BAB II

DASAR TEORI

2.1. Landasan Teori

Hasil campuran premium ditambah dengan octane booster hasilnya lebih baik

dari pertamax plus, baik dari segi harga maupun octane value. Octane booster

pada prinsipnya menaikkan nilai oktan, sehingga derajat pengapian bisa

ditingkatkan, meminimalkan knocking, menjadikan pembakaran sempurna, dan

tenaga otomatis akan bertambah. Kita bisa membeli bensin yang bersubsidi,

premium dengan oktan 88 kemudian ditambahkan aditif octane booster maka

angka oktan akan naik menjadi 92-94. Pada saat ini pemerintah mulai ancang-

ancang untuk mempertimbangkan, me-regulate produk octane booster dengan

harapan bisa melindungi BBM bersubsidi agar tepat sasaran karena kebanyakan

octane booster yang dipasarkan saat ini bisa mendongkrak nilai oktan bbm

bersubsidi. Walaupun demikian pemerintah masih harus banyak berhittung

terutama terkait dengan perlunya dukungan infratruktur termasuk alat uji dan

pertimbangan banyak pihak yang terlibat seperti asosiasi dan stake holder lain.

(http://forum.d0ki.com/viewtopic.php)

Beberapa pabrikan pembuat aditif mengembangkan senyawa khusus untuk

meningkatkan oktan bahan bakar yang disebut dengan octane booster. Produk ini

dapat meningkatkan kadar oktan antara 3-5 poin. Meski begitu, pemilik

kendaraan harus teliti dalam memilih produk octane booster ini. Harga produk

octane booster dipasaran berada pada kisaran Rp.30.000,00-Rp.100.000,00. Cara

pemakaian produk ini jika mengacu pada rekomendasi pembuatnya adalah satu

botol dicampur dengan 40-60 liter bensin, semakin pekat campuran pengaruhnya

tentu akan lebih baik terhadap peningkatan kadar oktan

( http://www.pikiran-rakyat.com/cetak/1204/31/otokir/jama2.htl )

Penambahan aditif petrol Quasar P2 pada premium dapat meningkatkan

pembakaran bahan bakar dikarenakan zat aditif bekerja dengan menggunakan

metode pengionan petrol dan ikatan hydrogen yang menjadikan atom menjadi

kecil. Hal tersebut berfungsi untuk meratakan molekul bensin dan menjadi

seimbang sehingga terjadi pengurangan emisi gas buang yang berupa Karbon

monoksida (CO) dan Hidrokarbon (HC), serta dapat meningkatkan daya sebesar

20 %, penghematan bahan bakar sebesar 15 %.

( http:// Surya. Bpn @ telkom. Net)

Joko Supriyanto (Mahasiswa UMY, 2006) telah melakukan penelitian dengan

mengunakan zat aditif merek STP Diesel Fuel Treatment & Injector Cleaner pada

mesin diesel 4 langkah merek Dongfeng tipe R174A. Hasil penelitian

menunjukkan penambahan zat aditif pada solar dapat berpengaruh terhadap unjuk

kerja mesin yaitu torsi naik 19,99 %, daya naik 30,09 %, tekanan efektif rata-rata

naik 20,03 %, konsumsi bahan bakar spesifik turun 30,59 %, dan efisiensi thermis

naik sebesar 45,6 %.

2.1.1. Prinsip Dasar Motor Bensin

Secara umum pengertian motor bakar diartikan sebagai pesawat yang dapat

mengubah suatu bentuk energi thermal menjadi bentuk energi mekanik. Motor

bakar dapat pula diartikan sebagai pesawat dan energi kerja mekaniknya

diperoleh dari pembakaran bahan bakar dalam pesawat itu sendiri. Oleh karena

itu, motor bakar yang pembakarannya terjadi di dalam pesawat itu sendiri disebut

pesawat tenaga dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).

Pada mulanya perkembangan motor bakar torak dengan motor bakar bensin

ditemukan oleh Nichollus Otto pada tahun 1876. Karena bentuknya kecil dan

tenaganya besar juga mudah dihidupkan dan sangat praktis, maka memberikan

kemungkinan untuk dapat mempergunakan motor tersebut diberbagai lapangan

kerja dengan aneka macam ragamnya.

Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah

satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada

motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke

batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol

nantinya akan diubah menjadi gesekan putar.

Motor bakar terbagi menjadi 2 (dua) jenis utama, yaitu motor diesel dan motor

bensin. Perbedaan umum terletak pada sistem penyalaan. Penyalaan pada motor

bensin dinyalakan oleh loncatan bunga api listrik yang dipercikan oleh busi atau

juga sering disebut juga spark ignition engine. Sedangkan pada motor diesel

penyalaan terjadi karena kompresi yang tinggi di dalam silinder kemudian bahan

bakar disemprotkan oleh nozzle atau juga sering disebut juga Compression

Ignition Engine.

