bab ii dasar teorilontar.ui.ac.id/file?file=digital/126814-r020852... · gambar 2.2 perbedaan...
TRANSCRIPT
BAB II
DASAR TEORI
2.1 PRINSIP-PRINSIP PEMBAKARAN
2.1.1 Proses Pembakaran
Pembakaran merupakan oksidasi cepat bahan bakar disertai dengan
produksi panas, atau panas dan cahaya. Pembakaran sempurna bahan bakar terjadi
hanya jika ada pasokan oksigen yang cukup. Oksigen (O2) merupakan salah satu
elemen bumi paling umum yang jumlahnya mencapai 20.9% dari udara. Bahan
bakar padat atau cair harus diubah ke bentuk gas sebelum dibakar. Biasanya
diperlukan panas untuk mengubah cairan atau padatan menjadi gas. Bahan bakar
gas akan terbakar pada keadaan normal jika terdapat udara yang cukup. Hampir
79% udara (tanpa adanya oksigen) merupakan nitrogen, dan sisanya merupakan
elemen lainnya. Nitrogen dianggap sebagai pengencer yang menurunkan suhu
yang harus ada untuk mencapai oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran.
Nitrogen mengurangi efisiensi pembakaran dengan cara menyerap panas
dari pembakaran bahan bakar dan mengencerkan gas buang. Nitrogen juga
mengurangi transfer panas pada permukaan alat penukar panas, juga
meningkatkan volum hasil samping pembakaran. Nitrogen ini juga dapat
bergabung dengan oksigen (terutama pada suhu nyala yang tinggi) untuk
menghasilkan oksida nitrogen (NOx), yang merupakan pencemar beracun.
Karbon, hidrogen dan sulfur dalam bahan bakar bercampur dengan oksigen di
udara membentuk karbon dioksida, uap air dan sulfur dioksida, melepaskan panas
masing-masing 8.084 kkal, 28.922 kkal dan 2.224 kkal. Pada kondisi tertentu,
karbon juga dapat bergabung dengan oksigen membentuk karbon monoksida,
dengan melepaskan sejumlah kecil panas (2.430 kkal/kg karbon). Karbon terbakar
9 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
yang membentuk CO2 akan menghasilkan lebih banyak panas per satuan bahan
bakar daripada bila menghasilkan CO atau asap.
Gambar 2.1 Reaksi kimia C, H, dan S terhadap O2
2.1.2 Pembakaran Tiga T
Tujuan dari pembakaran yang baik adalah melepaskan seluruh panas yang
terdapat dalam bahan bakar. Hal ini dilakukan dengan pengontrolan “tiga T”
pembakaran yaitu (1) Temperature/ suhu yang cukup tinggi untuk menyalakan
dan menjaga penyalaan bahan bakar, (2) Turbulence/ turbulensi atau pencampuran
oksigen dan bahan bakar yang baik, dan (3) Time/ waktu yang cukup untuk
pembakaran yang sempurna.
Bahan bakar yang umum digunakan seperti gas alam dan propana biasanya
terdiri dari karbon dan hidrogen. Uap air merupakan produk samping pembakaran
hidrogen, yang dapat mengambil panas dari gas buang, yang mungkin dapat
digunakan untuk transfer panas lebih lanjut. Gas alam mengandung lebih banyak
hidrogen dan lebih sedikit karbon per kg daripada bahan bakar minyak, sehingga
akan memproduksi lebih banyak uap air. Sebagai akibatnya, akan lebih banyak
panas yang terbawa pada pembuangan saat membakar gas alam. Terlalu banyak
atau terlalu sedikitnya bahan bakar pada jumlah udara pembakaran tertentu, dapat
mengakibatkan tidak terbakarnya bahan bakar dan terbentuknya karbon
monoksida. Jumlah O2 tertentu diperlukan untuk pembakaran yang sempurna
dengan tambahan sejumlah udara (udara berlebih) diperlukan untuk menjamin
pembakaran yang sempurna. Walaupun demikian, terlalu banyak udara berlebih
akan mengakibatkan kehilangan panas dan efisiensi. Sehingga tantangan utama
dalam efisiensi pembakaran adalah mengarah ke karbon yang tidak terbakar
(dalam abu atau gas yang tidak terbakar sempurna), yang masih menghasilkan CO
selain CO2.
10 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Gambar 2.2 Perbedaan pembakaran sempurna, baik dan tidak sempurna
2.1.3 Proses Pembakaran Pada Mesin Diesel
Proses pembakaran pada mesin diesel berbeda dengan proses pembakaran
pada mesin otto. Pada mesin diesel yang juga disebut dengan Compressed Ignition
Engine, proses pembakaran terjadi secara spontan akibat adanya pencampuran
bahan bakar pada udara yang bertekanan tinggi diruang bakar. Pada mesin otto
yang biasa disebut Spark Ignition Engine, penyalaan bahan bakar yang
sebelumnya dicampur dengan udara di dalam karburator menggunakan percikan
bunga api dari busi.
Proses pembakaran yang terjadi didalam ruang bakar mesin diesel dimulai
dengan penyemprotan bahan bakar pada temperatur tertentu dan tekanan yang
tinggi agar butiran-butiran bahan bakar secara langsung akan berubah menjadi uap
didalam ruang bakar. Temperatur dan tekanan bahan bakar yang masuk ke ruang
bakar akan mengkondisikan kecepatan penguapan bahan bakar tersebut. Uap
bahan bakar yang terjadi selanjutnya bercampur dengan udara disekitarnya
(didalam ruang bakar) sehingga tercapai pencampuran yang sesuai antara uap
bahan bakar dengan udara pembakar. Pencampuran uap bahan bakar dengan udara
pembakar akan sangat menentukan kesempurnaan proses pembakaran yang
diawali dengan proses penyalaan. Proses penyalaan pada mesin diesel dapat
terjadi pada banyak tempat, yaitu tempat-tempat dimana terdapat campuran yang
sesuai antara bahan bakar dengan udara untuk proses penyalaan. Proses penyalaan
yang terjadi akan dengan sangat cepat meningkatkan temperatur dan tekanan
campuran uap bahan bakar dan udara sehingga mengakibatkan terjadinya proses
pembakaran pada campuran tersebut.
11 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Proses pembakaran dapat dipercepat dengan cara memusar udara yang
masuk kedalam silinder sehingga terjadi percepatan pencampuran uap bahan
bakar dengan udara. Hal ini bertujuan agar terjadi proses pembakaran yang lebih
sempurna sehingga power yang dihasilkan menjadi lebih besar dan pemakaian
bahan bakar menjadi lebih efisien.
