air, minyak dan lainnya.
Blower juga banyak digunakan di industri bangunan mesin,terutama untuk menggerakkan pesawat–pesawat pneumatic, antara lain boor, hammer, pesawat angkat, pembersih pasir, alat control, penyemprotan dan pompa. Tekanan kerja untuk alat pneumatic berkisar 1 – 15 psig, mesin pneumatic 70 : 90 psig, untuk udara 40 : 100 psig (udara berekvansi) dan untuk pencairan gas tekanan kerjanya 200 : 3500 psig.
Gambar 2.2 Blower
2.3 Motor Bakar Empat Langkah
yaitu motor pembakaran luar dan pembakaran dalam. Motor pembakaran dalam (Internal Combustion Engine) ialah motor bakar yang pembakarannya terjadi di dalam pesawat itu sendiri
Motor bakar dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut
spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstanta.
Ntienne Lenoir yang lahir pada tahun 1822 dan meniggal dunia pada tahun 1900 adalah seorang berkebangsaan Perancis yang pertama kali menemukan motor bakar 2 tak.
Sedangkan August Otto yang hidup antara 1832 sampai 1891 adalah seorang berkebangsaan Jerman yang membuat cikal bakal ramainya industri Mobil sipenemu mesin 4 tak. Pada tahun 1860, Otto mendengar kabar ada ilmuwan jenius yang bernama Leonir, yang mampu membuat mesin pembakar dengan dua dorongan putaran alias 2tak. Sayangnya mesin 2 tak ini memakai bahan bakar gas. Otto menilai ini kurang praktis. Otto kemudian menciptakan karburator, sayangnya ditolak lembaga paten, karena ada yang mendahului. Namun ia menyempurnakan mesin 2 tak dengan 4 dorongan alias 4 langkah. Hasil ini dipatekan di Jerman pada tahun 1863. Mendapat formula jitu. Lalu ia membuat mesin yang dibiayai oleh Eugene Langen. Konstruksi buatannya mendapatkan medali World Fair di Paris 1867.
Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi gesekan putar.
2.3.1 Prinsip kerja motor bakar empat langkah
Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol.
Pada dasarnya prinsip kerja pada motor bakar terdiri dari 5 hal yaitu: 1. Pengisian campuran udara dan bahan bakar
2. Pemampatan/pengkompresian campuran udara dan bahan bakar 3. Pembakaran campuran udara dan bahan bakar
4. Pengembangan gas hasil pembakaran 5. Pembuangan gas bekas
Siklus ideal volume kostan ini adalah siklus untuk mesin otto.
Siklus volume konstan sering disebut dengan siklus ledakan (explostion cycle) karena secara teoritis proses pembakaran terjadi sangat cepat dan menyebabkan peningkatan tekanan yang tibatiba.Penyalaan untuk proses pembakaran dibantu dengan loncatan bunga api. Nikolaus August Otto menggunakan siklus ini untuk membuat mesin sehingga siklus ini sering disebut dengan siklus otto.
Gambar 2.3 Diagram P-v siklus otto 0-1 : Pemasukan BB pd P konstan
1-2 : Kompresi Isentropis
4-1 : Pembuangan kalor pd V konstan 1-0 : Pembuangan gas buang pd P konstan
Gambar 2.4 Diagram T-S Siklus otto
Katup masuk dan katup buang terbuka tepat ketika pada waktu piston berada pada TMA dan TMB, maka siklus motor 4 (empat) langkah dapat diterangkan sebagai berikut:
a. Langkah Hisap
Piston bergerak dari TMA ke TMB. Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar diisap ke dalam silinder. Katup isap terbuka sedangkan katup buang tertutup. Waktu piston bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder disebabkan adanya tekanan udara luar (atmospheric pressure).
b. Langkah Kompresi
c. Langkah Tenaga
Akibat adanya pembakaran maka pada ruang bakar terjadi panas dan pemuaian yang tiba-tiba. Pemuaian tersebut mendorong piston untuk bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup rapat sehingga seluruh tenaga panas mendorong piston untuk bergerak.
d. Langkah Buang
Piston bergerak dari TMB ke TMA. Dalam langkah ini, gas yang terbakar dibuang dari dalam silinder. Katup buang terbuka, piston bergerak dari TMB ke TMA mendorong gas bekas pembakaran ke luar dari silinder.Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan berikutnya, yaitu langkah isap .