2.1.2. Klasifikasi Motor Bakar

Motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi 2 (dua) macam. Adapun

pengklasifikasian motor bakar adalah sebagai berikut:

a. Berdasar Sistem Pembakarannya

a). Mesin bakar dalam

Pada mesin pembakaran dalam fluida kerja yang dihasilkan pada

mesin itu sendiri, sehingga gas hasil pembakaran yang terjadi

sekaligus berfungsi sebagai fluida.

Contoh : mesin pembakaran dalam yaitu motor bakar torak

misalnya motor 2 tak dan motor 4 tak.

b). Mesin bakar luar

Pada mesin pembakaran luar fluida kerja yang dihasilkan

terdapat di luar mesin tersebut. Energi thermal dan gas hasil

pembakaran dipindahkan ke dalam mesin melalui beberapa

dinding pemisah.

Hal-hal yang dimiliki pada mesin pembakaran luar yaitu :

a. Dapat memakai semua bentuk bahan bakar.

b. Dapat memakai bahan bakar bermutu rendah.

c. Cocok untuk melayani beban-beban besar dalam satu

poros.

d. Lebih cocok dipakai untuk daya tinggi.

Contoh : mesin pembakaran luar yaitu pesawat tenaga uap,

pelaksanaan pembakaran bahan bakar dilakukan

diluar mesin.

b. Berdasar Sistem Penyalaan

a). Motor bensin

Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor

tersebut dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi

menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar

campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung

disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan

udara ini menghasilkan daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal)

pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada

volume konstanta.

b). Motor diesel

Motor diesel adalah motor bakar torak yang berbeda dengan

motor bensin. Proses penyalaannya bukan menggunakan

loncatan bunga api listrik. Pada waktu torak hampir mencapai

titik TMA bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar.

Terjadilah pembakaran pada ruang bakar pada saat udara udara

dalam silinder sudah bertemperatur tinggi. Persyaratan ini dapat

terpenuhi apabila perbandingan kompresi yang digunakan cukup

tinggi, yaitu berkisar 12-25. (Wiranto Arismunandar, 1988: 89)

2.2. Siklus Termodinamika

Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus

termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan

pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara.

Idealisasi proses tersebut sebagai berikut :

a. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses.

b. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada

udara.

c. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi

perpindahan panas antara gas dan dinding silinder.

d. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung.

e. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan

motor 4 (empat) langkah.

Gambar 2. 1. Diagram P-V dan T-S siklus otto(Cengel & Boles, 1994 : 451)

2.3. Siklus Otto (Siklus udara volume konstan)

Pada siklus otto atau siklus volume konstan proses pembakaran terjadi pada

volume konstan, sedangkan siklus otto tersebut ada yang berlangsung dengan 4

(empat) langkah atau 2 (dua) langkah. Untuk mesin 4 (empat) langkah siklus kerja

terjadi dengan 4 (empat) langkah piston atau 2 (dua) poros engkol. Adapun

langkah dalam siklus otto yaitu gerakan piston dari titik puncak (TMA=titik mati

atas) ke posisi bawah (TMB=titik mati bawah) dalam silinder.

Gambar 2. 2. Diagram P-V dan T-S siklus otto(Cengel & Boles, 1994 : 458)

Proses siklus otto sebagai berikut :

Proses 1-2 : proses kompresi isentropic (adiabatic reversible) dimana piston

bergerak menuju (TMA=titik mati atas) mengkompresikan udara

sampai volume clearance sehingga tekanan dan temperatur udara

naik.

Proses 2-3 : pemasukan kalor konstan, piston sesaat pada (TMA=titik mati atas)

bersamaan kalor suplai dari sekelilingnya serta tekanan dan

temperatur meningkat hingga nilai maksimum dalam siklus.

Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong

piston turun menuju (TMB=titik mati bawah), energi dilepaskan

disekeliling berupa internal energi.

Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston sesaat pada

(TMB=titik mati bawah) dengan mentransfer kalor ke sekeliling

dan kembali mlangkah pada titik awal.

2.4. Prinsip Kerja Motor Bakar Torak

Berdasarkan prinsipnya, terdapat 2 (dua) prinsip pada motor bakar torak,

yaitu: 4 (empat) langkah dan 2 (dua) langkah. Adapun prinsip kerja motor bakar

4 (empat) langkah dan 2 (dua) langkah adalah sebagai berikut:

a. Prinsip Kerja Motor Bakar 4 (empat) Langkah

Pengertian yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah

adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4

(empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol.

