BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Pertamina Dex ( Pertadex )
Minyak diesel, adalah suatu campuran dari hydrocarbon yang telah di distilasi setelah bensin dan minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 250 - 340°C. Umumnya minyak diesel mengandung belerang dengan kadar yang cukup tinggi. Kualitas minyak diesel sangat ditentukan oleh besar kecilnya angka PartikulatSulphur Content, dan angka Cetane. Angka Partikulat untuk menilai tingkat kebersihan bahan bakar, angka Sulphur Content untuk emisi kesehatan Catalytic Converter, dan angka Cetane berkaitan dengan kemampuan bahan bakar terhadap
putaran mesin yang tinggi. Pertamina Dexadalah salah satu jenis BBM produksi Pertamina yang dipergunakan kendaraaan bermotor dengan mesin diesel.Seperti halnya Pertamax dan Pertamax Plus, Pertamina Dex juga termasuk BBM nonsubsidi. Akan tetapi, Pertamina Dex lebih jarang dijumpai dibandingkan Pertamax dan Pertamax Plus. Harga jualnya juga merupakan yang termahal dari semua jenis BBM yang diperjualbelikan di SPBU Pertamina.
Pertamina Dex yang merupakan singkatan dari Diesel Environment Extra adalah salah satu jenis kendaraaan bermotor denga kelebihan dibandingkan dengan bahan bakar untuk mesin diesel lainnya, diantaranya :
• Memilik angka performa tinggi dengan Cetane Number Minimal 53 (paling tinggi dikelasnya).
• Memiliki Kandungan Sulfur Paling Rendah di Indonesia (max. 300 ppm) yang berfungsi untuk menghindari penyumbatan injektor dan menghasilkan emisi gas buang lebih ramah lingkungan, karena jika kandungan sulfur (belerang) tinggi akan mengotori sistem penyaringan emisi sehingga menurunkan kemampuannya dalam menekan emisi. Sulfur yang tinggi pun bisa membuat injector nozzle kotor.
2.2 Plastik
2.2.1 Tentang Plastik
Plastik merupakan salah satu bahan yang paling banyak digunakan saat ini karena plastik memiliki banyak sifat-sifat yang menguntungkan bagi kehidupan manusia. Diantara pemanfaatan plastik adalah untuk memproduksi wadah makanan dan minuman, peralatan dapur dan rumah tangga, komponen listrik, serta mainan anak- anak.Di balik kelebihan-kelebihan yang dimiliki plastik, penggunaan plastik yang sembarangan ternyata dapat memberikan dampak yang buruk bagi lingkungan dan juga kesehatan manusia.
Plastik umumnya sulit untuk didegradasikan (diuraikan) oleh mikro organisme sehingga dapatmenimbulkan masalah pencemaran lingkungan. Sampah plastik juga dapat melepaskan senyawa karsinogenik (penyebab dan pemicu kanker) pada kondisi tertentu. Plastik adalah bahan sintestis atau alami yang terdiri dari rantai panjang dengan komponen utama C atau karbon.Ikatan ini sangat kuat sehingga material plastik cocok untuk digunakan dalam berbagai aplikasi. Plastik merupakan material yang baru secara luas dikembangkan dan digunakan sejak abad ke-20 yang berkembang secara luar biasa penggunaannya dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada ta negar 80kg/orang/tahun, sementara di
Plastik salah satu bahan yang paling umum kita lihat dan gunakan. Bahan plastik secara bertahap mulai menggantikan gelas,kayu dan logam. Hal ini disebabkan bahan plastik mempunyai beberapa keunggulan, yaitu : ringan, kuat dan mudah dibentuk, anti karat dan tahan terhadap bahan kimia, mempunyai sifat isolasi listrik yang tinggi, dapat dibuat berwarna maupun transparan dan biaya proses yang lebih murah. Namun begitu daya guna plastik juga terbatas karena kekuatannya yang rendah, tidak tahan panas mudah rusak pada suhu yang rendah.