Efisiensi pembakaran yang terjadi sangat ditentukan jenis bahan bakar
yang digunakan. Karakteristik bahan bakar yang dimiliki oleh setiap jenis bahan
bakar sangat berpengaruh desain ruang bakar mesin diesel. Umumnya desain
ruang bakar mesin diesel didahului dengan penentuan jenis bahan bakar yang
digunakan serta karakteristik dari bahan bakar tersebut. Penggunaan bahan bakar
dengan karakteristik yang berbeda dari karakteristik bahan bakar yang
direncanakan pada saat merencanakan desain ruang bakar akan menyebabkan
perubahan unjuk kerja mesin tersebut serta perubahan dampak kerusakan yang
mungkin diakibatkan pada periode operasi yang sama yang menyebabkan
perubahan periode pemeliharaan pada mesin tersebut.
Ada dua jenis perlakuan yang diterapkan agar penggunaan bahan bakar
dari jenis yang berbeda dari jenis bahan bakar desainnya dapat beroperasi pada
mesin diesel yang ada. Perlakuan tersebut meliputi modifikasi mesin dan
treatment bahan bakar. Modifikasi mesin dapat dilakukan dengan perubahan
sistem suplai bahan bakar misalnya dengan perubahan atau penambahan tangki
bahan bakar, penambahan pemanas bahan bakar dan perubahan sistem injeksi
bahan bakar. Modifikasi mesin umumnya dilakukan untuk penggunaan bahan
minyak nabati (Straight Vegetable Oil/SVO) atau minyak hewani secara langsung
dan penggunaan minyak bahan bakar (Marine Fuel Oil/MFO) sebagai bahan
bakar mesin diesel. Treatment bahan bakar dilakukan dengan membuat jenis
bahan bakar yang berbeda tersebut sehingga memiliki karakteristik utama yang
mirip dengan jenis bahan bakar desainnya. Treatment bahan bakar ini diterapkan
pada penggunaan bahan bakar biodiesel sebagai bahan bakar untuk mesin diesel.
12 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
2.1.4 Siklus Termodinamika Mesin Diesel 4-Langkah
2.1.4.1 Siklus Tertutup
Siklus ini merupakan permodelan ideal untuk menganalisa proses
termodinamika pada siklus Diesel. Diasumsikan gas yang terdapat pada silinder
adalah udara. Pada persamaan di bawah, udara diasumsikan sebagai gas ideal
dengan specific heat konstan.
Siklus termodinamika yang terjadi pada siklus ialah :
Gambar 2.3 Siklus diesel tertutup
Gambar 2.4 Diagram P-V
siklus diesel
Keterangan :
1 ke2 : kompresi isentropik
2 ke 3 : pemanasan reversibel tekanan tetap
3 ke 4 : ekspansi isentropik
4 ke 1 : pendinginan reversibel volume tetap
2.1.4.2 Siklus Terbuka
Siklus Diesel terbuka merupakan permodelan ideal untuk menganalisa proses
yang terjadi pada compression-ignition engine. Siklus ini terdiri dari tujuh macam proses,
termasuk proses yang ada pada mesin aktual, namun tanpa proses overlaping.
13 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Keteranga
Compress
Proses dim
posisi katu
(TMA). P
siklus term
merupakan
Fuel Injec
Dimulai p
seperti sik
pembakara
pembakara
yang dima
bakar.
Expansion
Merupaka
Proses ini
Exhaust B
an :
ion (1 - 2)
mulai pada
up intake di
Proses ini
modinamik
n udara yan
ction and Co
pada posisi
klus spark-e
an, bahan
an digantik
asukkan sam
n (3 - 4)
an perpanjan
diasumsika
Blowdown (4
Gambar
a saat posis
itutup samp
biasanya d
ka yang ter
ng dibawa k
ombustion (
i TMA ket
engine, tida
bakar diin
kan dengan
ma dengan
ngan dari a
an sebagai is
4 - 5)
14
r 2.5 Siklus
si piston be
pai dengan p
diasumsikan
rjadi ialah
ke silinder d
(2 - 3)
tika volume
ak ada baha
njeksikan d
pemanasan
energi yan
akhir prose
sentropik.
s diesel terb
erada di titi
posisi piston
n sebagai r
isentropik.
dari langkah
e berada p
an bakar pa
dan dibakar
n pada tekan
ng dilepaska
es injection-
uka
ik mati baw
n berada pa
reversibel a
Gas yang
intake (7 -
wah (TMB
da titik mat
adiabatik,
g dikompre
1).
) dan
ti atas
maka
esikan
ada nilai m
ada silinder
r. Pada pe
nan konstan
an pada pem
minimum. T
r. Selama p
ermodelan
n, dimana p
mbakaran b
Tidak
proses
ideal,
panas
bahan
-combustionn menuju TTMB.
Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Terjadi ketika katup exhaust terbuka. Gas meninggalkan silinder hingga tekanan
pada silinder sama dengan tekanan pada exhaust manifold.
Exhaust (5 - 6)
Mencakup dari TMB hingga TMA, gas pada silinder didorong keluar pada
tekanan yang konstan. Pada permodelan ideal, tekanan pada katup exhaust
diabaikan.
Intake Blowdown (6 - 7)
Terjadi ketika katup exhaust dalam posisi tertutup dan katup intake dalam posisi
terbuka. Tekanan pada silinder sama dengan tekanan pada manifold intake.
Intake (7 - 1)
Pada saat piston menuju ke bawah, udara ditarik masuk ke silinder. Tekanan pada
katup intake diabaikan.
Gambar 2.6 Diagram P-V, T-V dan T-s dari siklus diesel
15 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
2.1.5 Persamaan-Persamaan Pada Siklus Diesel Ideal
Persamaan energi yang terjadi pada keempat proses adalah :
u2 - u1 = q12 - w12
u4 - u3 = q34 - w34
u3 - u2 = q23 - w23
u1 - u4 = q41 - w41
Persamaan gas ideal dapat dinyatakan
dengan :
P.v = R.T
u = cv.T Gambar 2.7 Siklus diesel
h = cp.T
s = cp.ln(T) - R. ln(P)
cv = R/(k-1)
cp = k.cv
Maka persamaan untuk keempat proses ialah :
Kompresi :
Karena s2 = s1,
kc
k
rvv
PP
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
2
1
1
2
dimana rc ialah rasio kompresi pada mesin ( )1
1
2 −= kcr
TT
2.1 ( ) ( )2121
12112212 11
.. TTcuukTTR
kvPvPw v −=−=
−−
=−−
=
2.2 012 =q
Combustion:
Pada langkah ini, tekanan konstan, maka
2.3 ( ) )(.. 23223323223 TTRvPvPvvPw −=−=−=
2.4 ( ) )( 232323 TTcqhhq pin −==−=
16 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
β = v3/v2 atau disebut juga sebagai ‘cut-off ratio’, karena ini merupakan
perbandingan volume ketika aliran bahan bakar dihentikan dengan volume ketika
aliran bahan bakar baru dimasukkan.