Gambar 2.5 Prinsip kerja motor 4 (empat) langkah
2.3.2 Parameter prestasi motor bakar empat langkah
Secara praktis prestasi mesin ditunjukan oleh torsi dan daya. Parameter inirelatif penting untuk mesin dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya poros maksimum menggambarkan sebagai kemampuan maksimum mesin. Torsi poros maksimum pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk rnemperoleh aliran udara (atau campuran udara dengan bahan bakar) yang tinggi yang masuk ke dalam mesin pada kecepatan tersebut. Sewaktu mesin dioperasikan pada waktu yang lama konsumsi bahan bakar dan efisiensi mesin menjadi sangat penting.
TMA
Daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut.
Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara yang terdapat dalam diagram sebagai berikut :
2.4 Performansi Mesin Otto
Performansi motor bakar dipengaruhi oleh berbagai hal, diantaranya perbandingan kompresi, homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bahan bakar serta tekanan udara masuk kedalam ruang bakar. Apabila perbandingan udara pada ruang bakar semakin besar, maka efisiensi motor bakar tersebut akan semakin tinggi akan tetapi dapat menimbulkan knocking pada motor yang menimbulkan berkurangnya daya pada motor tersebut. Untuk mengatasi masalah ini bisa diimbangi dengan meningkatkan angka oktan bahan bakar yang
Gambar 2. 6 Diagram Alir Prestasi Mesin
Parameter Prestasi Mesin
Torsi
Daya
Laju Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
Spesifik
dingunakan, akan tetapi perlu diketahui, apabila angka oktannya terlalu tinggi, maka performansi motor tersebut juga tidak maksimal.
2.4.1 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). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan 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 dengan percobaan alat bom kalorimeter, dan dihitung dengan menggunakan persamaan :
V = ( 2 – 1 – kp) v ... (1)
Dimana:
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (oC) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (OC) Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0,05 OC) Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529,6 KJ/KgOC)
Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :
� V = HV – 2400 (M + 9H2)... (2)
Dimana:
LHV = Nilai Kalor Bawah (KJ/Kg)
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
2.4.2 Torsi
Gambar 2.7 Skema Torsi
Pada percobaan ini, alat yang digunakan untuk mengukur torsi motor adalah dengan timbangan pegas. Dimana timbangan pegas ini diikat pada roda belakang sepeda motor yang akan diuji nantinya. Maka didapat torsi pada roda dari hasil pembacaan pada timbangan pegas dengan menggunakan persamaan :
= ... (3) Troda = F x r ... (4) Dimana :
F = Gaya (N)
G = Percepatan gravitasi (9,86 m/s2) m = Massa (Kg)
Troda = Torsi pada roda (Nm) r = Jari – jari roda (m)
Dengan rumus diatas akan didapat torsi pada roda, sedangkan torsi pada motor dapat dihitung dengan membagikan torsi pada roda terhadap perbandingan rasio (final rasio), adapun perbandingan rasio dapat diketahui dengan rumus berikut :
Jadi torsi mesin dapat diketahui dengan rumus berikut :
Tmesin = � �
�� � � � ... (5)
Dimana :
Tmesin = torsi pada mesin (Nm)
Sedangkan untuk percobaan dengan menggunakan blower, maka torsi pada mesin yang telah didapat akan dikurangkan lagi dengan torsi yang digunakan oleh blower, sehingga rumus menjadi :
Tmesin = � �
�� � � � − Tblower ... (6)
Dimana :
Tblower = Torsi pada blower (Nm)
Adapun rumus untuk mencari Tblower adalah sebagai berikut :
Tblower = ��.6
. . ... (7)
Dimana :
PB = Daya blower (W) n = Putaran blower (rpm)
2.4.3 Daya Poros
banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :
P = �.