listrik, meja sermica, melamin Cutlery.Plastik merupakan bahan yang murah, tahan lama, serbaguna, dan sangat disukai sebagai material bahan baku pembuatan produk. Plastik mempunyai bobot ringan, kuat, tahan bahan kimia, dan mudah dalam pemasaran. Komoditas plastik terbesar didunia adalah polipropilen, diikuti oleh PVC dan HDPE. Plastik dapat dibagi dalam dua klasifikasi, yaitu material termoplastik dan material termoset. Proses pembentukan plastik diakhiri oleh reaksi curing, yaitu reaksi ikatan sambung silang (cross – linking) yang irreversible dari polimer. Perbedaan termoplastik dimana termoplastik dapat diproses dengan panas, ketika material diberi panas, material termoplastik akan mencair dimana material tersebut dapat dibentuk menjadi produk yang diinginkan. Setelah didinginkan material akan mengeras dan mempertahankan bentuknya. Material termoplastik dapat diproses ulang dengan pemanasan dan pembentukan atau pencetakan. Berbeda dengan material termoset yang tidak dapat diproses dengan pemanasan berulang kali atau dengan kata lain mempunyai bentuk yang permanen setelah pemrosesan.
2.2.2 Pembuatan Plastik
Plastik dibuat dari monomer yang berulang dengan proses kimia yang bervariasi, seperti :
• Polimerisasi katalitik atau inisiasi peroksida dari monomer seperti etilena, propilena, atau butadiena ditambah dengan stirena (kopolimer).
• Polikondensasi dari monomer yang tidak sama seperti asam organik bifungsional dan alkohol atau amina.
• Poliadisi dari molekul monomer yang reaktif
Sebelum suatu monomer dikonversi menjadi suatu plastik, biasanya ditambah dengan bahan – bahan aditif untuk meningkatkan kemudahan pemrosesan dan sifat mekanis sesuai dengan fungsi dan pemakaian plastik tersebut (pemakaian luar ruangan, terpapar sinar matahari, dll). Beberapa bahan aditif yang ditambahkan biasanya adalah :
• Antioksidan (1%)
• Stabilizer panas dan cahaya (5%)
• Plastisizer (40%)
• Pigmen atau pewarna (5%)
• Ketahanan api (15%)
• Pelumas atau Agent foaming (2%)
• Bahan pengisi (40%)
Plastik dapat digolongkan dalam beberapa basis kriteria:
• Komposisi kimia, berhubungan dengan monomer dan metode polimerisasi, plastik dapat digolongkan menjadi poliolefin, vinyl polymers, styrenics, polyamides, polyesters, epoxy resins, polycarbonates, polyurethanes, dll.
• Struktur kimia, misalnya rantai linear (High Density Polyethylene), rantai bercabang (Low Density Polyethylene), ikatan sambung silang (Termosers, karet).
• Kekakuan, elastis, fleksibel, atau rigid/keras/kaku.
• Tipe pengaplikasian, pemakaian umum atau pemakaian khusus.
• Metode pemrosesan, injection molding, extrusion, film blowing, blow molding, thermforming, casting, calendaring, dan sebagainya
Tabel 2.1 Data temperatur transisi dantemperatur lebur plastik. Jenis Bahan Tm (°C) Tg (°C ) Temperatur
Dekomposisi (°C)
PP 168 5 80
HDPE 134 -110 82
LDPE 330 -115 260
PA 260 50 100
PET 250 70 100
ABS - 110 85
PS - 90 70
PMMA - 100 85
PC - 150 246
PVC - 90 71
2.2.3 Daur Ulang Plastik
Produksi plastik pada tahun 2012 tercatat sebanyak 57 juta ton di Eropa dan 288 juta ton diseluruh dunia. Di Indonesia, konsumsi plastik sudah meningkat seiring dengan perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk. Pada tahun 2011, Indonesia telah mengkonsumsi plastik 10 kg per kapita per tahun. Bagaimanapun pengkonsumsian plastik dalam jumlah besar akan memicu permasalahan lingkungan karena sifat plastik yang tidak dapat terurai secara alami. Tabel berikut menunjukkan penggunaan atau konsumsi plastik di beberapa negara di dunia.