Ekspansi :
Reaksi termodinamika yang terjadi ialah isentropis, sehingga v4 = v1,
2.5
k
vv
PP
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
3
4
4
3
2.6 1
3
4
4
3
−
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
k
vv
TT
2.7 q34 = 0
2.8
( ) ( )43433143344
34 11.. TTcuu
kTTR
kvPvPw v −=−=
−−
=−−
=
Cooling:
Karena volume konstan, maka
2.9 w41 = 0
2.10 q41 = (u1-u4) = qout = cv (T1 -T4)
Energi yang terjadi pada siklus Diesel ini ialah :
wnet = w12 + w34
Efisiensi thermal sebesar : 2.11
in
outnett q
qqw
−== 123
η 2.12 ( )
( )23
141TTk
TTt −
−−=η
2.13 ( )
( )23
141TTcTTc
p
vt −
−−=η
17 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
2.1.6 Siklus Diesel Aktual
Siklus aktual ini digunakan sebagai dasar untuk desain dari hampir semua
mesin diesel modern.
Gambar 2.8 Siklus diesel aktual
Gambar diatas merupakan diagram P-V untuk mesin diesel 4-langkah.
Dari gambar, dapat terlihat bahwa garis volume dibagi menjadi 16 unit. Unit-unit
ini menggambarkan rasio kompresi sebesar 16 : 1. Semakin besar rasio kompresi,
maka temperatur yang dibutuhkan untuk pembakaran juga semakin meningkat.
Bahan bakar diinjeksikan pada titik C, dan proses pembakaran dijabarkan dengan
garis CD. Proses pembakaran pada mesin diesel terjadi dengan volume yang dapat
dikatakan konstan dalam waktu yang singkat. Pada periode ini terjadi kenaikan
tekanan yang drastis hingga piston mencapai titik sedikit melebihi TDC.
Kemudian, proses pembakaran berlanjut dengan tekanan yang relatif konstan yang
kemudian turun perlahan hingga proses ini berhenti di titik D.
Diagram P-V untuk bahan bakar dari mesin diesel yang mengoperasikan
siklus 2-langkah hampir sama dengan diagram diatas. Perbedaan yang terjadi
disebabkan tidak adanya saluran exhaust dan intake yang dipisah. Hal ini terjadi
karena proses intake dan exhaust terjadi dalam interval waktu yang relatif singkat
(meliputi BDC) dan tidak membutuhkan langkah penuh dari piston seperti dalam
mesin 4-langkah. Sehingga, jika diagram siklus Diesel 2-langkah dianalogikan
18 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
dengan diagram diatas, fase exhaust dan intake berada diantara titik E dan B
dengan beberapa overlap pada pelaksanaannya.
Jadi, perbedaan mendasar dari siklus Otto dan Diesel terletak pada :
- lokasi pencampuran antara bahan bakar dan udara
- rasio kompresi
- metode pembakaran
- proses pembakaran
2.2 SIFAT BAHAN BAKAR MESIN DIESEL
Pembakaran pada mesin diesel adalah proses yang terjadi pada saat bahan
bakar hidrokarbon yang mampu auto-ignition diinjeksikan ke dalam silinder yang
berisi udara bertekanan dan bertemperatur tinggi hasil kompresi. Pada saat bahan
bakar diinjeksikan ke dalam silinder, bahan bakar tidak langsung terbakar. Tetapi
terdapat periode waktu yang disebut ignition delay, yaitu total waktu dari, bahan
bakar dipanaskan, menguap, bercampur dengan udara dan bereaksi secara kimia
menghasilkan auto-ignition.
Setelah beberapa waktu kemudian, ignition akan terjadi secara spontan di
beberapa lokasi tertentu. Lokasi ignition cenderung terjadi pada daerah yang
mempunyai fuel-air ratio mendekati stoikometri.
1. Bahan bakar harus terbakar di dalam mesin
Sifat yang terpenting dari bahan bakar mesin diesel harus mampu auto-
ignition pada saat temperatur dan tekanan yang terjadi di silinder saat
bahan bakar diinjeksikan. Nilai yang dipakai untuk mengukur ini adalah
Cetane Number (ASTM D 613). Bahan bakar yang mempunyai cetane
number yang tinggi cenderung mempunyai ignition delay yang pendek dan
jumlah premixed combustion yang sedikit karena waktu yang dibutuhkan
untuk mempersipakan bahan bakar juga sedikit. Cetane number
merupakan faktor yang penting dalam sifat bahan bakar mesin solar
terutama pada bahan bakar alternatif nabati.
2. Bahan bakar harus melepaskan energi pada saat terbakar
Energi yang terdapat di dalam bahan bakar sama dengan jumlah total
energi panas yang dikeluarkan pada saat bahan bakar mulai terbakar pada
19 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
kondisi ambient hingga terjadi produk yang kemudian dingin hingga ke
kondisi ambient. Fenomena ini disebut entalpi pembakaran yang
menghasilkan air dalam bentuk cairan atau gas. Jika air pada gas buang
berupa cairan maka panas yang dihasilkan adalah higher heating value
(HHV) atau gross heating value. Tetapi jika air yang dihasilkan berupa gas
(uap air) maka yang dihasilkan adalah lower heating value (LHV) atau nett
heating value. Pada mesin diesel kebanyakan tidak mempunyai kondensor
sehingga yang dipakai kebanyakan adalah LHV.
Nilai kalor yang terkandung di dalam bahan bakar tergantung dari
beberapa hal, diantaranya adalah, proses penyulingan, waktu
pembuatan,dan sumber pasokan dari bahan bakar, serta komposisi bahan
bakar itu sendiri.
Tes yang telah dilakukan menunjukkan bahwa efisiensi aktual antara
mesin diesel berbahan bakar fosil dan mesin diesel berbahan bakar
biodiesel mempunyai referensi yang sama. Oleh karena itu, BSFC (Brake
Spesific Fuel Consumption Ratio) yang merupakan parameter yang banyak
dipakai untuk menunjukkan nilai ekonomi bahan bakar menunjukkan
12,5% lebih tinggi pada mesin diesel berbahan biodiesel.