Dengan anggapan bahwa katup masuk dan katup buang terbuka tepat

pada waktu piston berada pada TMA dan TMB, maka siklus motor 4

(empat) langkah dapat diterangkan sebagai berikut :

a). Langkah Hisap

Piston bergerak dari TMA ke TMB. Pada ruangan di atas piston

terjadi pembesaran volume yang menyebabkan tekanan menjadi

kurang. Tekanan kurang tersebut mengakibatkan terjadinya

hisapan terhadap campuran udara bahan bakar dari karburator.

Keadaan katup masuk terbuka dan katup buang tertutup.

b). Langkah Kompresi

Piston bergerak dari TMB ke TMA mengadakan kompresi

terhadap campuran udara bahan bakar yang baru masuk pada

langkah pengisian. Tekanan dan temperatur menjadi naik

sedemikian rupa sehingga campuran bahan bakar udara berada

dalam keadaan yang mudah sekali untuk terbakar. Sebelum

langkah kompresi berakhir maka busi mengadakan pembakaran

kedua katup tertutup.

c). Langkah Usaha

Akibat adanya pembakaran maka pada ruang bakar terjadi panas

dan pemuaian yang tiba-tiba. Pemuaian tersebut mendorong

piston untuk bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih

dalam keadaan tertutup rapat sehingga seluruh tenaga panas

mendorong piston untuk bergerak.

d). Langkah Buang

Pada langkah buang ini katup masuk tertutup sedangkan katup

buang terbuka. Piston bergerak dari TMB menuju TMA

mendesak gas sisi pembakaran keluar melalui katup buang dan

saluran buang (exhaust manifold) menuju atmosfer.

Gambar 2. 3. Prinsip kerja motor 4 (empat) langkah (Wiranto Arismunandar, 2002 : 8)

b. Motor Bensin 2 (dua) Langkah

Pada motor bensin 2 (dua) langkah, setiap siklus terdiri dari 2

(dua) langkah piston atau 1 (satu) kali putaran poros engkol. Proses

yang terjadi pada motor 4 (empat) langkah, juga terjadi 1 (satu)

langkah penuh. Langkah-langkah tersebut adalah:

a). Langkah Naik

Piston bergerak dari TMB ke TMA. Beberapa saat sebelum

piston sampai di TMB, gas bekas hasil pembakaran sudah mulai

dikeluarkan dan campuran udara bahan bakar barupun sudah

mulai dimasukkan. Langkah ini merupakan langkah kompresi.

Pada waktu piston hampir mencapai TMA busi mengadakan

pembakaran.

b). Langkah Turun

Dengan adanya pembakaran pada akhir langkah naik maka

menyebabkan terjadi nya panas dan pemuaian yang tiba-tiba.

Piston bergerak dari TMA ke TMB. Sebelum piston mencapai

TMB maka lubang buang sedah terbuka. Lubang masukpun

kemudian terbuka pula, gas baru masuk dan sekaligus mendorong

gas bekas keluar.

Suatu hal yang sangat penting pada motor 2 (dua) langkah ialah

adanya lubang-lubang masuk dan buang sebagai pengganti katup.

Piston yang bergerak dari TMB ke TMA dan sebaliknya menutup dan

membuka lubang-lubang tersebut. Jadi motor 2 (dua) langkah

umumnya tidak mempunyai katup masuk dan katup buang.

Kelemahan yang paling menonjol pada motor 2 (dua) langkah

yaitu sangat singkatnya waktu yang tersedia untuk pemasukkan dan

pembuangan gas bekas. Akibatnya bahan bakar baru ada yang

tercampur dengan gas bekas atau sudah terbuang keluar bersama gas

bekas sebelum sempat terbakar. Tapi kelemahan ini telah diusahakan

memperkecilnya dengan membuat bermacam sistem pembilasan. Pada

motor bensin 2 (dua) langkah, karena pemasukan dan pengeluaran gas

baru dan gas bekas tidak diatur oleh klep maka terdapat beberapa

kelemahan, yaitu :

a). Dengan adanya lubang transfer dari lubang buang maka

kompresi tidak dimulai dari TMB. Kerugian ini tidak sama

pada masing-masing motor, berkisar antara 20-45%. Berarti

lubang buang baru tertutup pada waktu piston sudah bergerak

ada kalanya 800 putaran sesudah TMB.

b). Terlalu sedikit waktu untuk pemasukan gas baru dan

pembuangan gas bekas sehingga besar kemungkinan

sebagian gas bekas, tidak sempat keluar dan sebaliknya ada

juga gas baru yang sudah keluar sebelum terbakar.