Tabel 2.2 KonsumsiPlastikPerkapita BeberapaNegara diDunia. Negara Konsumsi Per kapita dalam kg
India (1998) 1,6
India (2000) 4,0
Vietnam 1,5
China 6,0
Mexico 13,0
Thailand 18,0
Malaysia 22,0
Eropa Barat 60,0
Jepang 70,0
Amerika Utara 78,0
2.2.4 Plastik Jenis Propilena (PP)
(PP) adalah sebua digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya pengemasa pakaian dalam termal, dan karpet), alat tulis, berbagai tipe wadah terpakaikan ulang serta bagian plastik, perlengkapan labolatorium dan uang kertas polimer. Polimer adisi yang terbuat dari propilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Polipropilena biasanya didaur-ulang, dan dicapai melalui ekstrusi da menyertakan produksi serat pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang panjang buat nantinya diubah menjadi beragam produk yang berguna seperti masker muka, penyaring, popok dan lap.
Teknik pembentukan yang paling umum adalah pencetakan suntik, yang digunakan untuk berbagai bagian seperti cangkir, alat pemotong, botol kecil, topi, wadah, perabotan, dan suku cadang otomotif seperti baterai. Teknik pencetakan tiup dan injection-stretch blow molding juga digunakan, yang melibatkan ekstrusi dan pencetakan.
diterapkan ke berbagai bagian PP untuk meningkatkan adhesi (rekatan) cat dan tinta cetak.
Polipropilena dapat mengalami degradasi rantai saat terkena radiasi dari yang menyerap ultraungu harus digunakan. Jelaga (celak) juga menyediakan perlindungan dari serangan UV.
Biosida amonium kuartener serta olaamida yang bocor dari plastik polipropilena ditemukan mempengaruhi hasil eksperimen.Karena polipropilena digunakan sebagai wadah penyimpan makanan seperti Manfaat dan kegunaan polipropilena dalam kehidupan adalah:
1. Polipropilena dapat dibuat Tali, anyaman, karpet/permadani, dan film.
2. Polipropilena dapat digunakan untuk pengemasan makanan dan dapat juga digunakan sebagai botol minuman.
3. Polipropilena lebih kuat dari polietilena, sehingga banyak dipakai untuk membuat karung, tali dan sebagainya. Karena lebih kuat, botol-botol dari polipropilena dapat dibuat lebih tipis dari pada polietilena.
4. Dalam bidang medis Polipropilena digunakan sebagai bahan pembuat benang jahit untuk operasi yang diberi nama Prolene, yang dibuat oleh Ethicon Inc. 5. Polipropilena telah digunakan dalam operasi memperbaiki hernia untuk
melindungi tubuh dari hernia baru di lokasi yang sama. Tambalan kecil dari PP yang diletakkan di lokasi hernia, di bawah kulit, tidak menyebabkan rasa saki dan jarang ditolak oleh tubuh.
Tabel 2.3 Sifat mekanik Polipropilena
Densitas (mg/m3) 0,09 – 0,93
Modulus tarikan (GPa) 1,8
Kekuatan tarik (MPa) 37
Elongation at break (%) 10 – 60
Heat deflection temperature at 0,45 Mpa (°C) 100 – 105 Heat deflection temperature at 1,81 Mpa (°C) 60 – 65 Ekspansi linear termal (mm/mm K) 3,8 x 10-5
Kekerasan (Shore) D76
Resistivitas volume (Ω.cm) 1,0 x 1017
Linear mold shrinkage (in./in.) 0,01 – 0,02
Flash point (°C) ~55
Pour point (°C) -12
Plug point (°C) -8
Water (%) 0,01
Ada penggunaan polipropilena kebanyakan pada kemasan minuman, komponen otomotif, perlengkapan rumah tangga, dan mainan. Polipropilen dapat diekstrusi menjadi bentuk serat atau kawat untuk penggunaan pengikat pada karpet. Limbah plastik yang terbuat dari polipropilen (PP) mengandung 85% karbon dan sisanya adalah hidrogen, hal ini membuat material ini sangat cocok untuk didaur ulang menjadi produk hidrokarbon yang berguna seperti bahan bakar. Polipropilen (PP) membutuhkan energi aktivasi yang lebih rendah untuk memecah ikatan C – H daripada polietilen (PE) karna rantai karbon polimer PP terdiri dari atom karbon tersier yang kurang tahan terhadap degradasi.
