BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Umum Sepeda Motor 2.1.1 Sejarah Sepeda Motor
Sepeda motor yang kita kenal saat ini merupakan evolusi dari sepeda roda dua konvensional. Hal ini terlihat jelas pada bentuk dan desain sepeda motor pertama yang mengadopsi bentuk dan desain dari sepeda konvensional. Ada tiga orang yang diakui sebagai penemu sepeda motor yaitu, Ernest Michaux (Perancis), Edward Butler (Inggris), dan Gottlieb Daimler (Jerman).
Sepeda motor pertama kali dirancang pada tahun 1868 oleh Ernest Michaux berkebangsaan Perancis. Tenaga penggerak yang direncanakan pada waktu itu adalah engine uap namun proyek ini tidak berhasil. Kemudian pada tahun 1885 Edward Butler mencoba menyempurnakannya dengan membuat kendaraan lain yang mempergunakan tiga roda dan digerakan dengan menggunakan motor dari jenis motor pembakaran dalam. Tahun 1885 seorang ahli engine Jerman Gottlieb Daimler dan rekannya, Wilhelm Maybach menjadi perakit motor pertama kali di dunia. Daimler memasangkan engine empat langkah berukuran kecil pada sebuah sepeda kayu.Engine diletakkan di tengah (di antara roda depan dan belakang) dan dihubungkan dengan rantai ke roda belakang.
Kemudian sepeda kayu ber engine itu diberi nama Reitwagen (riding car).Tahun 1894, sepeda motor rancangan Hildebrand dan Wolfmuller adalah sepeda motor yang pertama dipasarkan,roda belakang sepeda motor ini digerakkan langsung
oleh kruk as (crankshaft).Sejarah mencatat bahwa sepeda motor rancangan Hildebrand dan Wolfmuller adalah sepeda motor pertama yang sukses diproduksi.
Dipatenkan di Munich pada tahun 1894, sepeda motor Hildebrand dan Wolfmuller berhasil terjual sebanyak 200 unit (sumber: http//id.shvoong.com/humanities/
history/2075297-sejarah-ditemukannya-sepeda-motor/).
.
Gambar 2.1 Sepeda Motor Rancangan Ernest Michaux (http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.Ernest.com/2009/06/motor-2.jpg)
Gambar 2.2 Sepeda Motor Rancangan Edward Butler (http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.Edward.com/2009/06/motor-2.jpg)
Gambar 2.3
Sepeda Motor Reitwagen (riding car) Rancangan Gottlieb Daimler (http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files. Gottlieb.com/2009/06/motor-2.jpg)
Gambar 2.4 Sepeda Motor Rancangan Hildebrand dan Wolfmuller (http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.hildebrand.com/2009/06/motor-2.jpg)
Tahun 1895, sebuah perusahaan Perancis yaitu DeDion-Buton merancang sebuah motor modern. Diperkenalkannya motor ini menjadi awal dari terjadinya revolusi pada industri sepeda motor. Motor empat langkah ini kecil, ringan, dan
memiliki putaran (rpm) tinggi. Motor yang berdiameter silinder 50 mm dan panjang langkah 70 mm ini berkapasitas 138 cc dan menghasilkan tenaga sebesar 0.5 hp. Desain motor DeDion-Buton ini selanjutnya dijadikan role model oleh banyak pabrikan sepeda motor di dunia termasuk Indian dan Harley Davidson di Amerika Serikat. (sumber: http//www.about.com/motorcycle_com-mo- mcmuseum-firstbike.html).
Gambar 2.5 Desain Motor DeDion-Buton
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files. DeDion.com/2009/06/motor-2.jpg)
2.2 Tinjauan Umum Motor Otto 2.2.1 Definisi Motor Otto
Arismunandar (2005 : 5) mengemukakan bahwa:
Motor otto adalah motor yang bekerja dengan cara memasukan panas dari percikan bunga api listrik dari busi pada campuran udara dan bahan bakar yang dikompresikan. Motor otto berbeda dengan motor diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara karena motor otto selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Motor otto dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi memercikan loncatan api listrik yang menyalakan pembakaran campuran bahan bakar dan
udara, karena itu motor otto disebut juga Spark Ignition Engine. Karburator adalah tempat pencampuran bahan bakar dengan udara.
Arismunandar (2005:9) menyatakan bahwa:
Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau disemprotkan kedalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator.
Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar.
Campuran tersebut kemudian masuk kedalam silinder yang dinyalakan oleh loncatan api listrik dari busi, menjelang akhir langkah kompresi. Pembakaran bahan bakar ini menyebabkan engine menghasilkan daya.
2.2.2 Prinsip Kerja Motor 4 langkah
Motor otto adalah suatu pesawat yang mengubah energi kimia menjadi energi panas hasil pembakaran, dan selanjutnya energi panas hasil pembakaran diubah menjadi energi mekanik. Energi yang didapat dari motor otto merupakan hasil dari menghisap campuran bahan bakar dan udara pada saat terjadi langkah hisap.