Gambar 2. 4. Prinsip kerja motor 2 (dua) langkah

(Arends BPM; H Berenschot, 1980)

2.5. Proses Pembakaran

Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi

persenyawaan bahan bakar oksigen (O2) sebagai oksidan dengan temperaturnya

lebih besar dari titik nyala. Mekanisme pembakarannya sangat dipengaruhi oleh

keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom-atom dari komponen

yang dapat bereaksi dengan oksigen yang dapat membentuk produk yang berupa

gas. (Sharma, S.P, 1978, hal. 65).

Untuk memperoleh daya maksimum dari suatu operasi hendaknya komposisi

gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal

mungkin, sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak

dan mengurangi terjadinya detonasi. Komposisi bahan bakar dan udara dalam

silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap

performance mesin dan emisi gas buang.

Sebagaimana telah kita ketahui sebagai bahan bakar motor bensin terutama

yang mengandung unsur-unsur karbon dan hidrogen yang dikenal dengan 3 (tiga)

teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut.

a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon

bergabung dengan oksigen.

b. Karbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.

c. Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan

membentuk senyawa (hidrolisasi) yang kemudian dipecah secara terbakar.

Dalam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran yang

digambarkan dalam sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan

perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik tingkatan pembakaran :

Gambar 2.5. Tingkat pembakaran dalam sebuah mesin(Maleev.V.L, 1995 : 160)

Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat

tingkat atau periode yang terpisah. Periode-periode tersebut adalah :

1. Keterlambatan pembakaran (Delay Periode)

Periode pertama dimulai dari titik 1 yaitu mulai disemprotkannya

bahan bakar sampai masuk kedalam silinder, dan berakhir pada titik 2.

perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini

berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan melebihi kompresi udara yang

dihasilkan oleh torak. Dan bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel.

2. Pembakaran cepat

Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar, yang

dipecah halus dan sebagian menguap kemudian siap untuk dilakukan

pembakaran. Ketika bahan bakar dinyalakan yaitu pada titik 2, akan menyala

dengan cepat yang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada

titik 3 tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. yang

membentuk tingkat kedua.

3. Pembakaran Terkendali

Setelah titik 3, bahan bakar yang belum terbakar dan bahan bakar yang

masih tetap disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan yang

tergantung pada kecepatan penginjeksian serta jumlah distribusi oksigen yang

masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah yang disebut dengan periode

terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit yang akan

berakhir pada titik 4 dengan berhentinya injeksi. Selama tingkat ini tekanan

dapat naik, konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol

sudut c, dimana sudut c tergantung pada beban yang dibawa beban mesin,

semakain besar bebannya semakin besar c.

4. Pembakaran pasca (after burning)

Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan

akhirnya terbakar. Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram,

dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunnya tekanan meskipun

panas panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.

Dalam pembakaran hidrokarbon yang biasa tidak akan terjadi gejala apabila

memungkinkan untuk proses hidrolisasi. Hal ini hanya akan terjadi bila

pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunyai waktu

yang cukup sehingga memungkinkan masuknya oksigen ke dalam molekul

hidrokarbon.

Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka terjadi

proses cracking dimana pada nyala akan timbul asap. Pembakaran semacam ini

disebut pembakaran tidak sempurna. Ada 2 (dua) kemungkinan yang terjadi pada

pembakaran mesin berbensin, yaitu:

a. Pembakaran normal (sempurna), dimana bahan bakar dapat terbakar

seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Mekanisme

pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya

loncatan api busi. Selanjutnya api membakar gas yang berada

disekelilingnya dan menjalar ke seluruh bagian sampai semua partikel gas

terbakar habis.

b. Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), dimana sebagian bahan bakar

tidak ikut terbakar atau tidak terbakar bersama-sama pada saat dan keadaan

yang dikehendaki. Pada pembakaran tidak sempurna terjadi 2 (dua)

peristiwa, yaitu knocking (ketukan) dan pre-ignition.

2.6. Detonasi Pada Motor Bensin

Dalam keadaan tertentu maka pembakaran dalam silinder motor dapat terjadi

kenaikan yang sangat cepat dan kuat sehingga diluar terdengar suara ”knocking”.

Kejadian inilah yang biasa disebut denga detonasi akibat gelombang detonasi

yang ada dalam silinder, hingga didalamnya naik lebih cepat hingga 40 kg/cm tiap

0,001 detik.

Detonasi ini dapat terjadi pada semua jenis motor bakar. Sifatnya sangat

merugikan, karena:

a. Mengurangi rendemen motor, sebab lebih banyak panas yang diserahkan

pada dinding silinder dari pada yang diubah menjadi usaha.

b. Mengakibatkan retak pada torak, batang dan komponen yang lain.

c. Mengakibatkan pembakaran yang terlampau pagi.