6 T ... (8)
Dimana : P = Daya mesin ( W ) n = putaran mesin ( rpm )
2.4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi mesin yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per-jam untuk setiap daya kuda (Hp) yang dihasilkan. Adapun persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut :
SFC = ṁ . 3
�� ... (9)
̇ f = . 3 x 3600 ... (10)
Dimana :
SFC = Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Kg/kW.h) PB = Daya (W)
̇ f = Laju aliran bahan bakar (gr/jam)
t = Waktu (jam)
2.4.5 Efisiensi Thermal
ηb = � � . −3 bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadi reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar yang masuk ke ruang bakar harus tepat. Berdasarkan standarisasi SI, nilai AFR untuk mesin otto berada diantara
12 ≤ AFR ≥ 18 sedangkan untuk mesin diesel berada diantara 18 ≤ AFR ≥ 70.
Adapun perbandingan udara dan bahan bakar tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut:
AFR = � = ṁ�
ṁ ... (12)
Dimana:
ma = massa udara di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cycle) mf = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus (Kg/cyl-cycle)
̇a = laju aliran udara didalam ruang bakar (Kg/jam)
̇f = laju aliran bahan bakar didalam ruang bakar (Kg/jam)
Dimana :
Pi = tekanan udara masuk ruang bakar (kpa) Vd = Volume langkah (m3)
Vc = Volume sisa (m3) n = Putaran mesin (rpm) R = Konstanta udara
Ti = Temperatur udara masuk ruang bakar (K)
Sedangkan untuk menghitung volume langkah dan volume sisa digunakan persamaan berikut :
Vd = . . ... (15)
Vc = � − 1 ... (16)
Dimana :
B = Bore (m) S = Stroke (m) rc = Rasio Kompresi
2.4.7 Efisiensi Volumetris
Efisiensi volumetris ηV merupakan volume campuran udara-bahan bakar yang masuk ke dalam silinder. Campuran udara-bahan bakar yang memasuki silinder ketika langkah isap inilah yang akan menghasilkan daya. Efisiensi
ɳv = �
� . ... (17)
ρ = ��
� .�� ... (18)
Dimana :
ɳv =Efisiensi Volumetris
ρ = Density udara (Kg/m3)
2.5 Emisi Gas Buang
Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam mesin pembakaran dalam, mesin pembakaran luar, mesin jet yang dikeluarkan melalui sistem pembuangan mesin. Biasanya emisi gas buang ini terjadi karena pembakaran yang tidak sempurna dari sistem pembuangan dan pembakaran mesin serta lepasnya partikel-partikel karena kurang tercukupinya oksigen dalam proses pembakaran tersebut.
Adapun ambang batas emisi gas buang yang telah ditetapkan oleh pemerintah sesuai peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006, tentang ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor oleh menteri negara lingkungan hidup dapat dilihat pada lampiran.
2.5.1. Sumber
Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOX) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.
2.5.2 Komposisi Kimia
Polutan inorganik seperti : karbon monoksida, karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.
2.5.3. Bahan Penyusun
Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas. Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari mesin otto diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :
a. Karbon Monoksida (CO)
Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.
meningkat di berbagai perkotaan dapat mengakibatkan turunnya berat janin dan meningkatkan jumlah kematian bayi serta kerusakan otak. Karena itu strategi penurunan kadar karbon monoksida akan tergantung pada pengendalian emisi seperti penggunaan bahan katalis yang mengubah bahan karbon monoksida menjadi karbon dioksida dan penggunaan bahan bakar terbarukan yang rendah polusi bagi kendaraan bermotor seperti dengan penggunaan bahan bakar alternatif.
b.Oksigen (O2)
Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada temperature tinggi di atas 1210oC. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
O2 → 2O N2+O → NO+N N+O2 → NO+O
Normalnya konsentrasi oksigen di gas buang adalah sekitar 1.2% atau lebih kecil bahkan mungkin 0%. Tapi kita harus berhati-hati apabila konsentrasi oksigen mencapai 0%. Ini menunjukkan bahwa semua oksigen dapat terpakai semua dalam proses pembakaran dan ini dapat berarti bahwa AFR cenderung kaya. Dalam kondisi demikian, rendahnya konsentrasi oksigen akan berbarengan dengan tingginya emisi CO. Apabila konsentrasi oksigen tinggi dapat berarti AFR terlalu kurus tapi juga dapat menunjukkan beberapa hal lain. Apabila dibarengi dengan tingginya CO dan HC, maka pada mobil yang dilengkapi dengan CC berarti CC mengalami kerusakan. Untuk mobil yang tidak dilengkapi dengan CC, bila oksigen terlalu tinggi dan lainnya rendah berarti ada kebocoran di exhaust system.
c. Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi.
Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.
d.Unburned Hidrocarbon (UHC)
Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.
Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon.
e.Hidrokarbon (HC)
Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air Fuel Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolaholah
tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan
menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot pun tinggi.
exhaust port akan dapat menekan emisi HC secara drastis. Saat ini, beberapa mesin otto yang pada umumnya pada mesin mobil sudah dilengkapi dengan electronic air injection reaction pump yang langsung bekerja saat cold-start untuk menurunkan emisi HC sesaat sebelum CC mencapai suhu kerja ideal.
Apabila emisi HC tinggi, menunjukkan ada 3 kemungkinan penyebabnya yaitu CC yang tidak berfungsi, AFR yang tidak tepat (terlalu kaya) atau bensin tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar. Apabila mesin otto dilengkapi dengan CC, maka harus dilakukan pengujian terlebih dahulu terhadap CC dengan cara mengukur perbedaan suhu antara inlet CC dan outletnya. Seharusnya suhu di outlet akan lebih tinggi minimal 10% daripada inletnya.
Apabila CC bekerja dengan normal tapi HC tetap tinggi, maka hal ini menunjukkan gejala bahwa AFR yang tidak tepat atau terjadi misfire. AFR yang terlalu kaya akan menyebabkan emisi HC menjadi tinggi. Ini bisa disebabkan antara lain kebocoran fuel pressure regulator, setelan karburator tidak tepat, filter udara yang tersumbat, sensor temperature mesin yang tidak normal dan sebagainya yang dapat membuat AFR terlalu kaya. Injector yang kotor atau fuel pressure yang terlalu rendah dapat membuat butiran bensin menjadi terlalu besar untuk terbakar dengan sempurna dan ini juga akan membuat emisi HC menjadi tinggi. AFR yang terlalu kaya juga akan membuat emisi CO menjadi tinggi dan bahkan menyebabkan outlet dari CC mengalami overheat, tetapi CO dan HC yang tinggi juga bisa disebabkan oleh rembasnya pelumas ke ruang bakar. Apabila hanya HC yang tinggi, maka harus ditelusuri penyebab yang membuat ECU memerintahkan injektor untuk menyemprotkan bensin hanya sedikit sehingga AFR terlalu kurus yang menyebabkan terjadinya intermittent misfire. Pada mesin otto yang masih menggunakan karburator, penyebab misfire antara lain adalah kabel busi yang tidak baik, timing pengapian yang terlalu mundur, kebocoran udara disekitar intake manifold atau mechanical problem yang menyebabkan angka kompresi mesin rendah.
Untuk mengurangi emisi HC, maka dibutuhkan sedikit tambahan udara atau
molekul oksigen untuk bereaksi dengan sempurna. Ini berarti AFR 14,7:1 (lambda = 1.00) sebenarnya merupakan kondisi yang sedikit kurus. Inilah yang menyebabkan oksigen dalam gas buang akan berkisar antara 0.5% sampai 1%. Pada mesin yang dilengkapi dengan CC, kondisi ini akan baik karena membantu fungsi CC untuk mengubah CO dan HC menjadi CO2. Mesin tetap dapat bekerja dengan baik walaupun AFR terlalu kurus bahkan hingga AFR mencapai 16:1. Tapi dalam kondisi seperti ini akan timbul efek lain seperti mesin cenderung knocking, suhu mesin bertambah dan emisi senyawa NOX juga akan meningkat drastis.
2.6 Bahan Bakar Shell v-power
Bensin atau gasoline atau petrol adalah salah satu jenis bahan bakar minyak yang dimaksudkan untuk kendaraan bermotor roda dua, tiga, dan empat. Secara sederhana, bensin tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul yang hanya terdiri dari hidrogen dan karbon yang terikat antara satu dengan yang lainnya sehingga membentuk rantai.
Jika bensin dibakar pada kondisi ideal dengan oksigen berlimpah, maka akan dihasilkan CO2, H2O, dan energi panas. Setiap kg bensin mengandung 42.4 MJ. Bensin dibuat dari minyak mentah, cairan berwarna hitam yang dipompa dari perut bumi dan biasa disebut dengan petroleum. Cairan ini mengandung hidrokarbon; atom-atom karbon dalam minyak mentah ini berhubungan satu dengan yang lainnya dengan cara membentuk rantai yang panjangnya yang berbeda-beda. Molekul hidrokarbon dengan panjang yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda pula. CH4 (metana) merupakan molekul paling “ringan”; bertambahnya atom C dalam
Dengan bertambah panjangnya rantai hidrokarbon akan menaikkan titik didihnya, sehingga pemisahan hidrokarbon ini dilakukan dengan cara distilasi. Prinsip inilah yang diterapkan di pengilangan minyak untuk memisahkan berbagai fraksi hidrokarbon dari minyak mentah.
Bensin diproduksi di kilang minyak. Material yang dipisahkan dari minyak mentah lewat distilasi, belum dapat memenuhi standar bahan bakar untuk mesin-mesin modern. Material ini nantinya akan menjadi campuran hasil akhir. Setiap barel minyak bumi umumnya menghasilkan 74 liter bensin (46% basis volume), namun besaran ini tergantung pada kualitas minyak bumi dan kualitas bensin yang akan dihasilkan.
Semua bahan bakar yang disebut dengan bensin umumnya terdiri dari hidrokarbon, dengan atom karbon berjumlah antara 4 sampai 12 (biasanya disebut C4 sampai C12).
Karakteristik
Mudah menguap pada temperatur normal.
Tidak berwarna, tembus pandang, dan berbau.
Mempunyai titik nyala rendah (-10 sampai -15 derajat Celcius).
Mempunyai berat jenis yg rendah (0,71 sampai 0,77 kg/l).
Dapat melarutkan oli dan karet.
Menghasilkan jumlah panas yang besar (9,500 sampai 10,500 kcal/kg).
Sedikit meninggalkan jelaga setelah dibakar.
Shell V-Power adalah bahan bakar yang diproduksi Shell, bahan bakar ini merupakan bahan bakar dengan pormula unggulan dengan adanya (Friction Modification Technology) (FMT) yang didesain untuk meningkatkan kinerja sebuah mesin, dan memiliki pormula teknologi pembersih yang kuat, yang dikembangkan untuk membantu meningkatkan kinerja & tingkat respons dalam berkendara.
Shell v-power berwarna kekuningan yang jernih. Shell v-power merupakan BBM untuk kendaraan bermotor . RON 95
Gambar 2.8 Bahan Bakar Shell V-power
Spesifikasi bahan bakar Shell V-Power
Penampilan : Kuning. Cairan terang, jernih
Bau : Hidrokarbon
Titik Didih Awal dan Rentang Didih : 25 - 215 °C / 77 - 419 °F Titik nyala api : < -40 °C / -40 °F
Batas Atas/bawah : 1.0 - 8.0 %(V) Flamabilitas : > 250 °C / 482 °F
Tekanan uap : 600 hPa pada 20 °C / 68 °F Berat jenis : 0.75 g/cm3 pada 15 °C /59 °F Viskositas kinematis : 0.5 - 0.75 mm2/s pada 40 °C /104 °F
2.7 Bahan Bakar Etanol
liter pada tahun 2007. Dari tahun 2007 ke 2008, komposisi etanol pada bahan bakar bensin di dunia telah meningkat dari 3.7% menjadi 5.4%.Pada tahun 2010, produksi etanol dunia mencapai angka 22,95 miliar galon AS (86,9 miliar liter), dengan Amerika Serikat sendiri memproduksi 13,2 miliar galon AS, atau 57,5% dari total produksi dunia.
Etanol digunakan secara luas di Brasil dan Amerika Serikat. Kedua negara ini memproduksi 88% dari seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan etanol sampai 10%, dan penggunaan bensin etanol 10% malah diwajibkan di beberapa kota dan negara bagian AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran yang legal adalah berkisar 25% etanol dan 75% bensin (E25). Di bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta kendaraan dan truk ringan bahan bakar fleksibel dan lebih dari 500 ribusepeda motor yang dapat menggunakan bahan bakar etanol murni (E100).
Ethanol adalah salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat diproduksi dari tumbuhan. Etanol dapat dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya tebu, kentang, singkong, dan jagung. Telah muncul perdebatan, apakah bioetanol ini nantinya akan menggantikan bensin yang ada saat ini. Kekhawatiran mengenai produksi dan adanya kemungkinan naiknya harga makanan yang disebabkan karena dibutuhkan lahan yang sangat besar,ditambah lagi energi dan polusi yang dihasilkan dari keseluruhan produksi etanol, terutama tanaman jagung. Pengembangan terbaru dengan munculnya komersialisasi dan produksi etanol selulosa mungkin dapat memecahkan sedikit masalah
Etanol selulosa menawarkan prospek yang menjanjikan karena serat selulosa, komponen utama pada dinding sel di semua tumbuhan, dapat digunakan untuk memproduksi etanol. Menurut Badan Energi Internasional etanol selulosa dapat menyumbangkan perannya lebih besar pada masa mendatang.
Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh keberadaan gugus hidroksil dan pendeknya rantai karbon etanol (CH3CH2OH). Gugus hidroksil dapat berpartisipasi
ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih sulit menguap daripada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama.
Etanol adalah pelarut yang serbaguna, larut dalam air dan pelarut organik lainnya, meliputi asam asetat, aseton, benzena, karbon tetraklorida, kloroform, dietil eter, etilena glikol,gliserol, nitrometana, piridina, dan toluena. Ia juga larut dalam hidrokarbon alifatik yang ringan, seperti pentana dan heksana, dan juga larut dalam senyawa klorida alifatik seperti trikloroetana dan tetrakloroetilena.
Gambar 2.9 Struktur dari molekul etanol ikatan tunggal
Campuran etanol-air memiliki volume yang lebih kecil daripada jumlah kedua cairan tersebut secara terpisah. Campuran etanal dan air dengan volume yang sama akan menghasilkan campuran yang volumenya hanya 1,92 kali jumlah volume awal. Pencampuran etanol dan air bersifat eksotermik dengan energi sekitar 777 J/mol dibebaskan pada 298 K.
Campuran etanol dan air akan membentuk azeotrop dengan perbandingkan kira-kira 89 mol% etanol dan 11 mol% air. Perbandingan ini juga dapat dinyatakan sebagai 96% volume etanol dan 4% volume air pada tekanan normal dan T = 351K. Komposisi azeotropik ini sangat tergantung pada suhu dan tekanan. Ia akan menghilang pada temperatur di bawah 303 K
larut dalam senyawa nonpolar, meliput kebanyakan minyak atsiri dan banyak perasa, pewarna, dan obat.
Penambahan beberapa persen etanol dalam air akan menurunkan tegangan permukaan air secara drastis. Campuran etanol dengan air yang lebih dari 50% etanol bersifat mudah terbakar dan mudah menyala. Campuran yang kurang dari 50% etanol juga dapat menyala apabila larutan tersebut dipanaskan terlebih dahulu. Indeks refraksi etanol adalah 1,36242 (pada λ=589,3 nm dan 18,35 °C)
Etanol yang digunakan adalah etanol 98% dengan spesikasi umum sebagai berikut :
Warna bening
RON 117
Berat jenisnya adalah sebesar 0,7939 g/ml
Titik didihnya 78,320 0C pada tekanan 766 mmHg