“Motor empat langkah adalah motor yang menyelesaikan satu siklus dalam empat langkah torak atau dua kali putaran poros engkol” (Hidayat, 2007: 11).
Empat langkah torak tersebut terdiri dari langkah pengisian, langkah kompresi dan proses penyalaan, langkah ekspansi serta langkah pembuangan. Proses kerja ini terjadi berurutan dan berulang-ulang. Piston (torak) motor bergerak bolak balik dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya. Proses kerja motor empat langkah diselesaikan dalam empat langkah piston. Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian.Langkah kedua yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi.Langkah
ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar) didalam silinder motor/ ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA ke TMB. Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan.Gas hasil pembakaran didorong oleh piston keluar silinder motor. Sehingga pada motor empat langkah proses kerja motor untuk menghasilkan satu langkah usaha (menghasilkan tenaga) diperlukan empat langkah piston. Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran poros engkol.Empat langkah piston ini akan dijelaskan seperti pada gambar berikut ini.
Gambar 2.6Prinsip Kerja Motor Otto 4 (Empat) Langkah (Arismunandar, 2005:8)
2.2.2.1 Langkah Hisap
Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa:
Langkah hisap dimulai dari piston yang bergerak dari TMA (titik mati atas) menuju ke TMB (titik mati bawah). Katup hisap terbuka sedangkan katup buang tertutup.Ketika piston bergerak menuju TMB, menyebabkan ruang silinder menjadi vakum, campuran udara dan bahan bakar terhisap kedalam silinder karena adanya tekanan udara diluar ruang silinder.
(a) (b) (c) (d)
Gambar 2.7 : Langkah Hisap (id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.1.Langkah Hisap Motor (Otto) Empat Langkah
Input Kondisi Mekanik
Campuran bahan bakar dan udara
Torak:
Torak bergerak dari TMA ke TMB hal ini disebabkan oleh gaya dari motor stater ketika dinyalakan, atau momentum dari roda gila apabila engine telah hidup.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume membesar dan tekanan turun, atau terjadi perubahan volume sebesar volume langkah atau sebesar volume sisa menjadi volume total. Hal ini menyebabkan terjadinya kevakuman dalam ruang silinder sehingga campuran bahan bakar dan udara terhisap masuk kedalam ruang silinder.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam digerakan oleh poros engkol melalui timing belt, timing Chain, atau timing gear dengan perbandingan putaran dua banding satu. Hal ini menyebabkan katup masuk terbuka dan katup buang tertutup.
2.2.2.2 Langkah Kompresi
Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa:
Setelah mencapai TMB, piston bergerak kembali ke TMA, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Campuran bahan bakar dan udara yang terhisap sebelumnya terkurung di dalam silinder dan dimampatkan oleh piston yang bergerak ke TMA. Volume campuran bahan bakar dan udara itu menjadi kecil dan karena itu tekanan dan temperaturnya naik hingga campuran itu mudah sekali terbakar.
Gambar 2.8: Langkah Kompresi (id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.2
Langkah Kompresi Motor (Otto) Empat Langkah
Input Kondisi Mekanik
Campuran bahan bakar dan udara sebesar volume langkah.
Torak:
Torak bergerak dari TMB ke TMA yang menyebabkan terjadinya kondisi volume mengecil dan tekanan meningkat.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume mengecil dan tekanan meningkat, atau terjadi perubahan volume sebesar volume total menjadi volume sisa. Hal ini menyebabkan terjadinya pemampatan udara dalam silinder.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak 1800 atau setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam bergerakyang
kemudianmenggerakkan mekanisme katup-katup, sehingga katup masuk dan katup buang tertutup.
2.2.2.3 Langkah Usaha
Arismunandar(2005: 9) mengemukakan bahwa:
Dalam langkah ini, engine menghasilkan tenaga untuk menggerakkan kendaraan. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada saat langkah kompresi, campuran udara dan bahan bakar tersebut dibakar oleh percikan bunga api dari busi, sehingga terjadilah proses pembakaran yang mengakibatkan tekanan dan temperatur gas di dalam silinder menjadi semakin tinggi. Gas pembakaran mendorong piston bergerak ke TMB, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup
Gambar 2.9 : Langkah Usaha (id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.3Langkah Usaha Motor (Otto) Empat Langkah
Input Kondisi Mekanik
Tidak ada
Torak:
Torak bergerak dari TMA ke TMB hal ini disebabkan oleh tekanan hasil pembakaran yang berada di atas torak atau di ruang bakar yang menekan torak hingga bergerak.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume mengecil dan tekanan meningkat. Ekspansi terjadi di atas torak selama terjadi langkah ekspansi, dengan demikian tekanan dan suhu akan Sangat menurun.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam bergerak yang kemudian menggerakkan mekanisme katup-katup. katup masuk dan katup buang tertutup.
2.2.2.4 Langkah Buang
Arismunandar (2005: 9) mengemukakan bahwa:
Apabila piston telah mencapai TMB, katup buang terbuka sedangkan katup hisap tetap tertutup. Piston bergerak kembali ke TMA mendorong gas pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran buang (ekhaus manifold).
Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah
berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar kerja dari pada engine empat langkah
Gambar 2.10 : Langkah Buang (id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.4Langkah Buang Motor (Otto) Empat Langkah
Input Kondisi Mekanik
Tidak ada
Torak:
Torak bergerak dari TMB ke TMA, dan menyebabkan gas sisa pembakaran akan terdorong keluar dari ruang silinder.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume mengecil dan penurunan tekanan.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam bergerak yang kemudian menggerakkan
mekanisme katup-katup. katup masuk tertutup dan katup buang terbuka, kemudian gas sisa pembakaran akan terdorong keluar.
2.2.3 Proses Pembakaran Pada Motor Otto
“Pembakaran sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar dengan oksigen dengan diikuti dengan panas atau sinar” (Toyota new step 2, 1995:
22).Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin yaitu pembakaran normal dan pembakaran tidak normal.
2.2.3.1 Pembakaran Sempurna
Pembakaran sempurna adalah “dimana bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki” (Toyota new step 2, 1995: 2-3). Mekanisme pembakaran normal pada motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas terbakar habis. Saat gas bakar dikompresikan, tekanan dan suhunya naik, sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul-molekul hidrokarbon terurai dan tergabung dengan oksigen dan udara. Sebelum langkah kompresi berakhir terjadilah percikan api pada busi yang kemudian membakar gas tersebut. Dengan timbulnya energi panas, tekanan dan suhunya naik secara mendadak, maka torak terdorong menuju titik mati bawah.
2.2.3.2 Pembakaran Tidak Sempurna
Pembakaran tidak sempurna (tidak normal) menurut Suyanto (1989:257), adalah “pembakaran dimana nyala api dari pembakaran ini tidak menyebar
secara teratur dan merata sehingga menimbulkan masalah atau bahkan kerusakan pada bagian-bagian motor. Dalam buku Toyota new step 2 (1995:2-3) menyatakan bahwa “pembakaran tidak sempurna dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu knocking dan pre-ignition”.
2.2.3.2.1 Knocking
Peristiwa pembakaran normal api menyala ke seluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi sebagai pusat penyebaran, dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah terbakar sehingga tekanan dan suhunya menjadi naik. Jika saat ini gas jadi terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (denotasi) yang menimbulkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat ini terjadi pada akhir langkah pembakaran. Sebagai akibatnya tenaga engineakan berkurang dan jika sering terjadi maka akan memperpendek umur engine.
2.2.3.2.2 Pre-ignition
Peristiwa pre-ignition hampir sama dengan knocking, tetapi terjadi hanya pada saat busi sebelum memercikan bunga api. disini bahan bakar terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang cukup tinggi sebelum busi memercikan bunga api.
2.3 Tinjauan Umum Elektrolisis Air
Dalam ilmu kimia dan manufaktur, elektrolisis adalah metoda penggunaan arus listrik untuk mendorong reaksi kimia non-spontan.Elektrolisis secara komersial sangat penting sebagai tahap dalam pemisahan dari unsur yang bersumber dari alam yang telah ada seperti biji besi menggunakan sel elektrolitik.Elektrolisis adalah arus listrik yang melalui zat ionik baik berupa cair
atau dilarutkan dalam pelarut yang sesuai, menghasilkan reaksi kimia pada elektroda dan pemisahan bahan.
Gambar 2.11.
Ilustrasi dari peralatan yang digunakan untuk elektrolisis yang biasanya digunakan dalam laboratorium sekolah.
(Http:/iman-ardi.blogspot.com,11:45/8 Juli 2014)
Komponen utama yang diperlukan untuk proses elektrolisis adalah:
1. Larutan elektrolit:
Zat yang mengandung ion bebas yang merupakan penghantar arus listrik.Jika ion-ionnya tidak bergerak, seperti dalam garam padat maka elektrolisis tidak dapat terjadi.
2. Arus listrik:
Menyediakan energi yang diperlukan untuk menghasilkan atau mengosongkan ion dalam elektrolit.Arus listrik dibawa oleh electron dari listrik eksternal.
3. Dua buah elektroda:
Konduktor listrik yang merupakan antarmuka fisik antara rangkaian listrik.Elektroda dari metal, grafit dan material semikonduktor adalah yang paling umum digunakan. Pemilihan elektroda yang sesuai tergantung dari reaktivitas kimia antara elektroda dan elektrolit dan harga dari proses manufakturnya.
2.3.1 Proses Elektrolisis
Kunci dari proses elektrolisis adalah pertukaran atom dan ion oleh pengurangan atau penambahan elektron dari sumber listrik eksternal. Contohnya dalam elektrolisis air untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen, hasilnya dalam bentuk gas. Gas ini membentuk gelembung dari elektrolit dan dikumpulkan.