Pada motor bensin terdapat 2 (dua) macam detonasi :

a. Detonasi karena campuran bahan bakar sudah menyala sebelum busi

mengeluarkan bunga api. Hal ini disebabkan karena kotoran-kotoran yang

tertimbun dan menyala terus menerus. Jadi untuk menghilangkan detonasi,

motor bensin perlu dibersihkan secara rutin, perbaikan pada sisitem

pendingin.

b. Detonasi yang timbul karena kecepatan pembakaran bahan bakar disekitar

busi, termampat olehnya sehingga terbakar dengan sendirinya meskipun

pembakaran didahului oleh nyala api busi, tetapi untuk pembakaran yang

sempurna dibutuhkan gerakan nyala api yang teratur dimulai dari busi.

2.7. Bahan Bakar

Bahan bakar (fuel) adalah segala sesuatu yang dapat di bakar misalnya kertas,

kain, batu bara, minyak tanah, bensin dsb. Untuk melalukan pembakaran

diperlukan 3 (tiga) unsur, yaitu:

a. Bahan bakar

b. Udara

c. Suhu untuk memulai pembakaran

Panas atau kalor yang timbul karena pembakaran bahan bakar tersebut disebut

hasil pembakaran atau nilai kalor (heating value).

Ada 3 (tiga) jenis bahan bakar, yaitu:

a. Bahan bakar padat

b. Bahan bakar cair

c. Bahan bakar gas

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. Bahan Bakar Bensin (Premium)

Premium berasal dari bensin yang merupakan salah satu fraksi dari

penyulingan minyak bumi yang diberi zat tambahan atau aditif, yaitu Tetra Ethyl

Lead (TEL). Premuim mempunyai rumus empiris Ethyl Benzena (C8H18).

Premium adalah bahan bakar jenis disilat berwarna kuning akibat adanya zat

berwarna tambahan. Penggunaan premium pada umumnya adalah untuk bahan

bakar kendaraan bermotor bermesin bensin, seperti mobil, sepeda motor, dll.

Bahan bakar ini juga sering disebut motor gasoline atau petrol dengan angka

oktan adalah 88, dan mempunyai titik didih 300C-2000C. Adapun rumus kimia

untuk pembakaran pada bensin premium adalah sebagai berikut:

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Pembakaran di atas diasumsikan semua bensin terbakar dengan sempurna.

Komposisi bahan bakar bensin, yaitu:

a. Bensin (gasoline) C8H18

b. Berat jenis bensin 0,65-0,75

c. Pada suhu 400 bensin menguap 30-65%

d. Pada suhu 1000 bensin menguap 80-90%

(Sumber: Encyclopedia Of Chemical Technologi, Third Edition, 1981: 399)

2.9. Angka Oktan

Angka Oktan adalah suatu bilangan yang menunjukkan sifat anti ketukan

(denotasi). Dengan kata lain, makin tinggi angka oktan maka semakin berkurang

kemungkinan untuk terjadinya denotasi (knocking). Dengan berkurangnya

intensitas untuk berdenotasi, maka campuran bahan bakar dan udara yang

dikompresikan oleh torak menjadi lebih baik sehingga tenaga motor akan lebih

besar dan pemakaian bahan bakar menjadi lebih hemat.

Cara menentukan angka oktan bahan bakar ialah dengan mengadakan suatu

perbandingan bahan bakar tertentu dengan bahan bakar standar. Yaitu dengan

menggunakan mesin CFR (Coordination Fuel Research). Mesin CFR merupakan

sebuah mesin silinder tunggal dengan perbandingan kompresi yang dapat diukur

dari sekitar 4:1 sampai dengan 14:1. Terdapat dua metode dasar yang umum

digunakan yaitu research method mengunakan mesin motor CFR F-1, yang

hasilnya disebut dengan Research Octane Number (RON) dan motor method yang

menggunakan mesin motor CFR F-2 dimana hasilnya disebut dengan Motor

Octane Number (MON). Research method menghasilkan gejala ketukan lebih

rendah dibandingkan motor research.

Besar angka oktan bahan bakar tergantung pada presentase iso-oktana (C7H18)

dan normal heptana (C7H16) yang terkandung didalamnya. Sebagai pembanding,

bahan bakar yang sangat mudah berdenotasi adalah normal heptana (C7H16)

sedang yang sukar berdenotasi adalah iso-oktana (C7H18).