2.14
BSFC menunjukkan efisiensi dari seberapa banyak bahan bakar yang
diperlukan untuk melakukan sejumlah kerja. Jadi semakin kecil nilai
BSFC maka mesin diesel tersebut semakin efisiensi. Akan tetapi, nilai
tersebut tidak mencakup informasi mengenai tentang jumlah energi yang
terkandung di dalam bahan bakar sehingga tidak dapat dipakai untuk
perbandingan mesin diesel yang berbeda bahan bakar. Kata ‘brake’
mengandung arti bahwa power yang diukur langsung pada output shaft.
Efisiensi thermal bahan bakar biasanya didefinisikan sebagai rasio antara
power yang dihasilkan mesin terhadap energi pada bahan bakar yang
terpakai, biasanya diindikasikan dengan lower heating value (LHV) bahan
20 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
bakar. Pada saat brake power terpakai, maka efisiensi termal dapat
dihitung dengan persamaan :
2.15
Nilai LHVdapat diukur dengan menggunakan calorimeter atau dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan berdasarkan komposisi bahan
bakar.
3. Bahan bakar harus menyediakan jumlah energi yang besar setiap
volumenya.
Densitas dari suatu bahan bakar tidak menjadi suatu parameter yang terlalu
penting untuk mesin diesel tetapi yang terpenting adalah nilai energi yang
terkandung di dalamnya. Untuk perkiraan awal, bahan bakar mesin diesel
hidrokarbon rata-rata mempunyai energi yang sama setiap massanya.
Bahan bakar yang berbeda biasanya dihubungkan dengan densitasnya.
Makin besar nilai densitasnya, maka makin besar energi potensialnya.
4. Bahan bakar tidak boleh membatasi kinerja mesin diesel pada temperatur
yang rendah
Bahan bakar mesin diesel mempunyai rantai hidrokarbon yang pendek
yang disebut dengan waxes dimana mengkristal pada saat temperatur
normal mesin diesel beroperasi. Jika temperaturnya cukup rendah, kristal-
kristal wax ini akan berkumpul dan menghalangi filter bahan bakar yang
akan berakibat akan berhentinya operasi mesin. Bahkan pada temperatur
yang sangat rendah, bahan bakar bisa memadat.
Ada zat additive yang disebut sebagai pour point depressants yang
berguna untuk mencegah pengumpulan kristal-kristal wax di titik lokasi
penyumbatan filter bahan bakar. ASTM D2500 digunakan untuk
mengukur nilai Cloud Point dari suatu bahan bakar.
5. Bahan bakar tidak bersifat korosif
Banyak komponen yang terdapat dalam sisten injeksi bahan bakar mesin
diesel terbuat dari High-Carbon Steels dan sangat rentan akan air yang
berakibat pada pengaratan. Bahaya akan air yang dikandung oleh bahan
21 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
bakar menjadi kegagalan utama dalam sistem injeksi bahan bakar mesin
diesel. Banyak mesin diesel dilengkapi dengan separator air yang
membuat droplet air yang berukuran kecil berkumpul menjadi kumpulan
air yang cukup besar untuk selanjutnya dibuang dari aliran bahan bakar.
Bahan bakar diesel mengandung air berlebih yang apabila masuk kedalam
sistem injeksi dapat mengakibatkan kerusakan dalam waktu yang singkat.
ASTM D 2709 dipakai untuk mengukur jumlah air dan sedimen di dalam
bahan bakar mesin diesel. Metode yang dipakai pada prinsipnya memakai
gaya sentrifugal untuk mengumpulkan air yang terkandung.
Beberapa bahan logam yang terkandung di dalam bahan bakar terutama
sulfur juga bersifat korosif. Karena copper sangat peka terhadap jenis
korosi ini, maka sering dipakai sebagai indikator untuk mengetahui
korosifitas bahan bakar.
6. Bahan bakar tidak boleh mengandung sedimen yang dapat menyumbat
sistem dan menyebabkan keausan
Filter mesin diesel didesain untuk dapat menangkap partikel-partikel kecil
yang berukuran lebih besar dari 10 mikron. Pada mesin-mesin diesel yang
baru dilengkapi dengan filter yang mampu menangkap partikel berukuran
2 mikron. Kegunaan filter ini untuk mencegahnya material-material asing
yang akan masuk kedalam sistem injeksi bahan bakar. Akan tetapi, pada
saat bahan bakar berada pada temperatur yang tinggi, material asing itu
dapat merubah bentuknya dan dapat larut di dalam bahan bakar. Material
ini dapat membentuk kumpulan sedimen yang dapat menyumbat sistem
dan membuat tebal permukaan komponen mesin yang bergerak misalnya
piston dan stang piston. Banyak metode penelitian yang telah
dikembangkan untuk mengukur kecenderungan bahan bakar mesin diesel
untuk menghasilkan sedimen tersebut, seperti ASTM D2274, akan tetapi
tidak satu pun bahan bakar yang mempunyai spesifikasi yang disebutkan
dalam ASTM D 975.
Pada saat bahan bakar terbakar, secara stoikometri dihasilkan CO2 dan uap
air. Material-material inorganic dalam bahan bakar tersebut kemungkinan
juga menghasilkan abu yang dapat menyebabkan keausan pada piston dan
22 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
silinder. Terdapat metode ASTM D 482 yang dapat dipakai untuk
mengkarakterisasi jenis abu yang terdapat dalam bahan bakar mesin diesel.
Selain itu pada saat bahan bakar terbakar pada temperatur yang tinggi
sedangkan tidak ada oksigen yang tersedia, maka bahan bakar tersebut
akan pyrolize menjadi residu yang kaya akan karbon. Hal ini tidak boleh
terjadi di dalam silinder mesin diesel yang sedang beroperasi karena dapat
menyebabkan pengumpulan residu seperti pada nozzel injeksi dan dapat
membatasi pergerakan dari komponen mesin diesel yang bergerak.
Sistem injeksi mesin diesel mempunyai komponen-komponen yang
mempunyai tugas yang berat. Komponen ini tentunya harus memerlukan
pelumasan untuk mencegah keausan. Semua sistem injeksi mesin diesel
sangat tergantung pada jenis bahan bakar yang dipakainya agar dapat
memberikan pelumasan ini.