2 H2O → 2 H2 + O2
Cairan yang berisi ion yang bergerak (elektrolit) diproduksi oleh:
1. Solvasi atau reaksi dari suatu senyawa ionik dengan pelarut (seperti air) untuk menghasilkan ion bergerak.
2. Suatu senyawa ionik dilebur (fusi) dengan pemanasan Tegangan listrik diberikan di sepasang elektroda dengan cara dicelupkan dalam elektrolit. Setiap elektroda menarik ion yang berlawanan muatan. Ion bermuatan positif (kation) bergerak menuju katoda (negatif), sedangkan ion bermuatan negatif (anion) bergerak menuju anoda (positif). Pada elektroda, elektron diserap atau dilepaskan oleh atom dan ion. Atom-atom yang memperoleh atau kehilangan elektron menjadi ion yang melewati elektrolit. Ion tersebut yang memperoleh atau kehilangan elektron menjadi atom bermuatan terpisah dari elektrolit. Pembentukan atom
bermuatan dari ion disebut pengosongan. Energi yang dibutuhkan untuk menyebabkan ion pindah ke elektroda dan energi untuk mengubah menjadi ion, disediakan oleh sumber listrik eksternal.
2.3.2 Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah penguraian air (H2O) menjadi oksigen (O2) dan gas hidrogen (H2) karena arus listrik yang melewati air.
2.3.2.1 Prinsip Kerja Elektrolisis Air
Tegangan listrik dihubungkan ke dua buah elektroda atau dua buah plat (umumnya terbuat dari beberapa logam inert seperti platinum atau stainless steel) yang mana dicelupkan kedalam air. Hidrogen akan muncul pada katoda (elektroda bermuatan negatif, dimana elektron masuk ke dalam air), dan oksigen akan muncul pada anoda (elektroda bermuatan positif). Diasumsikan efisiensi faraday adalah ideal, jumlah hidrogen yang dihasilkan adalah 2 kali lipat dari jumlah mol dari oksigen dan keduanya adalah sebanding dengan jumlah muatan listrik yang dihantarkan oleh larutan. Namun dalam banyak sel persaingan reaksi samping mendominasi, menghasilkan produk yang berbeda dan kurang dari efisiensi faraday yang ideal.
Gambar 2.12. Demonstrasi sederhana elektrolisis di rumah (id.wikipedia.org 11:51. 8-7-2014)
Elektrolisis air murni membutuhkan energi berlebih dalam bentuk overpotential untuk mengatasi berbagai hambatan aktivasi. Tanpa kelebihan energi, elektrolisis air murni terjadi sangat lambat atau tidak sama sekali. Hal ini sebagian disebabkan oleh ionisasi air yang terbatas.Air murni memiliki konduktivitas listrik sekitar sepersejuta dari air laut. Banyak sel elektrolitik mungkin kekurangan kebutuhan akan katalis. Efisiensi dari elektrolisis meningkat melewati penambahan dari elektrolit (seperti garam, asam atau basa) dan penggunaan dari elektrokatalis.
2.3.3 Persamaan Reaksi Kimia
Dalam air murni pada katoda bermuatan negatif, reaksi reduksi berlangsung, dengan elektron (e-) dari katoda yang diberikan kepada kation hidrogen untuk membentuk gas hidrogen (reaksi setengah seimbang dengan asam):
Reduksi di katoda: 2 H+(aq) + 2e− → H2(g)
Setengah reaksi yang sama juga dapat diseimbangkan dengan basa seperti yang tercantum di bawah ini. Tidak semua setengah reaksi harus seimbang dengan asam atau basa.Banyak, seperti oksidasi atau reduksi air yang tercantum di sini.Untuk menambah setengah reaksi keduanya harus seimbang dengan baik asam atau basa.
Katoda (reduksi): 2 H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2 OH-(aq)
Anode (oksidasi): 4 OH- (aq) → O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e−
Penggabungan kedua persamaan setengah reaksi menghasilkan decomposisi keseluruhan yang sama dari air menjadi oksigen dan hidrogen:
Reaksi keseluruhan: 2 H2O (l) → 4 H+(aq) + O2(g) + 4 e
Jumlah molekul hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali jumlah molekul oksigen, dengan asumsi suhu dan tekanan yang sama untuk kedua gas. Gas hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali volume gas oksigen yang dihasilkan.Jumlah elektron yang dilewatkan melalui air adalah dua kali jumlah molekul hidrogen dan empat kali dari jumlah molekul oksigen yang dihasilkan.
Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, maka harga z untuk O2(g) adalah 4.
Dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen pada tekanan dan temperature standard secara termodinamik tidak berlangsung spontan, hal ini ditunjukkan oleh harga potensial reaksi standard yang berharga negatif dan energi bebas Gibbs yang positif. Proses tersebut “mustahil” dapat berlangsung tanpa penambahan suatu elektrolit dalam larutan dan sejumlah energi listrik. Elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Untuk mempercepat perlu ditambahkan elektrolit, seperti asam, basa atau garam. Pada elektolisis air murni, kation H+ akan berkumpul di anoda dan anion –OH akan berkumpul di katoda. Hal ini dapat dibuktikan dengan menambahkan suatu indikator ke dalam elektrolisis air, daerah anoda akan bersifat asam sedangkan daerah katoda akan bersifat basa. Muatan ion ini yang akan mengganggu aliran arus listrik lebih lanjut sehingga proses elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Hal ini juga merupakan alas an mengapa air murni memiliki daya hantar arus listrik yang lemah. Jika suatu elektrolit dilarutkan dalam air maka daya hantar air akan naik dengan cepat.