Secara umum proses pembuatan plsatik polipropilena terbagi dalam tiga macam yaitu;
1. Polypropilene homopolymeradalah PP melalui proses polimerisasi monomer propylene. PP jenis ini memiliki karakteristik kekakuan yang cukup tinggi dan
kategori agak buram. Contonya sepertikemasan makanan (baik rigid maupun fleksibel),peralatan rumah tangga,karung plastik dan lain-lain.
2. Polypropilena random copolymer diproduksi melalui polimerisasi monomer propylene, dengan tambahan comonomer ethylene. Jenis ini memiliki kebeningan
dan keuletan yang sangat baik,karenanya PP random copylemer banyak digunakan untuk pembuatan peralatan yang bening,sepertitutup botol jenis flip-topdan kemasan lainya.
3. Polypropilene impact copolymer (block copolymer) karakteristik terpenting dari jenis PP ini adalah material yang memiliki ketahanan terhadap temperatur rendah(-30oC). Selain ituPP impact copolymer dikenali dari warna dasarnya yaitu putih susu.contohnya seperti, pallet,elektronikdan perlengkapan otomotif.
2.3 Silika Gel
Silika adalah hasil polimerisasi asam silikat, yang mana dapat berstruktur kristalin maupun amorf. Silika tersusun dari rantai satuan SiO4 tetrahedral dengan formula umum SiO2. Senyawa silika yang terdapat dialam dapat ditemukan di beberapa bahan alam seperti pasir, kuarsa, gelas, dan sebagainya. Silika yang terdapat dialam mempunyai struktur kristalin, sedangkan silika sintetis berstruktur amorf. secara sintetis senyawa silika dapat dibuat dari larutan silikat atau dari pereaksi silan. Silika yang terakumulasi didalam makhluk hidup, baik hewan atau tumbuhan memiliki bentuk amorf, berbeda dengan silika yang tidak berasal dari makhluk hidup seperti batuan dan debu yang memiliki struktur silika kristalin.
Berikut ini adalah beberapa sifat silika gel:
Konfigurasi Elektron : [Ne]3s2p2 Formasi Entalpi : 50.2 kJ/mol Potensial Ionisasi : 8.151 V Titik Lebur : 1683 K Bilangan Oksidasi : 4,2
Entalpi Penguapan : 359 kJ/mol
Silika menyumbang sekitar 60% berat dari kerak bumi, dengan tidak berikatan maupun berikatan dengan oksida lain pada silikat. Silika amorf biasanya digunakan sebagai pengering, adsorben, agen penguat, bahan pengisi, dan komponen katalis. Silika juga dapat digunakan sebagai kristal piezoelectric, elemen optical, dan bahan pecah belah. Silika adalah material dasar bahan – bahan gelas, keramik, dan industri bahan – bahan tahan api.