7. Bahan bakar tidak boleh menghasilkan polusi yang berlebihan
Dalam kondisi yang ideal, semua karbon dalam bahan bakar akan terbakar
menjadi karbon dioksida dan semua hidrogen akan berubah menjadi uap
air. Dalam banyak kasus kondisi ini tercapai, akan tetapi jika terdapat
kandungan sulfur di dalam bahan bakar maka akan teroksidasi menjadi
sulfur dioksisda dan sulfur trioksida. Zat okida sulfat ini dapat bereaksi
dengan uap air membentuk asam sulfat zat sulfat lainnya. Zat sulfat ini
dapat membentuk partikel di gas buang dan menaikkan level partikulat
yang dihasilkan. Selain itu sulfur merupakan zat katalis yang sangat
beracun.
Aromatics adalah sejenis hidrokarbon yang mempunyai struktur kimia
yang stabil. Zat ini terdapat di dalam bahan bakar pada level 30-35%.
Aromatics merupakan zat yang mempunyai energi yang lebih besar per
volumenya akan tetapi mempunyai kelemahan yaitu menghasilkan
partikulat dan emisi NOx yang besar juga.
Biodiesel tidak mengandung aromatics dan juga mempunyai kadar sulfat
yang rendah. Jadi dari segi polusi yang dihasilkan, biodiesel tidak
berbahaya karena tidak menghasilkan partikulat sebanyak bahan bakar
hidrokarbon.
23 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
8. Properties bahan bakar tidak boleh menyimpang dari spesifikasi desain
Viskositas bahan bakar mesin diesel seperti yang disebutkan pada ATM
D975 mempunyai jarak nilai yang kecil. Kebanyakan sistem injeksi mesin
diesel mengkompresikan bahan bakar menggunakan piston dan pompa
silinder yang disebut plunger dan barrel. Untuk mendapatkan tekanan
yang tinggi maka clearance antara plunger dan barrel sangat kecil. Oleh
karenanya, pada sebagian fraksi bahan bakar dapat bocor pada saat
kompresi. Jika viskositas bahan bakar rendah, maka kebocoran ini dapat
menyebabkan loss power yang cukup signifikan. Dan jika viskositas juga
terlalu tinggi dari spesifikasi standarnya maka pompa injeksi tidak dapat
menyuplai bahan bakar pada chamber pompa. Kedua kondisi tersebut
berujung pada akibat hilangnya tenaga mesin.
Apabila bahan bakar mempunyai viskositas yang sangat tinggi (ekstrem) ,
maka akan terjadi degradasi dari kabut di dalam silinder yang
mengakibatkan pengabutan yang jelek dan menghasilkan asap hitam.
Karakterisasi standard bahan bakar mesin diesel dapat dilihat pada ASTM
D975. Standard ini membagi bahan bakar mesin diesel menjadi 5 jenis, yaitu :
Tabel 2.1 Pembagian Bahan Bakar Mesin Diesel
Sumber : ASTM D975
24 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Pada ASTM D975 hanya menyebutkan batas nilai yang harus dimiliki
bahan bakar untuk dapat digunakan pada mesin diesel dan tidak menyebutkan
komposisi bahan bakar yang harus dimiliki maupun asal sumbernya. Jadi pada
penelitian yang kami lakukan menggunakan CPO sebagai bahan bakar alternatif
mesin diesel (biofuel) harus memenuhi nilai minimum yang terdapat pada ASTM
D974 tersebut.
Solar adalah salah satu bahan bakar motor diesel, yang dihasilkan dari
penyulingan minyak mentah (crude oil) pada temperatur 200°C sampai 340°C.
Kualitas solar sebagai bahan bakar motor diesel sangat menentukan kelancaran
operasi. unjuk kerja, usia motor dan juga kebersihan gas buang motor diesel
serta unsur pencemar udara. Sebagai bahan bakar mesin diesel, solar
mempunyai beberapa sifat fisik yang mempengaruhi proses pembakaran di
dalam silinder dan tingkat emisi gas buang, antara lain sebagai berikut:
Angka Setana (Cetane number)
Kualitas bahan bakar diesel terhadap kecepatan penyalaan dinyatakan
dengan bilangan atau angka "Setana". Bilangan ini merupakan salah satu
karakteristik utama pada bahan bakar diesel. Sebenarnya angka setana
berhubungan denaan ignition delay (waktu penyalaan). Ignition delay sangat
berpengaruh terhadap proses pembakaran didalam ruang bakar. Bahan bakar
dengan angka setana yang tinggi, akan menghasilkan pembakaran yang
sempurna dan mesin mudah dihidupkan, karena waktu pembakaran
tertundanya (ignition delay) sangat pendek, disamping kemungkinan terjadinya
detonasi semakin kecil. Bahan bakar dengan angka setana yang lebih rendah
maka akan mengalami kesulitan penyalaan pada suhu rendah dan juga akan
menghasilkan suara yang berisik dikarenakan ignition delay yang terlalu lama
disebabkan makin besarnya tekanan puncak silinder yang terjadi pada ruang
bakar. Namun angka setana yang terlalu tinggi juga tidak baik digunakan
dikarenakan ignition delay yang terjadi terlalu pendek atau terlalu awal
sehingga pencampurannya dengan udara tidak sempurna dan akan
menyebabkan emisi gas buang yang buruk. Pada beberapa penelitian
25 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
membuktikan bahwa angka setana biodiesel lebih tinggi daripada solar.
Sehingga biodiesel menjadi pilihan yang sangat menguntungkan
Densitas (Density)
Densitas sangat berhubungan dengan kandungan energi yang
dinyatakan dalam berat per satuan volume. Bila ukuran bahan bakar
dinyatakan dalam unit volume, maka nilai kalor bahan bakar akan lebih tinggi
harganya bila dinyatakan per satuan volume. Pada sistem injeksi bahan bakar
motor diesel bahan bakar diinjeksikan berbasis ukuran volume, sehingga bila
ada variasi densitas akan menyebabkan perbedaan power output. Makin besar
densitas akan menimbulkan emisi smoke dan power yang lebih hesar. Maka
pada prinsipnya akan lebih menguntungkan menggunakan bahan bakar yang
mempunyai densitas yang lebih besar.
Kekentalan (Viscosity)
Pada umumnya syarat viskositas adalah maksimum, tetapi dalam
beberapa hal, syarat minimum juga diperlukan. Viskositas kinematis biasanya
diukur dengan viscosity meter dengan unit stoke atau cm2/detik, dan viskositas
absolut dalarn poise, yang mana tenaga yang dibutuhkan untuk memutar luasan
sebesar 1 cm2 dengan kecepatan 1 m/s dalarn bidang paralel yang dipisahkan
dalam fluida. Untuk memudahkan perhitungannya menggunakan satuan unit
centipoise (cP) dan centistokes (cS). Kenaikan viskositas akan menurunkan sudut
injeksi penyemprotan, penetrasi dan distribusi bahan bakar dalam ruang bakar.