Elektrolit akan terurai menjadi kation dan anion. Anion akan bergerak ke arah anoda dan menetralkan muatan positif H+ sedangkan kation akan bergerak ke arah katoda dan menetralkan muatan negatif -OH. Hal ini menyebabkan arus listrik dapat mengalir lebih lanjut.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water).
Perlu dicermati dalam memilih elektrolit, karena akan terjadi persaingan antara anion dari elektrolit dengan ion hidroksida untuk melepaskan elektron (mengalami oksidasi), demikian juga terjadi pada kation dengan ion H+. Anion dengan harga potensial elektroda standard lebih kecil dibandingkan ion hidroksida akan mengalami oksidasi sehingga tidak dihasilkan gas oksigen, sedangkan kation dengan harga potensial elektroda standard lebih besar dibandingkan ion hidrogen akan mengalami reduksi sehingga tidak dihasilkan gas hidrogen. Kation Li+, Rb+, K+, C+, Ba2+, Sr2+, Ca2+, Na+, dan Mg2+ memiliki potensial elektroda lebih rendah dibandingkan H+ sehingga memungkinkan untuk digunakan sebagai kation dari elektrolit. Litium dan sodium sering digunakan karena murah dan mudah larut
(http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water).
Anion sulfat (SO4 2-) sangat sukar dioksidasi karena memiliki potensial oksidasi standard relatif besar, yakni 0,22 Volt, yang kemungkinannya akan diubah menjadi ion peroksidisulfat. Asam kuat seperti asam sulfat ( H2SO4), dan basa kuat seperti kalium hidroksida (KOH) dan sodium hidroksida (NaOH) sering digunakan sebagai zat elektrolit.
(http://en.wikipedia. org/wiki/Electrolysis_of_water).
Elektrolisis air pada temperatur tinggi atau elektrolisis uap air merupakan suatu metoda yang sedang diteliti, yakni elektrolisis air dengan mesin kalor. Elektrolisis air pada temperatur tinggi ternyata lebih efisien dibandingkan elektrolisis tradisional pada temperatur kamar sebab sebagian energi disediakan dalam bentuk panas, yang lebih
murah dibandingkan energi listrik, dan reaksi elektrolisis menjadi lebih efisien pada temperatur yang lebih tinggi dengan total efisiensi sekitar 25-45%.
(http://en.wikipedia.org/wiki/ Electrolysis_of_water).
2.4 Oxyhidrogen/ HHO Gas/ Brown Gas
Oxyhydrogen adalah campuran dari gas hidrogen (H2) dan gas oksigen (O2).
Campuran gas ini digunakan sebagai torch untuk pengolahan bahan tahan api dan campuran gas yang pertama kali digunakan untuk pengelasan. Berdasarkan teori, rasio hidrogen:oksigen adalah 2:1 itu sudah cukup untuk mencapai efisiensi maksimum. Pada prakteknya rasio 4:1 atau 5:1 dibutuhkan untuk menghindari oksidasi api.
Gambar 2.13.Sel elektrolitik untuk memproduksi oxyhydrogen pada abad kesembilan belas
(en.wikipedia.org 12:01, 8/7/2014)
Dalam istilah lama campuran itu kadang-kadang dinamakan knallgas (Jerman,
"bang-gas"), meskipun beberapa penulis menggunakannya untuk mendefinisikan knallgas menjadi istilah umum untuk campuran bahan bakar dengan jumlah yang tepat
dari oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna, sehingga 2 : 1 oxyhydrogen akan disebut "hidrogen-knallgas".
Brown gas dan HHO adalah istilah ilmu pinggiran (fringe science) untuk campuran 2:1 dari oxyhydrogen diduga memiliki sifat khusus.
2.4.1 Properti
Oxyhydrogen akan terbakar ketika diberikan temperature pengapiannya (ignition). Untuk campuran stokiometrik pada tekanan normal, pengapian terjadi pada 570oC (1065oF). Energi minimum yang diperlukan untuk menyalakan campuran tersebut dengan percikan api adalah sekitar 20 mikrojoule. Pada suhu dan tekanan standar, oxyhydrogen dapat terbakar ketika memiliki volume 4% dan 95% hidrogen dari volume.
Ketika terjadi pengapian, campuran gas melepaskan energi dan terkonversi menjadi uap air, dengan energi reaksi 241,8 kJ (LHV) untuk setiap mol H2 yang dibakar. Jumlah energi panas yang dilepaskan adalah independen dari mode pembakaran, tetapi tempratur dari api bervariasi. Maksimum tempratur adalah sekitar 2800oC yang tercapai dengan campuran stoikiometrik murni, sekitar 700 derajat lebih panas dari pada api hidrogen di udara. Ketika salah satu dari gas dicampur lebih dari rasio ini atau bila dicampur dengan gas inert seperti nitrogen, panas harus menyebar ke seluruh kuantitas yang lebih besar dari materi dan suhu akan lebih rendah.
2.4.2 Produksi
Campuran stoikiometri murni dapat diperoleh dengan elektrolisis air, yang mana menggunakan arus listrik untuk memisahkan molekul air.
Electrolysis: 2 H2O → 2 H2 + O2
Combustion: 2 H2 + O2 → 2 H2O
William Nicholson adalah orang pertama yang menguraikan air dengan cara ini pada tahun 1800. Energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan oxyhydrogen selalu melebihi energi yang dilepaskan oleh pembakaran itu.
2.5 Emisi Gas Buang
Atmosfir bumi yang biasa disebut udara terutama terdiri dari atas dua gas : oksigen (O2) yang menempati21% volume atmosfir, dan Nitrogen (N2) yang menempati 78% volume atmosfir, sisanya yang 1 % ditempati oleh berbagai macam gas termasuk Argon (Ar) yang berjumlah 0,94% dari sisa 1% dan carbon dioksid (CO2). Disamping Argon dan Carbon dioksid, masih banyak lagi zat yang dihasilkan manusia, seperti (CO), gas Hidrocarbon (HC), Oksid Nitrogen (NOx), Sulfur Dioksid (SO2) dan lain-lain.
Gambar 2.14 Susunan Atmossfir bumi
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 14)
2.5.1 Zat Pencemaran yang Dihasilkan Kendaraan
Zat pencemar dari hasil pembakaran atas bahan bakar gasoline engine ada tiga macam yaitu CO, HC dan NOx, gas ini mengganggu pernapasan dan berbahaya terhadap manusia, binatang dan tanaman. Dimana rumus kimia untuk pembakaran tidak sempurna adalah sebagai berikut:
C8H18 + Udara H2O + CO2+ COx + NOx + HC +
2 C8H18 + 25 O2 + N2 18H2O + 16 CO2 + CO + NOx + HC
Zat Pencemar
Sumber Utama di Atmosfir
Akibatnya Keterangan
CO Mobil 93%
generator daya dan lain-lain 7%
Mengganggu pertukaran oksigen didalam darah dan menyebabkan keracunan carbon monoksid (konsentrasi CO pada 30-40PPM (Port Per Million) melumpuhkan syaraf : pada 500 PPM menyebabkan sesak napas dan pusing. Konsentrasi CO yang tinggi dapat menyebabkan kematian
-
HC Mobil 57%
Pemurnian minyak bumi, pemakaian pelarut dan lain-lain 43%
Organ pernapasan menjadi sakit Akibat dari utama photo chemical smog.
NOx Mobil 39%
Pabrik, pembangkit daya pemurnian minyak bumi 61%
-Sakit mata, hidung, tenggorokan, batuk, sakit kepala, paru-paru
-No2 atmosfir pada 3-5 PPM menghasilkan bau yang menyakitkan pada 10-30 PPM menyebabkan sakit mata dan hidung, pada 30-50 PPM menyebabkan batuk, sakit kepala
Penyebab utama photo chemical smog
Gas bekas umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun N2 (Nitrogen), CO2(gas Carbon) dan H2O (uap air) dan sebagian kecil merupakan gas beracun seperti gas CO, HC, dan Nox (Oksid Nitrogen) yang sekarang sangat populer dalam gas bekas maupun gas buang adalah gas yang beracun. Gas yang dikeluarkan dari suatu kendaraan bila digambarkan dalam % seperti pada gambar dibawah ini.
Gambar 2.15 Emisi Gas buang
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal16)
CO (Carbon Monokside) HC (Hydro Carbon) Nox (Oxide Nitrogen)
Sifat - Zat gas tidak
berwarna dan tidak berbau
- Tidak mudah larut dalam air
- Perbandingan berat terhadap udara (1 Atm
oC) 0,967
- Didalam udara bila diberikan api akan terbakar dengan mengeluarkan asap biru dan menjadi CO2
(carbon diokside)
- Sebutan zat yang merupakan ikatan kimia hanya dari carbon (C) dan Hydrogen (H) saja - Bentuk kimianya dibagi
menjadi parafine, naftaline,olefine dan aromatic N2O karena tidak aktif, tidak menjadi persoalan
- Terutam berbentuk NO, NO2, dan N2O.
- NO adalah gas yang tidak berwarna tidak berbau, sukar larut dalam air, didalam udara karena gesekan akan menjadi NO2 - NO2 adalah zat gas
berwarna agak kemerahan dan sedikit berbau, mudah larut dalamair bereaksi dengan air menjadi
asam nitrit atau nitrat Sumberutama
dalam udara
- Terutama tempat sumbernya adalah pada kendaraan disaat idling
- Sumber utamanya adalah gas buang dari kendaraan atau macam- macam alat pembakaran - dan lain-lainnya seperti
refinering oli (pengilangan minyak) karena pemakaian pelarut
- Sumber timbulnya adalag gas buang dari mobil, gas-gas yang timbul dari pabrik kimia serta gas-gas bakar yang timbul dari bermacam-macam alat-alat pembakaran
Efek buruk yang ditimbulkan
- Akan bercampur dengn hemologen yang terdapat dalam darah menjadi carbon oxida hemologen (CO-Hb.
