bab 2.pdf
DESCRIPTION
dasar teori motor berbahan bakar LPGTRANSCRIPT
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Aziz W (2009), terhadap “Analisis Penggunaan Bahan Bakar
Liquefied Petroleum Gas (LPG) Terhadap Konsumsi Bahan Bakar Dan
Emisi Gas Buang CO Dan HC Pada Motor Supra X 125R Tahun 2009”,
yaitu dengan mengunakan tabung gas LPG 3 kg dapat menempuh jarak
250 km dibandingkan dengan satu liter premium yang hanya dapat
menempuh jarak 55 km. Hasil emisi gas buang CO sebesar 0,025% dan
kadar emisi gas buang HC sebesar 2274 ppm.
Nu’man (2013) terhadap “Peforma Mesin Dan Emisi Gas Buang
Motor Bensin Berbahan Bakar LPG Dengan Penambahan Gas HHO”,
yaitu dengan penggunaan bahan bakar gas LPG pada sepeda motor
Yamaha Xeon 125 cc tahun 2012 di mana pada penggunaan LPG maupun
LPG dengan penambahan gas HHO terjadi penurunan pada performa
mesin, konsumsi bahan bakar, dan menurunkan emisi CO dan HC yang
dihasilkan.
Yunianto (2009), terhadap “Pengaruh Perubahan Sudut Penyalaan
(Ignition Time) Terhadap Emisi Gas Buang Pada Mesin Sepeda Motor 4
(Empat) Langkah Dengan Bahan Bakar LPG”, bahwa dengan pengaturan
pada sudut penyalaan 110 , 14, dan 17 sebelum TMA diketahui terjadi
8
penurunan emisi Cosebesar 0,24% - 97,68 dan emisi HC sampai sebesar
97,5% volume.
Nuarsa, dkk (2012), terhadap “Pengaruh Posisi Penyemprotan
Bahan Bakar Gas LPG Pada Intake Manifold Terhadap Konsumsi Bahan
Bakar Pada Mesin Bensin Empat Langkah Satu Silinder Honda Supra X”,
di mana penyemprotan bahan bakar LPG pada posisi belakang (P3)
didapatkan penilaian penurunan konsumsi bahan bakar (SFC) yang
optimal dibandingkan pada posisi depan (P1) dan posisi tengah (P2) pada
putaran 4500 dan 6000 rpm terhadap penggunaan bahan bakar bensin.
Tirtoantmodjo, dkk (1999), terhadap “Peningkatan Performance
Motor Bensin 4 Tak 3 Silinder Yang Menggunakan Bahan Bakar Gas
Dengan Penambahan Blower Dan Sistem Injeksi”. Dari hasil penelitian di
mana motor 4 tak 3 silinder dengan adanya penambahan blower (inventer)
di dalam sistem injeksi BBG maka tekanan dan kepadatan campuran BBG
dan udara yang masuk ke dalam ruang bakar bisa lebih tinggi dan daya
yang dihasilkan motor bakar lebih meningkat dan bisa menyamai bahkan
melebihi daya motor dari motor bakar bensin.
Kristanto, dkk (2001), terhadap“Pengaruh Perubahan Pemajuan
Waktu Penyalaan Terhadap Motor Dual Fuel (Bensin-BBG)”, Di mana
daya dan torsi mengalami penurunan dengan cara meningkatkan unjuk
kerja dari motor bensin yang menggunakan bahan bakar gas dengan
mengatur pemajuan penyalaan secara elektronik sehingga waktu
pengapiannya lebih cepat.
9
Sitorus (2012), terhadap “Kajian Eksperimental Perbandingan
Performansi Mesin Otto Bahan Bakar Premium Dengan Bahan Bakar
LPG”. Dengan memodifikasi karburatornya maka mesin dapat bekerja
seperti pada saat menggunakan premium, walaupun performansi mesin
cenderung belum memberikan hasil yang optimal seperti performansi
mesin pada saat menggunakan premium, tetapi bahan bakar LPG
mempunyai keuntungan yaitu emisi yang dihasilkan lebih ramah
lingkungan dari premium, selain itu harga LPG lebih murah dibandingkan
harga premium.
Setiyo. dkk (2012), terhadap “Optimasi Pemanfaatan LPG Sebagai
Bahan Bakar Kendaraan Melalui Penyetelan Converter Kits Dan Saat
Pengapian”, di mana Torsi optimum 131,2 N.m diperoleh pada stelan gas
lever 5,75 putaran, bukaan katup aliran 40%, dan saat pengapian 15
0BTDC. Emisi CO terendah 0,13% diperoleh pada stelan pegas lever 5,5
putaran, bukaan katup aliran 40% dan saat pengapian 10 0BTDC, Emisi
HC terendah 124 ppm diperoleh pada stelan pegas lever 5,5 putaran,
bukaan katup aliran 40% dan saat pengapian 15 0BTDC.
Kristanto, dkk (2001), terhadap “Pengaturan Kondisi Idle Dan
Akselerasi Pada Motor Berbahan Bakar Gas”, di mana adanya
penambahan sistem injeksi yang dilengkapi ECM pada perangkat
conversion kit standar dapat mencapai putaran 800 rpm, waktu yang
dibutuhkan untuk akselerasi lebih singkat dengan mengatur tekanan kerja
regulator gas di atas 100 kPa karena ECM tidak mampu untuk
mengendalikan kerja dari solenoid valve untuk injector, sehingga suplai
10
BBG akan berlebihan dan akan menghalangi masuknya udara ke intake
manifold, sehingga motor cenderung mati.
Rastoto, dkk (2008), terhadap “Pengaruh Perubahan Waktu
Pengapian (Ignition Timing) Terhadap Emisi Gas Buang CO Dan HC
Pada Sepeda Motor Vega R 110 CC Tahun 2008 Dengan Bahan Bakar
LPG (Liquefied Petroleum Gas)” di mana dengan waktu pengapian
(ignition timing) 130 sebelum TMA meningkatkan hasil kadar emisi gas
buang CO dan HC, sedangkan dengan waktu pengapian (ignition timing)
70 sebelum TMA akan menurunkan hasil kadar emisi gas buang CO dan
HC tetapi akan menurunkan tenaga mesin.
Murdyanto (2010), terhadap “Pengaruh Pembebanan Terhadap
Emisi Gas Buang Sepeda Motor 4 Langkah Dengan Sistem Dua Bahan
Bakar (Bifuel) Premium dan LPG Dengan Variasi Sudut Penyalaan” di
mana sepeda motor yang dijalankan dengan bahan bakar LPG timing 110
memiliki penurunan emisi CO sebesar 0,24% - 97,68 volume, emisi HC
sampai sebesar 97,5% jika dibandingkan dengan bahan bakar bensin
timing 140.
Romandoni (2006), terhadap “Studi Komparasi Performa Mesin
Dan Kadar Emisi Gas Buang Sepeda Motor Empat Langkah Berbahan
Bakar Bensin Dan LPG” di mana penggunaan bahan bakar gas LPG pada
sepeda motor Honda Vario 110 cc dapat meningkatkan torsi (torque), dan
daya (horse power). Peningkatan torsi tertinggi sebesar 63,90% di
dapatkan pada putaran 2000 rpm dengan menggunakan bahan bakar LPG.
Peningkatan daya tertinggi sebesar 50,44% di dapatkan pada putaran 2000
11
rpm dengan menggunakan bahan bakar gas LPG. Sedangkan konsumsi
bahan bakar (Fuel Consumption) mengalami penurunan yang signifikan.
Penurunan konsumsi bahan bakar tertinggi sebesar 23,09% di dapatkan
pada putaran 6000 rpm dengan menggunakan bahan bakar gas LPG dan
juga menurunkan kadar emisi gas buang seperti penurunan CO tertinggi
sebesar 99,56% di dapatkan pada putaran 5500 rpm. Penurunan CO2
tertinggi sebesar 55,72% di dapatkan pada putaran 3500 rpm. Penurunan
HC tertinggi sebesar 77,67% di dapatkan pada putaran 5500 rpm.
Sedangkan konsentrasi O2 mengalami peningkatan yang signifikan pada
penggunaan bahan bakar LPG. Peningkatan tertinggi sebesar 83,65% di
dapatkan pada putaran 7500 rpm.
Yunianto (2009) terhadap “Pengaruh Perubahan Saat Penyalaan
(Ignition Timing) Terhadap Prestasi Mesin Pada Sepeda Motor 4 Langkah
Dengan Bahan Bakar LPG” di mana dapat diperoleh pemakaian bahan
bakar gas LPG pada mesin menghasilkan daya dan torsi rata-rata sebesar
25% lebih kecil dibandingkan daya dan torsi yang dihasilkan oleh bensin.
Torsi gas LPG pada sudut pengapian 11° lebih tinggi dari torsi pada
variasi sudut pengapian yang lain yaitu pada 4000 rpm dengan torsi 8.309
Nm. Dibandingkan dengan bahan bakar bensin pengapian standar, gas
LPG 11° hanya berselisih rata-rata 3 % lebih kecil dari torsi bensin
standar. Kondisi operasi terbaik mesin baik dengan bahan bakar bensin
maupun gas LPG dalam kisaran putaran 4000 rpm sampai 5000 rpm.
Fauzan (2008), terhadap “Disain Converter Kits Modifikasi Sistem
Bahan Bakar Motor Bensin Menjadi Berbahan Bakar Gas” maka di dapat
12
hasil perancangan kits konversi eksperimental untuk mesin satu silinder
110 cc empat langkah berupa sistem pencampur bahan bakar (mixer)
dengan menggunakan main jet dan pilot jet sebagai komponen inti dan
instalasi kit konversi eksperimental sebagai bahan bakar gas LPG yang
berada dalam tabung bertekanan tinggi di keluarkan dengan menurunkan
tekanannya menggunakan regulator gas LPG tekanan tinggi dan kembali
di turunkan tekanannya sesuai dengan kebutuhan konsumsi bahan bakar
dengan menggunakan regulator asetelin. Gas yang sudah di turunkan
tekanannya di alirkan melalui selang gas ke kran membran. Kevakuman
yang terjadi di ruang bakar yang diakibatkan oleh langkah isap piston
mengakibatkan pegas kran membran tertarik dan membuka aliran gas dan
gas akan mengalir ke kran pembagi untuk kemudian di alirkan ke main jet
dan pilot jet di dalam pencampur (mixer), selanjutnya keruang bakar
mesin.
Jauhari (2008), dalam artikelnya dengan judul “Bahan Bakar
Alternatif : Motor dengan LPG 3 Kg” menghasilkan kesimpulan bahwa
hasil uji coba yang telah diterapkan pada motor suzuki smash 110 cc,
untuk satu tabung gas elpiji berukuran tiga kilogram dapat menempuh
jarak 150 kilometer. Bandingkan dengan bensin yang satu liternya dalam
kondisi jalan normal hanya dapat menempuh 40 kilometer (Berdasarkan
konsumsi BBM premium motor suzuki smash).
Maulana (2008), dalam artikelnya dengan judul “Elpiji Jadi
Bahan Bakar Kendaraan” membahas tentang hasil uji coba yang
dilakukan Pertamina dengan Institut Teknologi Bandung dengan
13
menggunakan gas LPG sebagai bahan bakar pada mobil Toyota Vios
menunjukkan tingkat efisiensi penggunaan BBG lebih bagus dari pada
bahan bakar minyak (BBM). Selain itu, daya torsi lebih tinggi
dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar Pertamax.
Sugianto (2008), Eksperimen yang telah diterapkan pada sepeda
motor Yamaha Vega 2006 dengan menggunakan bahan bakar gas elpiji
menghasilkan kesimpulan sebagai berikut :
1. Ruang bakar lebih bersih dan tidak banyak kerak
2. Lebih ramah lingkungan karena kandungan hidrokarbon yang minim
3. Dalam kandungan gas elpiji, tidak terdapat timbal
4. Tarikan atau tenaga motor lebih responsif.
2.2 Landasan Teori
2.2.1 Pengertian Motor Bensin
Motor Bensin disebut juga dengan motor penyalaan busi (spark
ignition engine) karena pembakaran bahan bakar untuk mendapatkan
fluida kerjanya dengan menggunakan percikan bunga api. Energi itu
sendiri didapat dari energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar yang
disemprotkan melalui distributor ke dalam ruang bakar yang bercampur
dengan udara sehingga terjadi reaksi oksidasi atau pembakaran. Proses
pembakaran tersebut menyebabkan kenaikan tekanan dan temperatur, gas
bertekanan tinggi tersebut akan mendorong piston untuk bergerak secara
translasi dan selanjutnya akan menggerakkan batang torak (batang
penggerak) yang dihubungkan dengan poros engkol.
14
2.3 Klasifikasi Motor Bensin
Berdasarkan prinsip kerjanya, motor bensin dibagi menjadi dua
klasifikasi, yaitu :
1. Motor Bensin Empat Langkah
2. Motor Bensin Dua Langkah
2.3.1 Motor Bensin 4 Langkah
Mesin empat langkah adalah motor yang pada setiap empat
langkah torak (dua kali putaran poros engkol) sempurna menghasilkan
satu tenaga kerja (langkah kerja). Proses tersebut meliputi langkah hisap,
langkah kompresi, langkah ekspansi dan langkah buang. Hal ini terjadi
selama gerakan torak dari TMB-TMA-TMB-TMA (dua putaran poros
engkol). Dalam hal ini, gas hasil pembakaran mendorong torak hanya pada
langkah ekspansi saja, sedangkan untuk ketiga langkahnya terjadi hal
sebaliknya. Untuk memungkinkan terjadinya hal tersebut, maka sebagian
energi gas pembakaran selama langkah ekspansi harus diubah dan
disimpan dalam bentuk energi kinetis roda gaya.
1. Langkah Hisap
Langkah hisap dimulai pada piston berada pada posisi titik mati atas
(TMA) dan berakhir ketika piston mencapai titik mati bawah (TMB).
Katup hisapnya sudah terbuka sebelum TMA, untuk menghasilkan lubang
hisap yang luas bila dalam silinder telah terjadi kehampaan akibat gerakan
piston ke bawah.
15
2. Langkah Kompresi
Katup masuk tertutup, torak bergerak ke atas dengan mendesak
pengisian dalam silinder, kemudian sebelum torak sampai di titik tertinggi
(titik mati atas = TMA) isi dalam silinder dinayalakan oleh nyala api dari
busi.
3. Langkah Usaha
Letusan atau ledakan mendorong torak ke bawah dengan gaya besar
sebelum torak sampai ke titik mati terendah (titik mati bawah = TMB)
katup buang membuka.
4. Langkah Buang
Torak bergerak ke atas dan mendesak gas yang sudah terbakar keluar
melalui katup buang. Seluruh proses kemudian terulang kembali dimulai
dengan langkah hisap sampai langkah buang lagi, hal itu adalah proses
motor bensin 4 langkah.
Gambar 2.1 Siklus Kerja Motor Bensin Empat Langkah
(Pudjanarsa & Nursuhud, 2006 : 22)
16
2.3.2 Motor Bensin 2 Langkah
Motor bensin dua langkah adalah mesin yang dalam satu siklusnya
tenaga memerlukan dua kali langkah kerja satu kali putaran poros engkol.
Adapun langkah - langkahnya adalah sebagai berikut :
1. Langkah Kompresi
Pada langkah kompresi ini dimulai dengan penutupan saluran masuk
dan keluar kemudian menekan isi silinder dan menghisap campuran bahan
bakar udara bersih ke dalam rumah engkol. Bila piston mencapai titik mati
atas (TMA), pembakaran dimulai.
2. Langkah Kerja atau Ekspansi
Pada langkah ekspansi ini piston bergerak mencapai titik tertentu
sebelum titik mati bawah (TMB), pada awalnya saluran buang dan
kemudian saluran masuk terbuka. Sebagian besar gas yang terbakar keluar
silinder dalam proses exhaust blowdown. Ketika saluran masuk terbuka,
campuran bahan bakar dan udara bersih tertekan ke dalam silinder. Piston
dan saluran - saluran umumnya dibentuk untuk membelokkan campuran
yang masuk langsung menuju saluran buang dan juga ditunjukkan untuk
mendapatkan pembilasan gas residu secara efektif.
17
Gambar 2.2 Siklus Kerja Motor Bensin dua Langkah
(Pudjanarsa & Nursuhud, 2006 : 21)
2.4 Siklus Termodinamika Motor Bakar
Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar
torak amat kompleks untuk dianalisis menurut teori. Untuk memudahkan
analisis tersebut kita perlu membayangkan suatu keadaan yang ideal.
Makin ideal suatu keadaan makin mudah untuk dianalisis, akan tetapi
dengan sendirinya makin jauh menyimpang dari keadaan yang sebenarnya.
Pada umumnya untuk menganalisis motor bakar dipergunakan siklus udara
sebagai siklus yang ideal. Siklus udara menggunakan beberapa keadaan
yang sama dengan siklus sebenarnya, misalnya :
1. Urutan proses
2. Perbandingan kompresi
3. Pemilihan temperatur dan tekanan suatu keadaan
4. Penambahan kalor yang sama per satuan berat udara.
18
Di dalam siklus termodinamika, khususnya pada motor bakar torak
akan dibahas beberapa analisis siklus udara, yakni :
1. Siklus udara volume-konstan (Siklus Otto)
2. Siklus udara tekanan-konstan (Siklus Diesel)
3. Siklus udara tekanan-terbatas (Siklus Gabungan).
Pada Mesin yang ideal proses pembakaran yang dapat
menghasilkan gas bertekanan dan bertemperatur tinggi itu dimisalkan
sebagai proses pemasukan panas ke dalam fluida kerja di dalam silinder.
2.4.1 Siklus Udara Volume Konstan (Siklus Otto)
Siklus ini dapat digambarkan dengan diagram P-V dan T-S seperti
terlihat pada gambar 2.3 di bawah ini.
Gambar 2.3 Diagram P-V dan T-S Siklus Otto
(Potter & Somerton, 1995 : 193)
19
Keterangan gambar :
1) 1 - 2 : Proses kompresi berlangsung secara isentropik
2) 2 - 3 : Proses pembakaran dianggap sebagai proses pemasukan
kalor secara isovolume
Qin = m.Cv. (T3-T2)
3) 3 - 4 : Proses ekspansi berlangsung secara isentropik
4) 4 - 1 : Proses buang berlangsung secara isovolume
Qout = m.Cv. (T4-T1)
Keterangan :
Q = Kalor (Kj)
m = Massa (Kg)
Cv = Kalor spesifik pad volume konstan (Kj/Kg-K)
T = Temperatur (0K)
2.4.2 Siklus Udara Tekanan Konstan (Siklus Diesel)
Siklus udara tekanan konstan (siklus diesel) adalah apabila
pemasukan kalor dilakukan pada tekanan konstan. Untuk siklus ini
digunakan pengidealan yang sama seperti siklus volume konstan, kecuali
20
mengenai pemasukan kalor siklus diesel dilaksanakan pada tekanan -
konstan. Siklus diesel dapat ditunjukkan pada gambar 2.4 di bawah ini.
Gambar 2.4 Diagram P vs V dan T vs S siklus tekanan konstan
(Potter & Somerton, 1995 : 195)
Keterangan gambar :
1) 1 - 2 : Proses kompresi secara isentropik
2) 2 - 3 : Proses pemasukan kalor secara isobarik
Qin = m. Cv. (T3-T2)
3) 3 - 4 : Proses kerja atau ekspansi secara isentropik
4) 4 - 1 : Proses pembuangan dianggap sebagai proses pengeluaran
kalor pada volume konstan
Qout = m.Cv. (T4-T1)
21
2.4.3 Siklus Udara Tekanan Terbatas (Siklus Gabungan)
Apabila pemasukan kalor pada suatu siklus dilaksanakan baik pada
volume-konstan maupun pada tekanan-konstan, siklus tersebut dinamai
siklus tekanan-terbatas atau siklus gabungan.
Gambar 2.5 Diagram P vs V dan T vs S siklus gabungan
(Potter & Somerton, 1995 : 198)
Keterangan gambar :
1) 1 - 2 : Proses kompresi secara isentropik
2) 2 - 4 : Proses pembakaran dianggap sebagai pemasukan kalor
Secara isovolume dan tekanan konstan
Qin = m.Cv (T3 – T2) + m.Cp (T4 – T3)
3) 2 - 3 : Proses pembakaran awal secara isentropik
4) 3 - 4 : Proses pembakaran lanjut secara isobarik
5) 4 - 5 : Proses ekspansi secara isentropik
22
6) 5 - 1 : Proses pembuangan dianggap sebagai proses pengeluaran
kalor secara isovolume.
Qout = m.Cv (T5 – T1)
2.5 Siklus Aktual Motor Bakar
Dalam kenyataan tiada suatu siklus pun merupakan siklus volume
konstan, siklus tekanan konstan, atau siklus tekanan terbatas. Tetapi boleh
dikatakan antara efisiensi siklus udara dan siklus sebenarnya terdapat
hubungan baik untuk motor bensin maupun motor diesel harga efisiensi
yang lebih tinggi berlaku untuk perbandingan kompresi yang lebih tinggi
dan untuk perbandingan bahan bakar udara yang lebih rendah.
Perlu diketahui motor bakar torak yang sebenarnya tidak
memerlukan kalor yang dimasukkan dari luar tetapi dalam motor bakar
yang sebenarnya, kenaikan temperatur dan tekanan fluida kerja yang
diperlukan itu diperoleh dari pembakaran bahan bakar dan udara di dalam
silinder. Oleh karena itu energi yang dipergunakan dihitung berdasarkan
jumlah energi bahan bakar tersebut. Dengan demikian proses pembakaran
harus sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak
mencapai TMA dan berkahir beberapa derajat sudut engkol sesudah torak
bergerak kembali dari TMA menuju TMB. Jadi, proses pembakaran tidak
berlangsung pada volume atau tekanan konstan. Oleh karena itu diagram P
vs V dari siklus sebenarnya tidak sama dengan bentuk diagram siklus
ideal. Siklus yang sebenarnya tidak pernah merupakan siklus volume-
konstan, siklus tekanan-konstan atau siklus tekanan-terbatas. Gambar 2.6
23
menunjukkan bentuk diagram P vs V dari sebuah motor dua langkah dan
empat langkah sebenarnya.
Gambar 2.6 Diagram pengaturan katup dengan grafik tekanan vs volume
(a) untuk motor empat langkah; (b) untuk motor dua langkah
(Arismunandar. W, 2002 : 31)
2.6 Komponen-komponen Pada Motor Bensin
2.6.1 Komponen Utama
1. Silinder
Silinder blok merupakan tempat piston bergerak, untuk mendapatkan
konduktivitas thermal yang baik, blok silinder dibuat dari bahan yang
memiliki konduktivitas thermal yang tinggi, seperti besi tuang.
2. Piston
Fungsi dari piston yaitu untuk menerima tekanan gas hasil
pembakaran. Gaya-gaya yang bekerja pada torak terdiri atas gaya gas pada
24
puncak torak, maka dari itu torak haruslah tahan terhadap semua gaya dan
bergerak sebaik-baiknya di dalam silinder.
3. Ring Piston
Piston ring fungsinya yaitu untuk menahan kebocoran kompresi dan
untuk mencegah kebocoran pelumas agar tidak ikut terbakar dalam ruang
pembakaran. Agar torak dapat bergerak dengan sebebas-bebasnya,
haruslah ada kelonggaran yang setepat-tepatnya dengan silinder dan
dilumasi dengan baik.
4. Setang Piston (con rod)
Setang piston berguna untuk meneruskan daya yang dihasilkan dari
proses pembakaran bahan bakar. Batang penggerak harus dibuat seringan
mungkin tetapi kaku dan mempunyai kekerasan yang tinggi.
5. Poros Engkol (crankshaft)
Poros engkol berfungsi sebagai penerus daya dari setang piston yang
kemudian diteruskan untuk menggerakkan roda.
2.6.2 Komponen Pendukung
1. Sistem Pemasukan dan Pembuangan
a) Intake Manifold (Saluran Masuk)
Intake manifold mendistribusikan campuran udara-bahan bakar
yang diproses oleh karburator ke silinder-silinder. Intake manifold
dibuat dari panduan alumunium yang dapat memindahkan panas lebih
25
efektif dibandingkan dengan logam lainnya. Intake manifold
didekatkan sedekat mungkin dengan sumber panas yang
memungkinkan udara dan bensin cepat menguap.
b) Exhaust Manifold (Saluran Pembuangan)
Exhaust manifold menampung gas bekas disemua silinder dan
mengalirkan gas tersebut ke pipa buang (Exhaust pipe). Exhaust
manifold diletakkan pada kepala silinder.
2. Sistem Pelumasan
Pada suatu mesin itu terdapat gerakan relatif antara dua benda yang
bersentuhan, terjadilah gesekan antara kedua benda itu. Gesekan atau
(mekanik) tersebut terutama disebabkan oleh permukaan benda yang kasar
tetapi mungkin juga oleh adhesi antara kedua permukaan atau reaksi kimia
yang terjadi pada permukaan itu. Misalnya poros dan bantalannya, antara
torak dengan dinding silinder, antara roda gigi dan sebagainya. Untuk
mengatasi gesekan itu, agar benda yang bersentuhan bisa digerakkan,
maka diperlukan gaya. Karena itu besarnya gesekan harus dibatasi agar
daya mesin tidak banyak yang hilang pada bantalan, roda gigi dan
sebagainya.
Besarnya gesekan dapat dikurangi dengan menggunakan pelumasan
yang berfungsi untuk memisahkan dua permukaan yang bersentuhan.
Akan tetapi di dalam kenyataannya tidak ada gerakan tanpa gesekan
karena itu tidaklah mudah untuk memperoleh pemisah yang sempurna.
Lagi pula gesekan terjadi juga pada permukaan yang dilumasi itu
26
disebabkan karena adanya tegangan geser pada pelumasan itu sendiri.
Secara umum pelumasan itu berfungsi untuk :
1. Mencegah kontak langsung logam dengan logam
2. Mengurangi gesekan, mencegah keausan dan panas
3. Mendinginkan pada bagian-bagian mesin yang bergesekan
4. Mengeluarkan kotoran pada bagian-bagian mesin.
3. Sistem Pendinginan
Dalam proses pembakaran ini akan menghasilkan panas yang sebagian
besar akan dirubah menjadi energi mekanik dan sisanya dikeluarkan
menjadi gas buang dan beberapa sisa lainnya diserap oleh mesin. Di mana
komponen-komponen yang berhubungan dengan panas hasil pembakaran
akan mengalami kenaikan temperatur yang cenderung akan mengubah
sifat dan bentuk dari komponen mesin tersebut. Untuk mencegah maka
diperlukan suatu sistem yaitu pendinginan.
Pada motor ini adalah sistem pendinginan yang digunakan adalah
sistem pendinginan udara. Udara pendingin dialirkan melalui dan
menyelubungi dinding silinder, kepala silinder serta bagian lainnya yang
perlu didinginkan.
4. Sistem Pengapian
Sistem pengapian pada sepeda motor bensin ada dua macam yaitu
sistem pengapian baterai dan sistem pengapian magnet. Kedua sistem ini
27
mempunyai prinsip dan tujuan yang sama, yakni sama-sama memakai arus
listrik dengan tujuan membangkitkan tegangan listrik yang tinggi sehingga
terjadi loncatan bunga api di antara kedua ujung elektroda busi. Biasanya
diperlukan tegangan 10.000-20.000 volt agar terjadi loncatan bunga api
tersebut, namun hal ini tergantung dari jarak antara kedua ujung elektroda
pada busi dan perbandingan bahan bakar-udara.
Perbedaan dari sistem penyalaan baterai dan magnet yaitu pada suplai
arus listrik yang dipakai. Pada sistem baterai sumber arus listrik yang
dipakai dari baterai. Sedangkan sistem penyalaan magnet arus listrik
bersumber dari generator.
Gambar 2.7 Sistem Penyalaan Baterai
(Arismunandar, W, 2002 : 63)
28
Gambar 2.8 Skema sistem magneto tegangan rendah dua kutub
(Arismunandar, W, 2002 : 69)
A. Baterai
Baterai berfungsi untuk menyediakan arus listrik tegangan
rendah untuk dialirkan ke ignition coil.
B. Ignition coil
Ignition coil berfungsi untuk merubah arus tegangan listrik 12
volt yang diterima dari baterai atau generator untuk menghasilkan
tegangan tinggi sehingga dapat meloncatkan bunga api. Tegangan
yang dihasilkan oleh ignition coil 10.000-20.000 volt. Konstruksi
dari ignition coil terdiri dari unit besi yang dikelilingi oleh lilitan
sekunder. Lilitan sekunder ini berkisar 15.000-30.000 lilitan.
Lilitan sekunder dikelilingi oleh lilitan primer yang berkisar antara
150-300 lilitan. Pada lilitan sekunder biasanya menggunakan kawat
lilitan yang lebih halus dari pada lilitan primer.
29
Gambar 2.9 Konstruksi Ignition Coil
(Harsanto, 1984 : 46)
C. Busi
Busi merupakan sebagai alat untuk penyalaan campuran bahan
bakar. Loncatan bunga api pada sebuah busi dihubungkan dengan
sebuah kabel pada terminal yang berada di bagian sebelah atas
busi. Kabel tersebut berhubungan langsung dengan sumber daya
tegangan tinggi.
2.7 Sistem Bahan Bakar
Di dalam motor bakar selalu kita harapkan bahan bakar dan udara
itu sudah bercampur dengan baik sebelum dinyalakan oleh busi. Banyak
cara memperoleh campuran yang baik itu di dalam pasal ini hanya
dibiarkan bagaimana bahan bakar dimasukkan ke dalam arus udara yang
mengalir di dalam saluran hisap sebelum masuk ke dalam silinder.
30
Pompa bahan bakar mengalirkan bahan bakar dari tangki bahan
bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang tersedia di
dalam karburator. Pompa ini terutama dipakai apabila letak tangki lebih
rendah dari pada karburator. Untuk membersihkan bahan bakar dari
kotoran yang dapat mengganggu aliran atau menyumbat saluran bahan
bakar, terutama saluran di dalam karburator dipergunakan saringan.
Sebelum masuk ke dalam silinder, udara mengalir melalui
karburator yang mengatur pemasukan dan pengabutan bahan bakar ke
dalam arus udara sehingga diperoleh perbandingan campuran yang sesuai
dengan keadaan beban dan kecepatan poros engkol. Proses penyampuran
bahan bakar-udara tersebut berlangsung baik di dalam saluran hisap
maupun di dalam silinder sebelum campuran itu terbakar.
Campuran itu harus homogen serta perbandingannya sama untuk
setiap silinder. Campuran yang kaya diperlukan dalam keadaan tanpa
beban dan beban penuh, sedangkan campuran yang miskin dalam keadaan
operasi normal. Disini ada banyak karburator yang dapat dipergunakan,
masing-masing dengan konstruksi yang sesuai dengan tujuan
penggunaannya, sesuai dengan prestasi yang akan mempergunakannya,
serta sesuai dengan selera atau keinginan perancangannya. Pada umumnya
sebuah karburator dilengkapi dengan choke, yaitu sebuah katup udara yang
dipasang di dalam saringan udara dan venturi. Katup udara ditutup, aliran
udara akan berkurang sehingga diperoleh perbandingan campuran bahan
bakar-udara yang lebih kaya. Hal ini terutama diperlukan pada waktu
menghidupkan (start) mesin dalam keadaan dingin. Di samping itu, dalam
31
keadaan tanpa beban dan putaran rendah, yaitu pada waktu katup dalam
keadaan hampir tertutup, besar kemungkinan bahan bakar tidak mengalir
melalui kerongkongan nozel (venturi). Maka karburator perlu dilengkapi
dengan orifis tanpa beban atau nozel tanpa beban serta sekrup pengatur.
Namun demikian, ada cara lain untuk memasukkan bahan bakar ke
dalam arus udara itu. Misalnya dengan menyemprotkan bahan bakar ke
dalam arus udara seperti yang banyak dipergunakan pada mobil balap,
terutama untuk memperoleh daya yang sebesar-besarnya. Karburator
semacam ini dinamai injection carburator.
Gambar 2.10 Skema suatu sistem penyaluran bahan bakar
(Arismunandar, W, 2002 : 73)
32
2.8 Bahan Bakar
Bahan bakar (fuel) adalah material dengan satu jenis energi yang
bisa berubah menjadi energi yang berguna.
2.8.1 Spesifikasi Dasar
1. Nilai Kalor Pembakaran
Nilai kalor adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran
sempurna 1 kilogram atau satu satuan berat bahan bakar padat atau cair
atau satu meter kubik atau satu volume bahan bakar gas, pada keadaan
baku.
Nilai kalor atas “Gross heating valve” atau “higher heating value”
adalah kalor yang dihasilkan oleh pembakaran sempurna satu satuan
berat bahan bakar padat atau cair, atau satu satuan volume bahan bakar
gas, pada tekanan tetap suhu 25 Cº apabila semua air yang mula-mula
berwujud cair setelah pembakaran mengembun menjadi cair kembali.
Nilai kalor bawah atau “Net heating value” atau “lower heating
value” adalah kalor yang besarnya sama dengan nilai kalor atas
dikurangi kalor yang diperlukan oleh cairan yang terkandung dalam
bahan bakar dan air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar
berwujud uap air pada 25 Cº.
2. Berat Jenis (Specific Gravity)
Perbandingan jumlah tertentu suatu zat terhadap berat murni pada
volume dan suhu yang sama dinamakan berat jenis zat. Berat jenis
33
minyak sering juga dinyatakan dalam Baume. Masing-masing skala ini
dapat dinyatakan sebagai fungsi dari berat jenis (g) pada suhu 60 Fº.
Berat jenis bahan bakar gas elpiji sekitar 0,58 g/ml.
3. Flash Poin atau Titik Nyala
Titik nyala adalah suhu terendah di mana uap minyak yang
terdapat di atas cairannya dapat membentuk campuran yang dapat
menyala dengan udara, bila ia terkena percikan api. Titik nyala yang
rendah menyulitkan penyimpanan dan pengangkutan.
4. Viskositas atau Kekentalan
Viskositas adalah kebalikan dari fluidits atau daya alir. Makin
tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir
juga tergantung pada berat jenis.
5. Kandungan Air di dalam Bahan Bakar
Air dalam bahan bakar cair merupakan air eksternal berperan
sebagai pengganggu. Air yang terkandung dalam bahan bakar
menyebabkan penurunan mutu bahan bakar karena :
a. Menurunkan nilai kalor dan memerlukan sejumlah kalor untuk
penguapan
b. Menurunkan titik nyala
c. Memperlambat proses pembakaran dan menambah volume gas
buang.
34
6. Kandungan Abu
Abu yang terkandung dalam bahan bakar padat adalah mineral
yang tidak dapat terbakar yang tertinggal setelah proses pembakaran
dan perubahan atau rekasi-reaksi yang menyertainya selesai. Abu
berperan menurunkan mutu bahan bakar karena menurunkan nilai
kalor.
7. Kandungan Belerang
Belerang atau kadar belerang dalam bensin terbakar menjadi gas
dioksida belerang. Bila gas menyinggung bidang dingin, dioksida
belerang akan berubah menjadi asam sulfat. Asam sulfat ini
menimbulkan karat pada logam yang dikenainya, oleh karena itu suhu
gas buang harus tinggi agar pembentukkan dalam saluran buang dapat
dihindari, kadar belerang dalam bensin harus serendah mungkin.
8. Bau
Bau yang tak enak biasanya ditimbulkan karena senyawa belerang
hidrokarbon atau yang bersifat korosif. Bau yang ditimbulkan pada gas
elpiji yaitu disebabkan karena adanya penambahan zat mercaptane.
Penambahan zat ini tujuannya yaitu untuk memudahkan untuk
mendeteksi kebocoran pada tabung gas.
35
2.8.2 Jenis-jenis Bahan Bakar
1. Bahan Bakar Cair
Bahan bakar cair biasanya dipakai dalam industri, transportasi
maupun rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi
adalah campuran berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam
kelompok senyawa : parafin, naphtena, olefin dan aromatik.
Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam kandungan
hidrogen.
2. Bahan Bakar Gas
Bahan bakar gas (BBG) adalah gas bumi yang telah dimurnikan
dan aman, bersih dan murah. Dipakai sebagai bahan bakar kendaraan
bermotor. Komposisi BBG sebagian besar terdiri dari gas metana dan
etana lebih kurang 90% dan selebihnya gas propana, butana, nitrogen,
karbon dioksida. BBG lebih ringan dari udara dengan berat jenis
sekitar 0.6036 dan mempunyai nilai oktan 120.
3. Bahan Bakar Padat
Ada beberapa jenis bahan bakar padat termasuk batu bara dan kayu
seluruh jenis bahan bakar tersebut dapat terbakar dan dapat
menciptakan api dan panas. Batu bara dibakar dengan kereta uap
untuk memanaskan air sehingga menjadi uap untuk menggerakkan
peralatan dan menyediakan energi. Kayu biasanya digunakan untuk
pemanasan domestik dan industri.
36
Kriteria utama yang harus dipenuhi bahan bakar yang akan
digunakan dalam motor bakar adalah sebagai berikut :
a) Proses pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat
mungkin dan panas yang dihasilkan harus tinggi
b) Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan
atau deposit setelah pembakaran karena akan menyebabkan
kerusakan pada dinding silinder
c) Gas sisa pembakaran harus tidak berbahaya pada saat dilepas ke
atmosfer.
2.8.3 Bahan Bakar Yang Digunakan Dalam Penelitian
2.8.3.1 Premium
Bensin merupakan salah satu hasil penyulingan minyak
bumi yang diberi zat tambahan atau aditif, yaitu Tetra Ethyl Lead
(TEL). Bensin mempunyai rumus empiris Ethyl Benzena (C8H18).
Bensin adalah bahan bakar jenis disilat berwarna kuning
akibat adanya zat berwarna tambahan. Penggunaan bensin pada
umumnya adalah untuk bahan bakar kendaraan bermotor dengan
mesin bensin, seperti; mobil, sepeda motor, dan lain-lain. Bahan
bakar ini juga sering disebut motor gasoline atau petrol dengan
angka oktan adalah 88. Kandungan energi pada bensin sebesar 44.4
MJ/kg dan 34.8 MJ/ℓ. Adapun untuk pembakaran pada bensin
adalah sebagai berikut :
37
2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O
Pada Pembakaran di atas diasumsikan bahwa bensin
terbakar dengan campuran. Komposisi bahan bakar bensin yaitu :
1. Bensin (gasoline) C8H18
2. Berat jenis bensin 0,65 - 0,75
3. Pada suhu 400 bensin menguap 30 - 65%
4. Pada suhu 1000 bensin menguap 80 - 90%.
2.8.3.2 LPG (Liquid Petroleum Gas)
LPG diperoleh dari hidrokarbon yang dihasilkan selama
penyulingan minyak mentah dan dari komponen gas alam.
Komponen LPG didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10).
LPG juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah
kecil, misalnya etana (C2H6) dan petana (C5H12)1. Dalam kondisi
atmosfer, LPG akan berbentuk gas. Volume LPG dalam bentuk
cair akan lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk volume
yang sama. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas
dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan
temperatur, tetapi biasanya sekitar 250 : 1. Tekanan di mana LPG
berbentuk cair dinamakan tekanan uap. Contoh dibutuhkan tekanan
sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 200C (68
0F) agar
mencair, dan sekitar 2.2 Mpa (22 bar) bagi propana murni pada
550C (131
0F).
38
Kandungan energi LPG sebesar 46.23 MJ/kg dan 26 MJ/kg,
dibandingkan dengan bahan bakar bensin dan LPG memiliki
kandungan energi per satuan massa relatif tinggi, tetapi kandungan
energi per satuan volumenya rendah. Volume LPG lebih besar dari
bensin sekitar 15 % sampai dengan 20%.
LPG memiliki nilai oktan 112. Nilai oktan 112
memungkinkan untuk diterapkan pada mesin dengan perbandingan
kompresi yang lebih tinggi sehingga memberikan efisiensi thermal
yang lebih tinggi. Biaya operasional mesin LPG lebih rendah dan
memiliki karakteristik ramah lingkungan. LPG menjadi alternatif
energi yang populer sebagai pengganti bensin.
LPG memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan
bensin. Konsumsi bahan bakar LPG per satuan volume lebih
rendah dari pada bensin. Distribusi gas pada tiap – tiap silinder
lebih merata sehingga percepatan mesin lebih baik dan putaran
stasioner lebih halus. Ruang bakar lebih bersih sehingga umur
mesin meningkat. Kandungan karbon LPG lebih rendah dari pada
bensin atau diesel sehingga menghasilkan yang lebih rendah.
Dari beberapa keunggulan di atas LPG memiliki beberapa
kelemahan, mesin berbahan bakar LPG menghasilkan daya yang
lebih rendah dari mesin bensin. Penurunan daya yang terjadi
sekitar 5% - 10%. Sistem pengapian harus lebih besar sehingga
penyalaan mesin menjadi lebih berat, perlu penyesuaian saat
39
pengapian dan kualitas sistem pengapian. Sistem bahan bakar
harus dibuat lebih kuat dari pada sistem bensin.
Sifat utama LPG adalah sebagai berikut :
1. Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar
2. Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau
menyengat
3. Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam
tangki atau silinder
4. Cairan dapat menguap jika dilepas dan menyebar dengan cepat
5. Gas ini lebih berat dibanding udara sehingga akan banyak
menempati daerah yang rendah.
2.8.3.3 Bahaya LPG
Salah satu resiko penggunaan LPG adalah terjadinya
kebocoran pada tabung atau instalasi LPG sehingga bila terkena api
dapat menyebabkan kebakaran. Pada awalnya LPG tidak berbau,
tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran
pada tabung LPG. Menyadari hal itu LPG diberikan campuran yang
baunya khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna
untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran pada tabung LPG.
Tekanan LPG cukup besar (tekanan uap sekitar 120 psi), sehingga
40
kebocoran LPG akan membentuk LPG secara cepat dan merubah
volumenya menjadi lebih besar.
1. Naptha atau Petroleum eter, biasa digunakan sebagai pelarut
dalam industri
2. Gasolin (bensin), biasa digunakan sebagai bahan bakar
kendaraan bermotor
3. Kerosin (minyak tanah), biasa digunakan sebagai bahan bakar
untuk keperluan rumah tangga. Selain itu kerosin juga
digunakan sebagai bahan baku pembuatan bensin melalui proses
cracking.
2.9 Proses Pembakaran
Proses Pembakaran didefinisikan sebagai kombinasi kimiawi yang
berlangsung secara cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar
pada suhu dan tekanan tertentu.
Proses pembakaran terjadi di dalam silinder dan tidak semua energi
yang dikandung dalam bahan bakar dapat dirubah menjadi energi panas dan
energi panas dapat dibangkitkan dari proses pembakaran bahan bakar yang
juga tidak seluruhnya dapat dimanfaatkan menjadi kerja berguna. Sejumlah
energi yang hilang tersebut diantaranya yaitu disebabkan oleh :
1. Panas yang dibawa gas buang
2. Panas dari bahan bakar yang tak terbakar
41
3. Panas yang terpancar keluar dari ruang bakar.
Fenomena pembakaran yang terjadi selama proses pembakaran
terbagi menjadi dua macam yaitu pembakaran normal dan pembakaran
tidak normal.
Pembakaran normal adalah proses pembakaran di mana terjadi
apabila penyalaan campuran udara bahan bakar diakibatkan oleh percikan
bunga api yang berasal dari busi. Adapun nyala api akan menyebar merata
dalam ruang bakar dengn kecepatan normal ( 25-30m/detik ).
Tekanan gas yang diakibatkan oleh panas pembakaran ini akan
merata dalam ruang bakar. Pembakaran dimulai sebelum piston berada
pada titik mati atas dan akhir sesaat melewati titik mati atas. Suhu ruang
akan mencapai kisaran 2100-2500 k.
Pembakaran tidak normal terjadi karena sebagian campuran bahan
bakar mengalami penyalaan sendiri yang biasanya tidak disebabkan oleh
percikan bunga api dari busi. Hal ini dikarenakan temperatur campuran
bahan bakar udara terlalu tinggi, yang salah satunya disebabkan hasil dari
langkah kompresi hingga mencapai titik nyala, sehingga akan
menyebabkan campuran tersebut akan menyala dengan sendirinya, yang
biasa disebut dengan detonasi.
42
Gambar 2.11 Proses Pencampuran Bahan Bakar-Udara
(Arismunandar, W, 2002 : 82)
Dalam sistem motor bakar, kondisi yang paling baik yaitu apabila
terjadi pembakaran sempurna (stoikiometrik) yaitu semua atom oksigen
yang ada bereaksi dengan unsur-unsur pada bahan bakar. Pembakaran
sempurna yang terjadi secara teratur pada waktu yang sesuai dengan siklus
sehingga dapat menghasilkan unjuk kerja yang sebaik-baiknya tanpa
menimbulkan kerusakan mesin. Pada semua pembakaran sempurna,
nitrogen (N2) merupakan gas terbesar yang terbentuk karena tetap pasif
dan tidak ikut terbakar, demikian pula dengan air. (H2O). Sedangkan
karbon monoksida (CO) terbentuk karena proses disosiasi karbon dioksida
(CO2), terbentuknya gas CO ini mengakibatkan polusi pada gas buang.
Karbon monoksida (CO) akan timbul jika perbandingan antara bahan
bakar dan udara yang terjadi lebih kecil dari bahan bakar stokiometrik.
Apabila lebih besar dari perbandingan bahan bakar stoikiometrik akan
terdapat oksigen dalam akhir pembakaran. Kandungan karbon dioksida,
43
uap air, nitrogen, tertinggi diperoleh pada perbandingan bahan bakar dan
udara yang stoikiometrik. Proses pembakaran yang terjadi tidak
berlangsung sekaligus, tetapi memerlukan waktu. Berdasarkan kenaikan
tekanan yang terjadi pada proses pembakaran, dapat dibedakan menjadi
dua periode, yaitu :
a) Periode penundaan penyalaan, ditandai dengan dimulainya percikan
bunga api pada busi
b) Periode pembakaran intensif, ditandai dengan laju kenaikan tekanan
yang tinggi.
Gambar 2.12 Grafik Tekanan Versus Sudut Engkol
(Arismunandar, W, 2002 : 96)
Pada periode penundaan penyalaan awal pembakaran dimulai sejak
terjadinya loncatan bunga api pada busi yang merangsang molekul-molekul
campuran bahan bakar-udara disekitarnya untuk memulai reaksi kimia yang
menyebabkan terbentuknya perambatan nyala api. Kecepatan merambat
44
nyala api pada periode ini masih rendah karena daerah reaksinya masih
harus dibentuk dengan adanya kerugian kalor yang tinggi ke dinding ruang
bakar, akibatnya kenaikan tekanan yang terjadi masih kecil.
Periode ini tergantung pada :
1. Tekanan awal
2. Turbulensi campuran udara dan bahan bakar
3. Besarnya perbandingan campuran bahan bakar-udara
4. Jenis bahan bakar yang digunakan.
Periode pembakaran intensif terjadi setelah akhir dari periode
penundaan penyalaan yang ditandai dengan laju tekanan yang tinggi.
2.10 Waktu Pembukaan Katup (Valve Timing)
Saat kerja katup adalah saat membuka dan menutupnya katup serta
berapa lama katup tersebut membuka. Tujuan pembukaan awal dan
penutupan yang terlambat adalah untuk meningkatkan kenaikan katup rata-
rata dan untuk mengurangi kecepatan gas dan untuk itu tahanan aliran pada
port hisap dan buang. Pembukaan katup hisap terjadi hanya sesaat sebelum
titik mati atas dan menutup beberapa derajat setelah titik mati bawah.
Katup buang membuka beberapa derajat sebelum titik mati bawah
dan menutup beberapa derajat setelah titik mati atas. Kalau digambarkan
maka akan terjadi waktu di mana baik katup hisap maupun katup buang
dalam keadaan sama-sama membuka. Dengan kenaikan kecepatan mesin,
45
katup hisap menutup terlambat dan katup buang membuka lebih awal.
Gambar 2.13 di bawah ini menunjukkan diagram timing untuk mesin
kecepatan rendah dan mesin kecepatan tinggi.
(a) (b)
Gambar 2.13 Waktu Pembukaan Katup (Valve Timing)
(a) Untuk Mesin Kecepatan Rendah (b) Untuk Mesin Kecepatan Tinggi
(Malev, 1945 :318)
2.11 Parameter Prestasi Mesin
Pada umumya performansi atau prestasi suatu mesin bisa diketahui
dengan membaca dan menganalisa parameter yang ditulis dalam sebuah
laporan atau media lain. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi dan
konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang
menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin.
46
Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang
torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif
penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi
kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan
sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin.
Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan
untuk memperoleh aliran udara dan juga bahan bakar yang tinggi ke dalam
mesin pada kecepatan tersebut. Sementara suatu mesin dioperasikan pada
waktu yang cukup lama, maka konsumsi bahan bakar serta efisiensi
mesinnya menjadi suatu hal yang dirasa sangat penting.
1. Torsi dan Daya
Dinamometer biasanya digunakan untuk mengukur torsi sebuah
mesin. Adapun mesin yang akan diukur torsinya tersebut diletakkan
pada sebuah testbed dan poros keluaran mesin dihubungkan dengan
rotor dinamometer. Prinsip kerja dari sebuah dinamometer dapat
dilihat pada gambar 2.15. Rotor dihubungkan secara elektromagnetik,
hidrolis, atau dengan gesekan mekanis terhadap stator yang ditumpu
oleh bantalan yang mempunyai gesekan kecil. Torsi yang dihasilkan
oleh stator ketika rotor tersebut berputar diukur dengan cara
menyeimbangkan stator dengan alat pemberat, pegas, atau pneumatik.
47
Gambar 2.14 Skema Dari Prinsip Operasi Sebuah Dinamometer
(Heywood, 1988 : 46)
Torsi yang dihasilkan mesin (Heywood, 1988 : 46) :
T = F x b ...................................................................... (2.1)
Adapun daya yang dihasilkan mesin atau diserap oleh dinamometer
adalah hasil perkalian dari torsi dan kecepatan sudut. (Heywood, 1988
: 46)
P = 2π N x T x 10-3
...................................................... (2.2)
Dengan N adalah kecepatan putar dari poros engkol
Dalam satuan SI, yaitu :
T = Torsi (Nm)
P = Daya (kW)
F = Gaya penyeimbang (N)
b = Jarak lengan torsi (m)
N = Putaran kerja (rev/s)
48
Besarnya daya mesin yang diukur seperti yang dideskripsikan di atas
dinamakan dengan brake power. Daya disini adalah daya yang
dihasilkan oleh mesin untuk mengatasi beban, dalam kasus ini adalah
sebuah brake.
2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
Dalam pengujian mesin konsumsi bahan bakar diukur sebagai
aliran massa bahan bakar per unit waktu (mf). Konsumsi bahan bakar
spesifik (specific fuel consumption : SFC) adalah laju aliran bahan
bakar per satuan daya. Pengukuran ini dilakukan untuk mengetahui
bagaimana efisiensi mesin dalam menggunakan bahan bakar untuk
menghasilkan daya (Heywood, 1988 : 51) :
......................... (2.3)
Keterangan :
SFC = Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/hp.jam)
BHP = Daya keluaran mesin (HP)
ρf = Masa jenis campuran bahan bakar bensin (kg/m3)
Vf = Konsumsi bahan bakar selama t detik
t = Interval waktu pengukuran konsumsi bahan bakar
(detik)
Laju konsumsi bahan bakar dapat diperoleh dengan persamaan
sebagai berikut : = ................................................ (2.4)
49
Keterangan :
BFC = konsumsi bahan bakar (L/jam)
ƒ = Laju aliran massa bahan bakar (kg/s)
ρƒ = Massa jenis bahan bakar (kg/m3)
3. Efisiensi
Efisiensi adalah perbandingan antara daya yang dihasilkan per
siklus terhadap jumlah energi yang disuplai per siklus yang dapat
dilepaskan selama pembakaran. Suplai energi yang dapat dilepas
selama pembakaran adalah massa bahan bakar yang disuplai per siklus
dikalikan dengan harga panas dari bahan bakar (QHV). Harga panas
bahan bakar ditentukan dalam sebuah prosedur tes standar dimana
diketahui massa bahan bakar yang terbakar sempurna dengan udara
dan energi dilepas oleh proses pembakaran yang kemudian diserap
dengan kalorimeter. Pengukuran efisiensi ini dinamakan dengan fuel
conversion efficiency ( η f ) (Heywood, 1988 : 52) :
Wc (P nR / N) P
η f = = = ............. (2.5)
mf.QHV (mf.nR / N) QHV mf.QHV
Dalam hal ini mf adalah massa bahan bakar yang dimasukkan per
siklus. Substitusi untuk P/mf berdasarkan persamaan (2.3) didapatkan,
(Heywood, 1988 : 52)
50
1
η f = ..................................................................... (2.6)
sfc.QHV
Dalam efisiensi ini besarnya QHV merupakan harga panas dari bahan
bakar yang digunakan dalam MJ/Kg (Heywood, 1988 : 52). Untuk
LPG QLHV = 44.1 MJ/Kg (Arismunandar, W, 2002 : 169).
2.12 Emisi Gas Buang
Emisi gas buang didefinisikan sebagai gas yang dihasilkan oleh
kendaraan. Gas dari sistem pembuangan (exhaust) merupakan sumber
utama emisi tetapi juga dari evaporasi bahan bakar dan tangki bahan
bakar. Bahan bakar terdiri dari campuran beberapa bahan hidrokarbon
yang secara teoritis jika pembakaran bahan bakar dan udara secara
sempurna, maka yang akan dihasilkan gas karbon dioksida (CO2) dan uap
air (H2O) yang tidak berbahaya terhadap kesehatan manusia maupun
lingkungan. Namun kenyataannya pembakaran sempurna sulit terjadi
sehingga gas yang bersifat racun seperti : CO, NO2, HC dan lain-lain dapat
muncul dari sisa pembakaran.
Udara yang disuplai untuk pembakaran mengandung 79% nitrogen
sehingga dihasilkan polutan NOx. Pada temperatur rendah nitrogen tidak
bereaksi tetapi pada temperatur lebih dari 18000C nitrogen bereaksi
dengan oksigen.
51
Dua sumber utama terjadinya pembakaran tidak sempurna yang
menghasilkan gas CO yaitu temperatur yang lebih rendah di sekitar
dinding silinder dan ketidak-rataan distribusi campuran udara dengan
bahan bakar dalam ruang bakar.
2.12.1 Proses Terbentuknya Gas Buang
Proses terbentuknya gas buang tidak terlepas dari hasil pembakaran
motor bakar. Adapun prosesnya adalah sebagai berikut :
1. Timah Hitam (Pb)
Timah hitam dalam bensin tidak bereaksi dalam proses
pembakaran sehingga setelah pembakaran akan keluar tetap
sebagai timah hitam (Pb).
2. Sulfur Oksida (SOx)
Bahan bakar bensin mengandung unsur belerang (Sulfur = S)
pada saat terjadi pembakaran sulfur akan bereaksi dengan H dan O
untuk membentuk senyawa sulfat dan sulfur oksida.
H + S + O HSO
S + O2 SO2
3. Unburned Hydrocarbon (UHC)
Sumber emisi HC dapat dibagi menjadi dua bagian, sebagai
berikut :
52
a) Bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas
mentah
b) Bahan bakar terpecah karena reaksi panas berubah menjadi
gugusan HC lain yang keluar bersama gas buang.
Sebab utama timbulnya kadar HC yaitu sebagai berikut :
i. Sekitar dinding-dinding ruang bakar bertemperatur
rendah, dimana temperatur itu tidak mampu melakukan
pembakaran
ii. Adanya overlap intake valve (kedua valve sama-sama
terbuka) sehingga merupakan gas pembilas atau
pembersih.
4. Karbon Monoksida (CO)
Karbon monoksida terbentuk karena emisi CO dari kendaraan
dipengaruhi oleh perbandingan campuran antara udara dengan
bahan bakar yang masuk ke ruang bakar. Jadi untuk mengurangi
CO perbandingan campuran ini harus dibuat kurus. Namun, akibat
lain HC dan Nox mudah timbul serta output mesin menjadi
berkurang.
53
5. Oksigen (O2)
Pembakaran yang tidak sempurna di dalam mesin menyisakan
oksigen ke udara. Oksigen yang tersisa ini semakin kecil bilamana
pembakaran yang terjadi semakin sempurna.
6. Nitrogen (N2)
Udara digunakan untuk pembakaran dalam mesin, sebagian
besar terdiri dari inert gas yaitu N2. Pada saat terjadi pembakaran
sebagian kecil N2 hingga keluar dari mesin.
7. Nitrogen Oksida ( NOx )
Oksida-oksida Nitorgen (NOx) biasannya dihasilkan dari
proses pembakaran pada suhu tinggi dari bahan bakar gas. Secara
umum reaksi yang terjadi adalah
N2 + O2 → 2 NO
Kandungan NOx yang tinggi di udara dapat menyebabkan
pencemaran udara dan mengganggu kesehatan. NOx terbentuk dari
reaksi oksigen dengan nitrogen yang terdapat dalam udara ataupun
bahan bakar akibat tingginya suhu pembakaran. Komponen utama
dari NOx adalah nitorgen-oksida (NO), yang dapat dikonversikan
lagi menjadi nitrogen-dioksida (NO2) dan nitrogen-tetraoksida
(N2O4).
54
8. Air (H2O)
Merupakan hasil reaksi pembakaran dalam ruang bakar,
dimana kadar air yang dihasilkan dari mutu bahan bakar. Makin
banyak uap air dalam pipa gas buang mengindikasikan pembakaran
semakin baik. Semakin besar uap air yang dihasilkan pipa knalpot
tetap bersih dan sekaligus menunjukkan mesin bersih dari emisi
yang dihasilkan.
2.12.2 Pengaruh Emisi Gas Buang Terhadap Lingkungan
Secara umum pengaruh emisi gas buang terhadap lingkungan dapat
dikelompokkan menjadi lima kelas yaitu :
1. Pengaruh terhadap kesehatan dan keselamatan manusia
2. Pengaruh terhadap tumbuh-tumbuhan dan binatang
3. Pengaruh terhadap material dan bangunan
4. Pengaruh terhadap gangguan bau dan estetika
5. Pengaruh terhadap ekosistem (atmosfer, tanah dan air).
Pengaruh racun dari emisi gas buang terhadap kesehatan
manusia adalah sebagai berikut :
A. Gas Karbon Monoksida (CO)
Menyebabkan gejala kekurangan oksigen, sesak nafas dan
mengurangi daya ingat.
55
B. Gas Hidrokarbon (HC)
Merusak jaringan lemak dan mengganggu fungsi hati.
C. Timbal atau Timah Hitam (Pb)
Menurunkan tingkat kecerdasan, melumpuhkan sistem syaraf,
merusak otak, mengganggu fungsi usus kecil dan mengganggu
pembentukkan tulang.
D. Gas Oksida Nitrogen (NOx)
Mengganggu hemoglobin dalam darah yang membuat orang lemas
atau bahkan meninggal dan mengganggu organ paru-paru.
E. Gas Sulfur Oksida (SOx)
Mengakibartkan bronkhitis (sakit pernafasan kronis) dan
melumpuhkan sistem pernafasan.
F. Partikulat
Menyebabkan kanker, mengganggu saluran pernafasan dan
merusak metabolisme tubuh.
2.12.3 Penanggulangan Pencemaran Udara
Untuk mencegah atau mengurangi besarnya polusi yang dikandung
oleh gas buang kendaraan bermotor, khususnya CO, HC, dan NOx dapat
dilakukan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Perawatan Kendaraan
56
Dengan tune-up secara rutin dapat mengurangi emisi gas buang
kendaraan bermotor. Tune-up adalah penyetelan kendaraan seperti
semula sesuai dengan spesifikasi dan standarisasi pabrik sehingga
kendaraan dapat berjalan normal dengan daya yang maksimal.
2. Mempertinggi Putaran Mesin
Dengan mempertinggi putaran mesin, maka pengabutan bahan
bakar menjadi lebih baik, yang berarti distribusi setiap silinder menjdi
lebih baik menyebabkan kondisi pembakarannya menjadi sempurna
serta kadar HC pun menjadi lebih sedikit tetapi karena temperatur
pembakaran tinggi maka kadar NOx akan bertambah.
3. Pemakaian Campuran Kurus
Hubungan antara campuran dengan kadar CO, HC, NOx dari gas
buang yang mana konsentrasi emisi CO dan HC menurun pada saat
NOx meningkat seiring dengan campuran kurus (campuran antara
bahan bakar dan udara tetapi udaranya lebih banyak) dan sebaliknya.
Ketiga hal tersebut sangat sulit dikurangi pada waktu yang bersamaan,
dikarenakan saling berkaitan.
4. Memperlambat Saat Pembakaran
Saat pembakaran bila diperlambat dikondisi pertamanya, maka
hasil HC, NOx akan berkurang. HC menurun karena dengan
memperlambat timing pengapian temperatur pembuangan menjadi
tinggi yang menjadikan HC terbakar lebih baik lagi pada sistem
57
pembuangan. NOx berkurang karena dengan memperlambat timing
pengapian menjadikan kecepatan pembakaran berkurang dan
temperatur lebih rendah.
5. Memperbesar Engine Load.
Dengan memperbesar engine load, temperatur pembakaran akan
menjadi lebih tinggi menyebabkan NOx bertambah. Pada keadaan ini
pembakaran menjadi lebih baik, HC menjadi turun tetapi biasanya
beban naik dipakai (campuran bahan bakar di udara tetapi bahan
bakarnya banyak) yang menyebabkan kadar HC menurun relatif lebih
kecil.