Disamping dengan tingginya viskositas bahan bakar akan menimbulkan panas
yang berlebihan pada injektor sehingga tidak dapat menjalankan fungsinya
dengan baik. Sedangkan bahan bakar dengan viskositas terlalu rendah akan
dapat menyebabkan kebocoran bahan bakar tersebut pada pompa bahan bakar
dan injektor, dan menyebabkan atomisasi bahan bakar yang halus serta
penurunan tingkat penetrasi bahan bakar tersebut di ruang bakar. Untuk itu
pentingnya menentukan viskositas yang tepat pada bahan bakar diesel sesuai
dengan kebutuhan. CPO memiliki viskositas yang lebih tinggi dibandingkan
dengan solar, hal ini yang menyebabkan CPO pada konsentrasi tinggi
memerlukan pemanasan awal.
26 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Selain itu viskositas juga menggambarkan tingkat pelumasan dari bahan bakar.
Secara logika, viskositas bahan bakar yang lebih tinggi memiliki tingkat
pelumasan yang lebih baik. Disebabkan karena fungsi solar adalah sebagai bahan
bakar, maka nilai viskositas diusahakan tidak terlalu tinggi. Oleh karena itu bahan
bakar solar memiliki viskositas yang relatif rendah agar bahan bakar lebih mudah
teratomisasi pada saat diinjeksikan ke dalam ruang bakar dan tidak mengalami
hambatan di dalam sistem pemompaan dan injeksi. Disisi lain viskositas yang
terlalu rendah akan menyebabkan panas berlebihan yang ditimbulkan oleh
kurangnya pelumasan pada dinding silinder dan piston sehingga membuat
komponen mensin menjadi cepat aus.
Volatilitas (Volatility)
Volatilitas adalah kecenderungan sifat bahan bakar cair untuk berubah
menjadi gas. Volatilitas bahan bakar banyak dipengaruhi oleh beberapa faktor
antara lain : densitas, suhu penyalaan sendiri (autoignition), titik nyala (flash
point), viskositas dan angka setana. Volatilitas yang rendah akan menyebabkan
penyumbatan sistem injeksi akibat dari uap bahan bakar. Sedangkan volatilitas
yang tinggi mesin akan susah hidup pada cuaca dingin, pembakaran yang tidak
sempurna sehingga menyebabkan kotoran diruang bakar dan tingkat emisi
yang tinggi.
Nilai Kalor Bahan Bakar (LHV)
Nilai kalor suatu bahan bakar menunjukkan kandungan energi dalarn
bentuk panas yang dimiliki oleh setiap kilogram atau liter bahan bakar yang
dihasilkan pada saat proses pembakaran. Motor diesel adalah suatu pesawat
yang menghasilkan energi mekanis dari proses pembakaran bahan bakar,
besarnya energi mekanis tersebut tergantung pada kandungan panas yang
dimiliki bahan bakar.
Dalam hukum-hukum fisika dan ilmu termodinamika dikenal hukum kekekalan
energi. Hukum ini menyatakan bahwa energi tersebut adalah kekal dan energi
dapat dikonversi (diubah) dari satu bentuk ke bentuk energi yang lain. Besar
kecilnya energi panas yang dikonversi menjadi energi mekanis tergantung dari
27 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
nilai kalor yang dimiliki oleh suatu bahan bakar. Nilai kalor biodiesel lebih
rendah daripada solar, sehingga akan terjadi konsumsi bahan bakar yang lebih
besar daripada solar.
Titik Nyala (Flash Point)
Titik nyala adalah temperatur terendah suatu bahan bakar yang pada saat
dipanaskan, maka uap yang bercampur dengan udara dari hasil pemanasan
tersebut akan menyala bila diberikan api kecil. Nyala tersebut tidak kontinyu,
hanya berupa kilatan api.
Titik nyala menunjukkan temperatur terendah bahan bakar akan mulai
menyala bila tercampur dengan udara. Hal ini penting diketahui untuk mengatasi
masalah yang berkaitan dengan keamanan pada saat penyimpanan dan
penanganan bahan bakar. Titik nyala sebaiknya harus cukup tinggi untuk
menghindari bahaya kebakaran pada suhu ambient yang normal.
Kadar Air (Water Content)
Kadar air pada bahan bakar diesel merupakan salah satu faktor yang
mempengaruhi kinerja mesin. Adanya kandungan air pada bahan bakar meskipun
dalam jumlah sedikit akan menyebabkan terjadinya penyumbatan pada saluran
dan filter bahan bakar, terutama untuk negara yang memiliki musin dingin. Hal
tersebut terjadi karena terbentuknya kristal-kristal es pada suhu rendah di dalam
bahan bakar.
Kadar Belerang (Sulfur Content)
Kadar belerang dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan pertama
(straigth-run) sangat bergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah.
Minyak mentah yang mengandung kadar belerang tinggi akan berpengaruh
terhadap ketahanan mesin diesel. Kandungan belerang yang berlebihan akan
menyebabkan keausan pada komponen mesin. Hal ini terjadi disebabkan oleh
adanya partikel-partikel padat yang terbentuk pada saat pembakaran, selain itu
juga dapat disebabkan oleh adanya oksida belerang, seperti SO2 dan SO3.
28 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Titik tuang (Pour Point)
Titik tuang adalah batas temperatur tuang dimana mulai terbentuk kristal-
kristal parafin yang dapat menyumbat saluran bahan bakar dan injektor. Titik
tuang dipengaruhi oleh derajat ketidak jenuhan (angka iodium), semakin tinggi
angka iodium maka nilai titik tuang akan semakin rendah. Selain itu titik tuang
juga dipengaruhi oleh panjang rantai karbon, semakin panjang rantai karbon maka
semakin tinggi pula nilai titik tuang.
2.3 BAHAN BAKAR CPO
Bahan bakar CPO termasuk jenis straight vegetable oil (SVO) dan
memiliki komposisi kimia yang sama dengan vegetable oil yaitu triglicerol
(C3H8(OOCR)3. Struktur kimia CPO ini berbeda dengan struktur kimia biodiesel
yang berupa asam lemak (alkyl ester & methyl ester) (3RCOOH). Pengolahan
CPO menjadi biodiesel akan menimbulkan penurunan berat molekul dari bahan
bakar nabati tersebut sebesar 30% dan penurunan viskositas yang cukup
signifikan.