- Dengan
bertambahnya CO- Hb, fungsi pengalir oxygen dalam darah akan terhalang - Didalam darah bila
terdapat CO-Hb 5%
(dalam udara CO 40
ppm) akan
menimbulkan
keracunan dalam darah.
-
- Bila kepekatan HC-nya bertambah tinggi akan merusak sistem pernapasan manusia (tenggorokan) terutama yang beracun adalah Benzena dan Toruene.
- Hidro carbon aktif seperti susunan (olefine dan sebagainya) akan menyebabkan photo chemical smoke (smoke yang maksud disini adalah suatu kumpulan gugusan antara CO, HC dan N2 yang bila terkena sinar matahari akan menimbulkan mata pedas
- Dari jenis aromatic ada juga yang menyebabkan timbulnya kanker.
-
- No2 akan membuat sakit (merangsang)
hidung dan
tenggorokan
- Dari sifat
beracunnya akan menimbulkan sukar tidur, batuk-batuk dan sebagainya
- Sebagai gabungan dari zat nitrogen menyebabkan problem utama timbulnya photo chemical smoke
2.5.2 Sebab-Sebab Timbulnya CO, HC, dan Nox.
2.5.2.1 CO ( Carbon monoksida )
Bila carbon didalam bahan bakar terbakar habis dengan sempurna maka terjadilah reaksi sebagai berikut :
C + O2 CO2
Dalam proses ini, yang terjadi adalah CO2, apabila unsur-unsur Oxygen (udara) tidak cukup akan terjadinya proses pembakaran tidak sempurna sehingga carbon didalam bahan bakar terbakar dalam suatu proses sebagai berikut:
Pada kenyataannya gas CO yang dikeluarkan oleh mesin kendaraan banyak dipengaruhi oleh perbandingan campuran dari jumlah supply antara udara dengan bahan bakar yang dihisap oleh mesin (A/F), jadi untuk mengurangi CO, perbandingan campuran ini harus dibuat kurus (exses Air), tetapi akibat lain HC dan Nox lebih mudah timbul serta output mesinpun akan menjadi kurang.
2.5.2.2 HC (Hidrocarbon)
Bila uap bensin dipanaskan pada temperatur tinggi terjadi oksidas, tetapi akibatnya adalah pembakaran tidak sempurna dan bahkan ada bagian yang tidak terbakar, bensin yang belum terbakar ini keluar dari ruang bakar dalam bentuk gas HC mentah, seperti halnya CO, didalam pembakaran sempurna HC tidak keluar bersama gas buang tetapi sebenarnya HC terjadi didalam case. Dari gas buang HC dibagi 2 yaitu:
1. Bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas mentah.
2. Bahan bakar terpecah karena reaksi panas berubah menjadi gugusan HC yang lain, yang keluar bersama gas buang.
sebab-sebab utama timbulnya HC :
1. Sekitar dinding-dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah dimana temperatur itu tidak mampu melakukan pembakaran.
2. Missing (missfire).
C + ½ O2 CO
3. Adanya overlap intake valve (kedua valve sama-sama terbuka), jadi merupakan gas pembilas/pembersih.
2.5.2.3 NOx (Okside Nitrogen )
Bila terdapat unsur-unsur N2 dan O2 pada temperatur 1800 – 2000oC akan terjadi reaksi pembentukan gas NO seperti dibawah ini :
Gas NO ini bila dalam udara mudah berubah menjadi NO2, dalam ruang pembakaran pada mesin karena temperatur pembakaran akan melebihi 2000oC, maka gas NO akan terbentuk, NOx didalam gas buang terdiri dari 95% NO, 3-4%NO2 dan sisanya N2O,N2O3 dan sebagainya.
2.5.3 Perbandingan udara – bahan bakar teoritis
Perbandingan udara – bahan bakar secara teoritis adalah perbandingan berat udara didalam campuran udara-bahan bakar dengan berat bahan bakar, bila sejumlah octane terbakar sempurna akan bercampur dengan oksigen di udara, dengan perbandingan seperti yang ditunjukan disebelah kiri tanda panah persamaan kimia dibawah untuk menghasilkan energi, hasil reaksi ini (disamping energi) ialah gas CO2 dan air, dengan perbandingan seperti yang ditunjukan disebelah kanan tanda panah.