Bensin yang cenderung kearah sifat normal heptana disebut bensin dengan

nilai oktan rendah (angka oktan rendah) karena mudah berdenotasi, sebaliknya

bahan bakar yang lebih cenderung kearah sifat iso-oktana dikatakan bensin

dengan nilai oktan tinggi atau lebih sukar berdenotasi. Misalnya suatu bensin

mempunyai angka oktan 90 akan lebih sukar berdenotasi daripada bensin

beroktan 70. Jadi kecenderungan bensin untuk berdenotasi dinilai dari angka

oktannya. Iso-oktana murni diberi indeks 100, sedangkan normal heptana murni

diberi indeks 0. Dengan demikian jika suatu bensin memiliki angka oktan 90

berarti bensin tersebut cenderung berdenotasi sama dengan campuran yang terdiri

atas 90% volume iso-oktana dan 10% volume normal heptana. Nilai oktan yang

harus dimiliki oleh bahan bakar ditampilkan dalam tabel 2.1. berikut :

Tabel 2.1. Nilai Oktan Gasolin Indonesia

No Jenis Angka Oktan Minimum

1 Premium 88 88 RON

2 Pertamax 94 RON

3 Pertamax Plus 95 RON

4 Bensol 98 RON

2.10. Aditif Octane Booster

Aditif octane booster merupakan suatu komponen dari senyawa yang

digunakan untuk meningkatkan angka oktan dari bahan bakar sekaligus sebagai

komponen anti-ketuk. Komponen yang digunakan untuk anti-ketuk saat ini adalah

Tetra Ethyl Led (TEL), Pb(C2H5)4. Berdasarkan hasil riset senyawa TEL ini

pertama-tama, terurai pada temperature sekitar 1000C dengan bantuan panas dari

ruang bakar melalui reaksi sebagai berikut :

Pb (C2H5)4 Pb (C2H5)3 + C2H5

Pb (C2H5)3 + Pb (C2H5)4 Pb2 (C2H5)4 + C2H5

Pb2 (C2H5)6 Pb (C2H5)4 + Pb (C2H5)2

Pb (C2H5)2 Pb + C2H10

Reaksi radikal etil dengan TEL dapat menghasilkan alkana, alkena, hidrogen,

dan juga radikal Pb-trietil. Yang bertindak sebagai bahan anti-ketuk adalah Pb-

oksida, dimana Pb-oksida ini berada dalam bentuk radikal-radikal yang tersebar

dalam ruang bakar dan sebagian akan melekat pada dinding silinder membentuk

endapan, dan sebagian lagi akan melekat ke atmosfer bersama-sama dengan gas

sisa pembakaran. Pb-oksida yang dibebaskan ke atmosfer inilah yang sangat

berbahaya bagi lingkungan. Sehingga perlu dicarikan bahan pengganti TEL

sebagai aditif octane booster.

(Sumber : http: //puslit petra ac.id./journalist/mechanical)

Berikut adalah bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan zat aditif :

Tabel 2.2. Zat tambahan bahan bakar premium

Zat tambahan Tipe / bahan dasar FungsiPencegah oksidasi

Pencegah karat

Metal deactivators

Deterjen

Deposite control aditif

Penambahan campuran

Komponenanti-knocking

Amines dan pnenols

Carboxylic acids danCarboxylates

Chelating agents

Amines andamine carboxilates

Polybutene aminesPolyether amines

Ethanol, Methanol, tertiaryButyl alcohol, methyl tertiary etherLead alkykl,

Organo manganeseCompounds

Meminimalkan penumpukan kotoran dalam filter danInjektor

Mencegah karat pada pipaSaluran bahan bakar

Mencegah pembentukanlendir (gum)

Mencegah pembentukan kerak dan membersihkan kerak yang terdapat pada karburator

Membersihkan kerak yang terjadi karena pengaruh temperatur tinggi yang terdapat pada injektor

Menaikkan angka oktan, alternatif bahan bakar lain, dan penghemat bahan bakar

Meningkatkan angka oktan

2.11. Prestone Octane Booster

Prestone Octane Booster direkomendasikan oleh Prestone Products

comparation made in U.S.A. yang berisi 473 ml zat aditif, cara penggunaanya

yaitu dapat dicampur dengan bahan bakar sebanyak 16 galon atau sekitar 60 liter

gasoline. Berdasarkan rekomendasi pabrik, dengan penggunaan zat aditif merek

Prestone Octane Booster dapat berfungsi untuk membersihkan mesin dan

memberikan tenaga, menghemat BBM, juga dapat mengurangi kadar emisi gas

buang. Berikut adalah komposisi yang terkandung dalam Prestone Octane

Booster yaitu :

- Pretoleum distillates (destilasi minyak tanah) : berfungsi untuk

mencegah terjadinya korosi, menghilangkan kerak, dan mencegah

pembekuan kristal wax.

- Trimethyl benzene : berfungsi untuk meningkatkan angka oktan dan

menghemat bahan bakar.

- Methyl Cyclop antadienyl manganese tricarbonyl : berfungsi untuk

menaikkan angka oktan.

- Proprietary additivies adalah bahan dasar lain yang terkandung dalam

aditif seperti yang telah terlampir pada table 2.2.diatas.