2.4 Proses Pirolisis
Pirolisis, dapat disebut juga sebagai termolisis, adalah suatu proses dekomposisi secara kimia maupun termal, pada umumnya terdegradasi menjadi molekul yang lebih kecil. Metode konvensional untuk mengolah limbah plastik, seperti landfill dan insinerasi, tidak dapat digunakan dalam jangka panjang karena dapat menyebabkan polusi udara, penyebaran racun, terkontaminasinya air tanah, dan kerusakan tanah. Pirolisis adalah metode yang dapat dipertimbangkan dan layak untuk dilakukan dengan mendegradasi material polimer tanpa penggunaan oksigen. Tujuan penghilangan udara adalah untuk alasan keamanan, kualitas produk, dan yield. Berdasarkan variasi suhu, maka pirolisis dapat dibagi menjadi tiga, rendah ( <
400 °C), sedang ( 400 – 600 °C) atau tinggi ( >600 °C). Hasil dari proses pirolisis dapat dibagi menjadi fraksi cair, fraksi gas, dan residu padatan. Pirolisis merupakan suatu alternatif untuk memperoleh energi dari limbah plastik. Hal ini menggunakan prinsip dimana kebanyakan substansi organik secara termal tidak stabil sehingga rantainya dapat pecah pada keadaan bebas oksigen.
1. Membentuk siklus pemakaian energi tidak terbarukan.
2. Dapat menjadi sumber petrokimia alternatif untuk menurunkan pembelian atau pemakaian energi tidak terbarukan.
3. Solusi alternatif yang efektif untuk mengurangi limbah plastik yang berakibat tercegahnya pencemaran lingkungan yang biasanya ditimbulkan oleh cara pengolahan insinerasi dan landfill.
2.5 Mesin Diesel
Mesin diesel ( juga dikenal sebagai mesin kompresi / Compression) adalah sebuah mesin pembakaran internal yang menggunakan panas kompresi untuk memulai pengapian dan membakar bahan bakar yang telah disuntikkan ke dalam ruang pembakaran. Ini berbeda dengan mesin busi seperti mesin bensin atau mesin gas, yang menggunakan busi untuk menyalakan campuran udara-bahan bakar.
Pada motor diesel tidak diperlukan sistem pengapian seperti halnya pada motor bensin, namun dalam motor diesel diperlukan sistem injeksi bahan bakar yang berupa pompa injeksi (injection pump) dan pengabut (injector) serta perlengkapan bantu lain. Bahan bakar yang disemprotkan harus mempunyai sifat dapat terbakar sendiri (self ignition)
Keunggulan mesin diesel dibanding mesin bensin adalah sebagai berikut : 1. Mesin diesel memiliki efisensi terhadap panas yang besar bila
dibandingkan dengan 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.
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 yangjauh lebih berat dibanding bobot mesin bensin,dan tentunya biaya
pembuatannya punjugapasti lebih mahaldaripada biaya pembuatan mesin bensin. 3. Harga mesin diesel lebih mahal dibanding harga mesin bensin, selain itu, mesin diesel juga membutuhkan perawatan atau pemeliharaan yang lebih cermat daripada mesin bensin, sebab mesin diesel membutuhkan sistem injeksi bahan bakar yang lebih presisi dibanding sistem injeksi pada mesin bensin.
4. Mesin diesel memerlukan alat pemutar berupa motor starter dan baterai yang berkapasitas lebih besar untuk memutarnya. Hal tersebut disebabkan karena mesindiesel memiliki perbandingan kompresi yang lebih tinggi dari pada mesin bensin.
Engineering Approach, 5th ed, McGraw-Hill, 2006.). Siklus diesel tersebut
ditunjukkan pada gambar 2.1 dan 2.2 di bawah ini.
Gambar 2.1 Diagram P-v
Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm)
V = Volume Spesifik (m3/kg) T = Temperatur (K)
S = Entropi (kJ/kg.K)
Keterangan Grafik: 1-2 Kompresi Isentropik
2-3 Pemasukan Kalor pada Volume Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik
4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan 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 gambar langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :
Langkah isap Langkah kompresi Langkah usaha Langkah Buang Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel
1. Langkah Isap
Waktu torak bergerak dari TMA ke TMB. Udara diisap melalui katup isap sedangkan katup buang tertutup. 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
3. Langkah Usaha
Ketika katup isap dan katup buang masih tertutup, partikel bahan bakar yang disemprotkan oleh pengabut bercampur dengan udara bertekanan dan suhu tinggi, sehingga terjadilah pembakaran. Pada langkah ini torak mulai bergerak dari TMA ke TMB karena pembakaran berlangsung bertahap
4. Langkah Buang
Ketika torak atau piston bergerak terus dari TMA ke TMB dengan katup isap tertutup dan katup buang terbuka, sehingga gas bekas pembakaran terdorong keluar.Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti.