Untuk memperoleh hasil diatas, bila 1 gram octane dibakar diperlukan 15 gram udara, dengan demikian ”perbandinganudara-bahan bakar secara teoritis” adalah perbandingan udara terhadap bahan bakar untuk memperoleh pembakaran yang sempurna, akan tetapi, bensin yang digunakan mobil adalah bukan oktan murni melainkan campuran oktan dan hydrocarbon lainnya, karena itu perbandingan udara- bahan bakar teoritis biasanya lebih rendah dari 15 : yaitu antara 14,4 sampai 15 (perbandingan 15 artinya 15 :1)
N2 + O2 2NO
2C8H18 + 25O2 16CO2 + 18H2O
Gambar 2.16 AFR teoritis
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 24)
Perbandingan udara-bahan bakar secara teoritis mempunyai peranan penting dalam memahami bagaimana campuran terbakar, bila perbandingan suatu campuran lebih rendahdaripada perbandingan teoritis (misalnya 10:1) campuran akan menjadi terlalu gemuk dan pembakaran yang terjadi kekurangan oksigen
Gambar 2.17 AFR kaya
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 25)
Sebaliknya, bila perbandingan campuran lebih tinggi daripada perbandingan teoritis (misalnya 20:1) campuran akan menjadi terlalu kurus dan oksigen didalam pembakaran terlalu banyak.
Gambar 2.17 AFR Kurus
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 25)
Tabel 2.1 Tabel Ambang batas Emisi
Ambang Batas Emisi SK. Gubernur DKI Jakarta
No. 1041/2000
CO
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 4 % -
1986 – 1995 Max. 3,5 % Max. 3,0 %
> 1996 Max . 3 % Max. 2,5%
HC
TAHUN KARBURATOR INJEKSI
< 1985 Max. 1.000 PPM -
1986 – 1995 Max. 800 PPM Max. 600 PPM
> 1996 Max. 700 PPM Max. 500 PPM
CO2 Min . 12 % Min 12 %
O2 Max. 2 % Max. 2%
Lamda 0,950 – 1,025 0,970 – 1,000
2.6 Desfek Sepeda Motor Yamaha Scorpio 225
Tipe Mesin Pendingin Udara 4-Langkah bensin, SOHC Susunan Cylinder Tegak single Cylinder
Volume Cylinder 223,2 cm3
Diameter x Langkah 70 x 58 mm Perbandingan Kompresi 9,5 : 1
Tekanan Kompresi (STD) 8,5 kg/cm2/370 r/min
Starting system Motor Starter dan Kick Starter Sistem pelumasan Basah/ wet sump
Tipe Oli SAE 20W40 tipe SE motor oil
(jika temperature tidak di bawah 5oC) SAE 10W30 tipe SE Motor oil
(jika temperature tidak di bawah 15oC) Kapasitas Oli
Oli Mesin:
Pergantian Berkala
Dengan membuka saringan oli Kapasitas total
2.7 L 2.8 L 2.9 L
Saringan Udara Element tipe basah
Bahan bakar:
Tipe
Kapasitas Tangki:
Total cadangan
Bahan bakar regular
13 L 2,4 L Karburator:
Tipe Pabrikan BS30/MIKUNI
Busi/spark plug:
Celah/Gap
NGK D8EA-9 atau Denso X24ES-U 0,8-0,9 mm
2.7 Perhitungan yang digunakan
2.7.1 Hukum Faraday
Banyaknya zat yang dihasilkan dari reaksi elektrolisis sebanding dengan banyaknya arus listrik yang dialirkan kedalam larutan. hal ini dapat digambarkan dengan hukum faraday 1
Dimana,
W = massa zat yang dihasilkan
i = arus dalam ampere t = waktu dalam satuan detik F = tetapan Farady,
1 F = 96500 C
i.t = Q = arus dalam satuan C arus dalam satuan Farady
mol elektron
Mol elektron dari suatu reaksi sama dengan perubahan biloks 1 mol zat. Dari rumusan diatas diperoleh :
Jumlah Faraday = mol elektron
= perubahan bil.oksidasi 1 mol zat
Dalam penentuan massa zat yang dihasilkan dalam reaksi elektrolisis, biasanya data yang diketahui adalah Ar bukan e, sedangkan
sehingga rumusan Hukum Faraday 1 menjadi :
n = valensi atau banyaknya mol elektron untuk setiap mol zat.
(SMK Kimia_ratna) 2.7.2 Konsentrasi Larutan
Ada beberapa cara dalam menyatakan konsentrasi suatu larutan, yaitu sebagai berikut :
MOLARITAS (M) : adalah banyak mol zat yang terlarut dalam 1000 ml larutan.
NORMALITAS (N) : adalah banyaknya gram ekivalen zat yang terlarut dalam 1000 ml larutan.
MOLALITAS (m) : adalah banyaknya mol zat yang terlarut dalam 1000 mg pelarut.
Normalitas (N) ditentukan oleh banyaknya gram ekivalen zat terlarut dalam 1000 ml larutan.
2.7.3 Hukum Ohm
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan beda potensial yang diterapkan kepadanya. Secara matematis hukum Ohm diekspresikan dengan persamaan:
Dimana :
I = adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan Ampere.
V = tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam satuan Volt.
R = nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu penghantar dalam satuan Ohm.
Hukum ini dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically pada tahun 1827.
2.7.4 Daya
Daya (Power) dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Daya dilambangkan dengan P. Mengikuti definisi ini daya dapat dirumuskan sebagai:
Dimana:
P = Daya (J/s)
W = Kerja, atau energi (Joule) T = Waktu (s)