Gambar 2. 6. Prestone Octane Booster

2.12. Parameter Prestasi Mesin.

Performance atau prestasi mesin bisa diketahui dengan membaca dan

menganalisis parameter yang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain, yang

berfungsi untuk mengetahui daya, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik, tekanan

efektif rata-rata, dan efisiensi dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi

pedoman praktis prestasi sebuah mesin.

Parameter prestasi mesin dapat dilihat dari berbagai hal diantara yang terdapat

dalam diagram sebagai berikut :

Gambar 2. 5. Diagram Alir Prestasi Mesin

Parameter Prestasi Mesin

Torsi

Daya

Laju Konsumsi Bahan Bakar

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Efisiensi Bahan Bakar

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 kedalam 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. (Heywood, 1988 : 823)

2.13. Untuk Kerja Motor Bakar

Pada motor bakar torak, Daya yang berguna adalah daya poros dan daya poros

itulah yang mengerakkan beban. Daya poros itu sendiri dibangkitkan oleh daya

indikator yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakkan torak.

Daya yang berputar ditimbulkan oleh bahan bakar yang dibakar dalam silinder

yang selanjutnya torak akan mengerakkan semua mekanisme pada motor bakar.

Unjuk kerja motor bakar tergantung dari daya yang dapat ditimbulkan.

Unjuk kerja pembakaran ini biasanya dinyatakan dalam daya kuda (PS) atau

kW per satuan isi langkah.

Isi langkah Vi = penampang silinder x langkah (m3)

Efisiensi volumetric ηv = jumlah udara dihisap dalam satu siklus :

Jumlah udara yang diisikan dalam silinder Vi pada kondisi atmosfer.

Jumlah udara = 1,293 x x x Vi (kg)

Dari perumusan diatas dapat dilihat jika suhu lebih rendah, maka tekanan

udara yang masuk lebih besar dan jumlah udara yang akan dihisap juga lebih

besar. Sehingga akan dihasilkan daya yang lebih besar karena sejumlah bahan

bakar akan dapat terbakar dengan baik. (Soenarta & Furuhama, 1995)

2.14. Besaran Ukuran Dalam Motor Bakar.

a. Volume Silinder

Volume silinder antara TMA dan TMB disebut volume langkah torak

(V1). Sedangkan volume silinder antara TMA dan kepala silinder (tutup

silinder) disebut volume sisa (Vs). Volume total (Vt) ialah isi ruang antara

torak ketika ia berada di TMB sampai tutup silinder.

Vt = V1 + Vs...............................................(1)

Volume langkah mempunyai satuan yang tergantung pada satuan

silinder (D) dan panjang langkah torak (L) biasanya mempunyai satuan

centimeter cubic (cc) atau cubic inch (cu.in).

V1 = luas lingkaran x panjang langkah

V1 = π. r2. L

V1 = π. ﴾ ﴿ 2. L

Dengan demikian besaran dan ukuran motor bakar menurut volume

silinder tergantung dari banyaknya silinder yang digunakan dan besarnya

volume silinder (Kiyaku & Murdhana, 1998).

b. Perbandingan Kompresi

Hasil bagi volume total dengan volume sisa disebut sebagai

perbandingan kompresi.

C = ……………………………….(2)

Dimana : V1 = volume langkah torak Vs = volume sisa

Jadi suatu motor mempunyai volume total 56 cu.in dan volume sisa 7

cu.in, maka perbandingan kompresinya adalah :

C = = 8

Hal diatas menunjukkan bahwa selama langkah kompresi, muatan

yang ada diatas torak dimampatkan 8 kali lipat dari volume terakhirnya.

Semakin tinggi perbandingan kompresi, maka semakin tinggi tekanannya dan

temperatur akhir kompresi. (Kiyaku & Murdhana).

Perbandingan kompresi tidak dapat dinaikkan tanpa batas, karena motor

pembakaran yang menggunakan busi akan timbul suara menggelitik jika

perbandingan kompresinya terlalu tinggi (Soenarta & Furuhana, 1995).

2.15. Torsi dan Daya Poros

Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros seperti telah

dijelaskan diatas. Daya poros ditimbulkan oleh bahan bakar yang dibakar dalam

silinder dan selanjutnya menggerakkan semua mekanisme.

Unjuk kerja motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang ditimbulkan

(Soenarta & Furuhama, 1995)

Gambar 2.6. Pengetesan Prestasi Mesin(Sumber : Nakoela S dan Shoici F, 1995)

Pada gambar (2.6.) diatas menunjukkan peralatan yang dipergunakan untuk

mengukur nilai yang berhubungan dengan keluaran motor pembakaran yang

seimbang dengan hambatan atau beban pada kecepatan putaran konstan (n). Jika n

berubah, maka motor pembakaran menghasilkan daya untuk mempercepat atau

memperlambat bagian yang berputar. Motor pembakaran ini dihubungkan dengan

dynamometer dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran

dengan cara menghubungkan poros motor dengan poros dynamometer. Rotornya

diikatkan pada poros yang akan mengaduk air yang ada didalamnya. Hambatan

ini akan menimbulkan torsi (T), sehingga nilai daya (P) dapat ditentukan sebagai

berikut :

……………....................................(3)

Dimana :P = Daya (kW)n = putaran mesin (rpm)T = torsi (Nm)

Torak yang didorong oleh gas membuat usaha. Baik tekanan maupun suhunya

akan turun waktu gas berekspansi. Energi panas diubah menjadi usaha mekanis.

Konsumsi energi panas ditunjukkan langsung oleh turunnya suhu. Kalau toraknya

tidak mendapatkan hambatan dan tidak menghasilkan usaha gas tidak akan

berubah meskipun tekanannya turun.

2.16. Tekanan Efektif Rata-rata

Besar nilai P1 merupakan tekanan efektif rata-rata indikator (indicator mean

effective pressure : IMEP).

Nilai P1, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

……………………………….................(4)

Dengan menggunakan nilai Pi dapat memudahkan perhitungan besar usaha

indikator Wi pada tekanan konstan selam torak pada langkah ekspansi. Pada

mesin 4 langkah besar nilai Pi terjadi setiap 2 putaran, sehingga besar nilai N i

indikator dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut :

Dengan satuan Si ( m3, kPa dan rpm)

Ni =V1.P1.n/2 (kW)…………………......................(5)

Dimana : V1= volume langkah (m3) Pi = tekanan efektif rata-rata indicator (kPa) n = putaran mesin (rpm)

Pada mesin 2 langkah besar nilai Pi dihasilkan pada tiap putaran, maka secara

teoritis nilai Ni akan menjadi dua kali lebih besar jika dibandingkan pada

persamaan 4, tetapi pada umumnya besar nilai Pi pada mesin 2 langkah lebih kecil

dibandingkan dengan 4 langkah. Nilai Ni disebut sebagai keluaran indikator yang

menyatakan keluaran, disebabkan oleh adanya tekanan pada torak.

Daya yang dapat dimanfaatkan untuk memutar mesin disebut sebagai keluaran

efektif (brake mean out put) nilai Ne dapat dirumuskan sebagai berikut :

Ne = V1. N. BMEP. 2 (kW)……………………(6)

Besar keluaran efektif dapat diukur dengan menggunakan sebuah

Dinamometer. Nilai BMEP adalah merupakan tekanan efektif rata-rata (brake

mean effective pressure). Besar nilai Ne yang ditentukan oleh produk dari volume

langkah V1, kecepatan putaran n dan BMEP yang berhubungan dengan tekanan

gas rata-rata merupakan keluaran suatu pembakaran yang bermanfaat. BMEP

adalah besar nilai yang menunjukkan daya mesin tiap satuan volume silinder pada

putaran tertentu dan tidak tergantung dari ukuran motor bakar (Soenarta

&Furuhama, 1995)

Besar nilai BMEP dapat dirumuskan dengan persamaan sebagai berikut :

……………………................(7)

Dimana : P = daya (kW)

N = putaran mesin (rpm) Vd= volume langkah total silinder (m3) Z = sistem siklus (4 langkah =2, 2 langkah =1)

2.17. Menentukan Efisiensi Energi

1. Efisiensi Thermis

Perbandingan antara energi yang dihasilkan dan energi yang dimasukkan

pada proses pembakaran bahan bakar disebut efisiensi thermis rem (brake

thermal efficiency) dan ditentukan sebagai berikut :

……………...............................(8)

Dimana :H = nilai kalor untuk bahan bakar premium = 11.245,14 kcal/kg.

Sumber??SFC = konsumsi bahan bakar spesifik

Nilai kalor mempunyai hubungan dengan berat jenis. Pada umumnya

semakin tinggi berat jenis maka semakin rendah nilai kalornya. (Kiyaku &

Murdhana, 1998).

2. Besar Penggunaan Bahan Bakar

Besar pemakaian bahan bakar spesifik (SFC) ditentukan dalam kg/kWh

dan lebih umum digunakan dari pada . Besar nilai SFC adalah kebalikan

dari pada . Penggunaan bahan bakar dalam gram per jam Ne dapat

ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

…………………............................(9)

Dimana :SFC = konsunsi bahan bakar spesifik (kg/kWh)P = daya mesin (kW)

Sedang nilai mf dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

……………………………….........(10)

Dimana :b = volume buret (cc)t = waktu (detik)ρbb = berat jenis bahan bakar (kg/l)mf = adalah penggunaan bahan bakar per jam pada kondisi

tertentu (kg/h)(Soenarta & Furuhama,1995).