Pemanfaatan straight vegetable oil sebagai bahan bakar mesin diesel pada
mulanya dilakukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1900 dengan menggunakan
minyak kacang tanah (peanut oil). Pengujian tersebut dilakukan dengan
menggunakan bahan bakar minyak kacang tanah pada mesin diesel yang didesain
menggunakan bahan bakar solar (petrolium oil) tanpa merubah atau memodifikasi
mesin. Hasil pengujian menyebutkan bahwa pengoperasian mesin diesel dapat
berjalan dengan baik tanpa adanya kesulitan yang berarti dengan konsumsi bahan
bakar sebesar 240 gram/BHP pada nilai kalor bahan bakar sebesar 8.600 kalori/kg.
Penggunaan bahan bakar minyak nabati secara langsung juga digunakan oleh
Amerika pada saat perang dunia ke-2 dengan memanfaatkan minyak biji kapas
dan minyak jagung. Walton J tahun 1938 menyampaikan bahwa terdapat 20 jenis
vegetable oil (jarak/castor, biji anggur/grapeseed, maize, camelina, biji
labu/pumpkinseed, beechnut, lobak/rapeseed, lupin, pea, poppyseed, kacang
tanah/peanut, ganja/hemp, rami/linseed, chestnut, biji bunga matahari/sunflower
seed, sawit/palm, zaitun/olive, kedelai/soybean, biji kapas/cottonseed, and shea
butter) yang dapat digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.
29 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Pengggunaan minyak nabati sebagai bahan bakar mesin diesel
dikarenakan adanya persamaan sifat-sifat atau karakteristik minyak nabati dengan
petrodiesel. Adanya persamaan karakteristik disini tidak berarti mutlak seluruh
parameter minyak diesel harus sama dan terpenuhi pada minyak nabati. Parameter
utama yang paling penting agar penggunaan bahan bakar minyak nabati dapat
dilakukan secara langsung sebagai bahan bakar mesin diesel adalah viskositas
bahan bakar, asam lemak bebas, density, titik nyala dan nilai kalor bahan bakar.
Karakteristik bahan bakar minyak sawit dan biodiesel ditunjukkan pada Tabel 2.2
berikut :
Tabel 2.2 Karakteristik Minyak Sawit CPO dan Biodiesel
No Uraian Unit Biodiesel Minyak Sawit CPO *)
1 Kinematic Viscosity at 40oC cSt 2.3 – 6 38,7
2 Density at 40 oC gr/cm3 0.85 – 0.90 -
Density at 15 oC gr/cm3 - 0,9232
3 Total Acid Number (TAN) mg KOH/gr < 0.8 7,8
4 Flash Point oC > 100 239
5 Water Content % vol < 0.05 0,05
6 Cetane Index 62.1 **) 62,5
7 Heating Value kJ/kg 37.114 **) 36.711
Sumber : BPPT, Standard Biodiesel Indonesia (SNI), Workshop Pemanfaatan Biodiesel sebagai
Bahan Bakar Alternatif Mesin Diesel, Jakarta, 26 Mei 2005 **), www.coderat.com *)
Karakteristik viskositas dan density (berat jenis) bahan bakar minyak
nabati jenis straight vegetable oil (SVO) sangat tergantung pada perubahan
temperatur bahan bakar. Hal ini yang menyebabkan bahan bakar tersebut dijual
berdasarkan satuan berat (kg atau ton), sedangkan bahan bakar petrodiesel dijual
dengan satuan volume (liter atau barrel). Pengaruh perubahan temperatur
terhadap viskositas dan densitas ditunjukkan pada gambar 2.9 dan 2.10 dibawah
ini.
30 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Gamsum
Gambsum
Di
bahan bak
pemanfaat
(metil atau
proses the
menjadi g
relatif sem
sempurna
Senyawa
mbar 2.9 Pember : Dr. Ro
bar 2.10 Penmber : Dr. Ro
Indonesia
kar mesin d
tan biodies
u etil ester)
ermal (pana
gliserin dan
mpurna, akan
dan dapat
ini akan m
engaruh temoman Przybyls
ngaruh temoman Przybyls
, pemanfaa
diesel saat i
sel dengan
). Hal ini d
as) di dalam
n asam lem
n tetapi glis
terpolimer
menyebabk
31
mperatur terhlski, Canola O
mperatur terhski, Canola O
atan minyak
ini belum b
mengkonv
disebabkan k
m mesin aka
mak. Asam
serin akan m
risasi menja
kan kerusak
hadap densiOil: Physical a
hadap viskoil: Physical an
k tumbuhan
berkembang
versikan mi
karena adan
an menyeba
lemak dapa
menghasilka
adi senyaw
kan pada m
itas bahan band Chemical
bakar nabati
Properties
sitas bahan bakar nabaati nd Chemical PProperties
n secara la
dengan ba
inyak nabat
nya pandan
abkan miny
at teroksida
an pembaka
wa plastis y
mesin, kare
angsung se
aik dibandin
ti menjadi
ngan bahwa
ak nabati te
asi atau terb
aran yang ku
yang agak p
ena memb
ebagai
ngkan
ester
pada
erurai
bakar
urang
padat.
entuk
Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
deposit pada pompa injektor. Oleh karena itu perlu dilakukan modifikasi pada
mesin-mesin kendaraan bermotor komersial apabila menggunakan minyak
tumbuhan langsung (100 %) sebagai bahan bakar pengganti solar / minyak diesel.
2.4 PARAMETER UNJUK KERJA MESIN DIESEL
Beberapa parameter yang dicatat selama pengujian unjuk kerja mesin
digunakan sebagai data mentah yang kemudian diolah menjadi data hasil
pengujian. Dari data hasil pengujian akan terlihat ada tidaknya peningkatan atau
penurunan performa mesin yang diuji dengan menggunakan bahan bakar CPO
100% dan campurannya dengan solar. Hasil pengujian tersebut ditunjukkan
dengan parameter fuel consumption, specific fuel consumption, daya, efisiensi
thermal dan komposisi gas buang yang pada pengujian ini akan diukur
opasitasnya. Hasil akhir dari pengujian bahan bakar CPO 100% dan campurannya
dengan solar pada variasi campuran yang didapat akan dibandingkan dengan
bahan bakar solar murni sebagai pembanding (dasar acuan) dan direpresentasikan
ke dalam bentuk grafik karakteristik mesin diesel genset. Berikut ini akan
diuraikan metode perhitungannya, sedangkan tabel data mentah serta tabel hasil
perhitungan disertakan pada Lampiran.
2.4.1 Laju Konsumsi Bahan Bakar (FC)
Konsumsi bahan bakar per satuan waktu ( FC – Fuel Consumption ) dapat
ditentukan melalui persamaan berikut:
2.16
dimana : Vg = Volume bahan bakar yang dipergunakan [liter]
t = waktu yang dibutuhkan [detik]
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)
Persamaan untuk menghitung Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ( Spesific
Fuel Consumption ) adalah sebagai berikut :
32 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
2.17
dimana: SFC = Spesific fuel oil consumption (kg/kWh)
E = Energi yang terukur (kWh)
W = Daya yang dihasilkan (kW)
t = waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi (s)
= jumlah bahan bakar (kg) = Vg * ρ bbm
Vg = volume bahan bakar yang dipergunakan (L/hr)
ρ = berat jenis bahan bakar (kg/L)
2.4.3 Daya Listrik
Keluaran daya listrik yang dihasilkan mesin diesel genset diukur dengan
bantuan Watthour Meter pada satuan waktu pengukuran. Besarnya daya listrik
yang dihasilkan ditentukan berdasarkan persamaan sebagai berikut:
2.18
dimana : W = Daya listrik yang dihasilkan (kW)
E = Energi listrik yang terukur (kWh)
t = waktu pengukuran (s)
2.4.4 Jumlah Input Energi Bahan Bakar
Jumlah kalor masuk (Qm) dirumuskan:
2.19
dimana: Qm = jumlah kalor masuk (kcal)
LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kcal/kg)
= jumlah bahan bakar (kg) bbm
2.4.5 Efisiensi Thermal (ηth)
Sumber energi untuk menggerakkan mesin adalah energi kimia yang
tersimpan didalam bahan bakar. Fakta yang terjadi adalah piston, bagian mesin
33 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
yang berfungsi untuk mengkonversikan energi kimia menjadi tenaga, bekerja
tidak terlalu efisien untuk mengubah seluruh energi kimia menjadi tenaga (energi
mekanik). Lebih kurang sepertiga dari energi bahan bakar tersebut dikeluarkan
melalui pipa pembuangan sebagai panas yang hilang, sepertiga lagi hilang ke
sistem pendinginan mesin (radiator) dan hanya menyisakan lebih kurang sepertiga
untuk digunakan sebagai pembangkit tenaga mesin.
Efisiensi Thermal, ηth , merupakan ukuran pemakaian bahan bakar oleh
mesin. Efisiensi ini menunjukkan seberapa banyak daya yang dihasilkan oleh
sejumlah laju panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar. Laju
pelepasan panas sendiri merupakan hasil dari laju aliran bahan bakar dan nilai
pembakaran bahan bakar. Sehingga untuk meningkatkan efisiensi thermal, daya
output mesin dapat ditambah dengan cara meningkatkan laju aliran bahan bakar
atau dengan menggunakan bahan bakar dengan nilai pembakaran yang tinggi.
Efisiensi thermal dari mesin diesel genset menyatakan besarnya efektifitas
energi bahan bakar yang disuplai ke ruang bakar dalam menghasilkan kerja.
Efisiensi thermal dapat ditentukan melalui persamaan berikut:
2.20
dimana: thη = Efisiensi thermal
E = Energi yang terukur (kWh)
W = Daya listrik yang dihasilkan (kW)
t = waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan energi (s)
Qm = jumlah kalor masuk (kcal)
= jumlah bahan bakar (kg) bbm
2.4.6 Emisi Gas Buang
Exhaust Diesel menghasilkan lebih dari 400 campuran partikel berbeda,
uap dan material racun organik, yang disebabkan akibat proses pembakaran bahan
bakar. Beberapa racun yang ditemukan pada exhaust Diesel antara lain :
34 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Tabel 2.3 Tabel Daftar Racun Pada Exhaust Diesel
carbon monoxide sulfur dioxide arsenic acetaldehyde benzene formaldehyde
inorganic lead manganese compounds mercury compounds methanol phenol cyanide compound
Tingkat polutan pada kendaraan juga tergantung pada tahun pembuatan,
kebanyakan mobil tua menghasilkan asap yang lebih banyak sehingga
menghasilkan polutan yang besar pula. Dibawah ini ditampilkan grafik
perbandingan antara smoke factor yang diakibatkan berdasarkan daya per waktu
yang dihasilkan yang dikaitkan dengan tahun pembuatan mobil.
Gambar 2.11 Grafik Pengaruh Asap Terhadap VSP
Sumber : Bambang Sugiarto, Motor Pembakaran Dalam Oleh karena itu, harus ada proses pencegahan agar efek dari exhaust
Diesel dapat dikurangi sehingga tidak membahayakan bagi lingkungan. Untuk
mengetahui tingkat polutan pada exhaust Diesel digunakan smoke analyzer .
Smoke analyzer ini digunakan untuk mengukur nilai opasitas suatu exhaust
Diesel.
35 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Gambar 2.12 Portable smoke analyzer
Cara Kerja Smoke Analyzer :
Gambar 2.13 Diagram skematik smoke analyzer
Sampel gas dimasukkan kedalam measurement cell, light source
memancarkan sinar, apabila receiver menerima sinar secara penuh berarti opasitas
0% dan jika sinar tidak diterima sama sekali berarti opasitas 100%, jadi makin
besar cahaya yang dikirim terganggu dibaca oleh receiver maka makin besar nilai
opasitasnya.
36 Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008
Gambar 2.14 Aplikasi penggunaan smoke analyzer
Saat digunakan probe smoke analyzer biasa diletakkan pada sistem exhaust
knalpot, setelah itu mesin dijalankan pada rpm tertentu hingga didapatkan nilai opasitas
yang nilainya konstan.
Gambar 2.15 Contoh hasil pengujian smoke analyzer
Gambar diatas adalah contoh tampilan keluaran dari pengujian smoke analyzer.
Dapat dilihat bahwa pada saat mesin 0 rpm, tingkat opasitasnya 27%..
37
Gambar 2.16 Hasil pengukuran smoke analyzer
Tampilan gambar diatas menunjukkan hasil dari smoke analyzer dalam bentuk
grafik dimana pada contoh diatas mesin dipertahankan melakukan putaran 3000 rpm
sampai 3400 rpm.
Studi komparansi kinerja..., Askha Kusuma Putra, FT UI, 2008