2.5.2 Performansi Mesin Diesel
1. Nilai Kalor Bahan Bakar ( Heating Value )
Ikatan antar atom hidrokarbon ataupun non-hidrokarbon dari bahan-bahan bakar tersebut menyimpan energi. Energi dalam ikatan antar atom inilah yang biasa kita sebut sebagai energi kimia. Jika ikatan antar atom tersebut terlepas atau putus, energi yang tersimpan di dalamnya akan terlepas juga dalam bentuk panas. Jumlah energi panas yang terlepas untuk tiap satu satuan massa bahan bakar inilah yang biasa kita kenal sebagai nilai kalor, atau biasa dikenal dalam dunia engineer sebagai heating value. Selain melepas energi panas, terputusnya ikatan antar atom tersebut diikuti
pula dengan reaksi oksidasi, yang ditandai dengan terikatnya atom oksigen dengan masing-masing atom karbon dan hidrogen membentuk karbon dioksida (CO2)
maupun air (H2O).
Dikenal ada dua jenis heating value yang digunakan secara luas di dunia, yakni higher heating value (HHV) serta lower heating value (LHV). Keduanya memiliki
bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakardapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.
Nilai heating value diukur menggunakan sebuah alat bernama bomb kalorimeter. Alat ini tersusun atas sebuah ruang pembakaran dengan volume konstan
sebagai tempat spesimen diukur nilai kalorinya. Ruang ini diselimuti dengan air sebagai media ukur saat terjadi perubahan temperatur akibat proses pembakaran terjadi. Spesimen diletakkan di dalam ruang bakar dan disulut menjadi api hingga terjadi ekspansi udara serta kenaikan temperatur ruang. Kenaikan temperatur tersebut akan memanaskan air yang menyelimuti ruang, sehingga didapatkan temperatur sebelum dan sesudah pembakaran bahan bakar. Dari nilai temperatur air inilah akan dihitung nilai kalor bahan bakar tersebut. Gambar 2.4 dibawah ini menunjukkan bagian bagian Bom kalorimeter.
Gambar 2.4 Bagian Bagian Bom Kalorimeter
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 Dulongdan Petit yang ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini:
HHV = 33950 C + 144200 (H2-�2
8) + 9400 S ... (2.1) Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
C = Persentase unsur karbon
H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar
O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar
S = Persentase sulfur dalam bahan bakar
Nilai kalor suatu bahan bakar juga dapat di peroleh dari hasil pengujian menggunakan alat Bom Kalorimeter Oksigen yaitu dengan persamaan 2.2. berikut ini:
HHV = (T2-T1-Tkp) Cv ... (2.2)
Dimana: T1= Suhu air pendingin sebelum dinyalakan (oC)
T2= Suhu air pendingin setelah dinyalakan (oC)
Tkp = kenaikan suhu kawat penyala (0.05oC)
Cv = panas jenis alat (73.529,6 kj/kgoC)
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.
LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.3)
Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)
HHV dan LHV adalah notasi theoretical, hanya dipakai untuk indikasi dan tidak menunjukkan kondisi yang sebenarnya dalam praktek. Alasannya bahan bakar dan gas hasil pembakaran tidak pernah berada pada temperatur yang sama sesuai asumsi yang dipakai untuk perhitungan HHV dan LHV. Dalam praktek, energi yang bisa kita peroleh dari pembakaran bahan bakar akan selalu lebih kecil dari HHV atau LHV, karena ada energi dalam bentuk panas yang dibawa pergi oleh gas hasil pembakaran. Itulah sebabnya efisiensi semua mesin konversi energi (steam power plant, internal combustion engine, gas turbine) tidak pernah bisa 100 %.
Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, sama-sama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Karena, pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi) dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang bisa dibakar (dari sinilah muncul istilah flash point). Tapi begitu sudah dibakar, panas dari pembakaran akan selalu menyediakan energi yang cukup untuk menghasilkan fase uap yang siap untuk dibakar.
Berikut adalah heating value dari berbagai jenis bahan bakar : Tabel 2.4 Heating Value beberapa Jenis Bahan Bakar
Pentana 48,6 45,35
Minyak Bumi 45,54 42,68
Lilin Parafin 46 41,5
Kerosin 46,2 43
Solar 44,8 43,4
Pertadex 48,22 45,13
Bensin 47 43,48
Kayu Bakar 24,2 17
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 Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).
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 2.4 :
�� = 2�.(60�.�) ... (2.4)
T = torsi ( Nm )
n = putaran mesin ( Rpm ) 3. Torsi
Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau 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 daya dan torsi dapat ditunjukkan oleh persamaan 2.5 dan 2.6 di bawah ini.
T = ��.60
2�.� ... (2.6) 4. Laju Bahan Bakar (mf)
Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian dihitung dengan persamaan 2.7 berikut:
�� = ���� ���10
−3
�� � 3600 ... (2.7)
dimana:
sgf = spesifik gravitasi (0.85)
Vf = Volume bahan bakar yang diuji (8 ml)
tf = waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)
5. Air Fuel Ratio ( AFR )
���=��
�� ... (2.8) dimana:
AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa udara(kg/jam)
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flowmeter calibration seperti pada Gambar 4.5 berikut
Gambar 2.5Viscous Flow Meter
6. Efisiensi Volumetrik
Efisiensi volumetrik untuk motor bakar 4 langkahdihitung dengan persamaan berikut:
�
�=
2��60� 1
���� ... (2.9)
dimana:
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 = Pa
RTa ... (2.10)
dimana: R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K)
7. Daya Aktual
Daya aktual didapat dengan mengalikan Daya hasil pembacaan dengan efisiensi mekanik dan efisiensi volumetrik, sehingga didapat:
Pa = Pbx ηb x ηv x ηm ... (2.11)
dimana : ηm= Efisiensi mekanik mesin diesel
8.Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi 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 yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh persamaan 2.12 di bawah ini:
SFC = �̇ �� 10
3
�� ... (2.12)
ṁf = ���� 8 ��10−3� 3600 ... (2.13)
Dengan :
SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) ṁf= konsumsi bahan bakar (kg/jam)
9. Efisiensi termal
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 termal (thermal efficiency, ηb).
Jika daya keluaran Pb dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam
satuan kg/jam, maka untuk mencari efisiensi termal ditunjukkan pada persamaan 2.14 di bawah ini
ηb =
Pb
mf . CVx 3600 ... (2.14) 10. 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= � ��
� . ��� �3600 ... (2.15)
dimana:
nb = efisiensi termal
LHV = nilai kalor pembakaran (kJ/kg)
Danuntuk efisiensi termal break aktual dapat dicari denganmenggunakanrumus:
�
�ℎ,�=
η�2�� ����
104 ... (2.16)
11. Heat loss in Exhaust
Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang
Heat loss = (ma + mf)x (Te – Ta ) ... (2.17)
dimana:
Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC)
Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada persamaan 2.18.
Heat loss = (ma x mf )x (Te – Ta )
������ ... (2.18) 12. Persentase Heat loss
Panas yang masuk ke mesin diberikan oleh persamaan di bawah ini
Q = mf x LHV ... (2.19)
dimana: Q = Panas yang masuk ke mesin
Maka besarnya persentase panas yang terbuang dari mesin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.20 di bawah ini:
% ������������ℎ���� = ��������
