tinjauan pustaka-zat aditif

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Zat aditif

Zat aditif (Total Cetane Plus Diesel) merupakan bahan yang di tambahkan

pada bahan bakar kendaraan bermotor, baik mesin bensin maupun mesin diesel.

Zat aditif digunakan untuk memberikan peningkatan sifat dasar tertentu yang

telah dimilikinya seperti aditif anti detonasi solar untuk bahan bakar mesin diesel.

Juga untuk meningkatkan kemampuan bertahan terhadap terjadinya oksidasi pada

pelumas.

Adapun manfaat dari zat aditif untuk meningkatkan performansi mesin

mulai dari durabilitas, akselerasi sampai power mesin. Kegunaan lain dari zat

aditif adalah sebagai berikut:

1. Membersihkan karburator/injektor pada saluran bahan bakar

2. Mengurangi karbon/endapan senyawa organik pada ruang bakar

3. Menambah tenaga mesin

4. Mencegah korosi

5. Menghemat BBM dan mengurangi emisi gas buang.

2.2 Manfaat Zat Aditif

Adapun manfaat dari zat aditif untuk meningkatkan performansi mesin

mulai dari durabilitas, akselerasi sampai power mesin. Kegunaan lain dari zat

aditif adalah sebagai berikut:

1. Membersihkan karburator/injektor pada saluran bahan bakar.

Endapan yang terjadi pada karburator umumnya terjadi karena adanya

kontaminasi pada bahan bakar. Kontaminasi ini bisa terjadi misalnya karena

tercampur dengan minyak tanah, tercampur dengan logam maupun senyawa

lain yang disebabkan oleh proses kimia tertentu di saluran bahan bakar.

Entah karena disengaja atau tidak, proses kimia ini dapat menghasilkan residu

dan mengendap saat berada di saluran bahan bakar. Ketika kendaraan sedang

tidak digunakan, maka tidak terjadi aliran bahan bakar ke ruang bakar. Dalam

karburator/injector, kondisi diam ini memberi kesempatan residu dan deposit

Universitas Sumatera Utara

untuk mengendap. Bahkan dalam jangka waktu yang lama dapat melekat

pada dinding-dinding karburator dan saluran bahan bakar, sehingga walau

bahan bakar sudah mengalir, deposit ini tidak terbawa ke ruang bakar.

2. Mengurangi karbon/endapan senyawa organik pada ruang bakar

Karbon/endapan senyawa organik terjadi ketika bahan bakar tidak

terbakar sempurna. Semakin sering terjadi pembakaran yang tidak sempurna,

karbon ini akan melekat dan semakin tebal. Kita mengetahuinya dengan

bentuk kerak yang melekat pada ruang bakar. Jika kerak ini sudah begitu tebal

dan keras, bukan tidak mungkin akan bergesekan dengan piston atau ring

piston. Secara tidak langsung akan berpengaruh pada rasio kompresi, karena

volume ruang bakar berubah atau kompresi yang bocor.

3. Menambah tenaga mesin

Secara umum, tenaga mesin dihasilkan dari pencampuran udara dan

bahan bakar, lalu di ledakkan dalam ruang bakar. Namun hal ini akan tidak

maksimal jika bahan bakar mengalami penurunan kualitas. Kualitas udara juga

berpengaruh, tapi kita asumsikan semua spare part dalam kondisi normal, jadi

udara bersih bisa didapatkan setelah melalui saringan udara. Seperti telah

dijelaskan, penurunan kualitas bahan bakar terjadi karena adanya kadar air

yang berlebih dan atau terkontaminasinya bahan bakar dengan senyawa lain

4. Mencegah korosi.

Dalam bahan bakar sendiri memang mengandung kadar air, akan tetapi

dalam batas tertentu. Dengan kondisi wilayah tropis yang lembab, kadar ini

dapat meningkat hingga melebihi batas. Air ini menyebabkan meningkatnya

kemungkinan reaksi dengan udara dan logam tangki penyimpanan. Selain itu

menyediakan media bagi bakteri aerob dan anaerob untuk berkembang biak

dalam tangki dan saluran bahan bakar. Bakteri ini dapat menguraikan sulphur

yang terkandung dalam bahan bakar, secara tidak langsung ion sulphur akan

mengikat logam tangki sehingga tercipta korosi.


Setiap bahan bakar minyak mengandung sulphur dalam jumlah sedikit,

namun keberadaan sulphur ini tidak diharapkan, dikarenakan sulphur ini

bersifat merusak. Dalam proses pembakaran sulphur akan teroksidasi dengan

oksigen menghasilkan senyawa SO2 dan SO3 yang jika bertemu dengan air

akan mengakibatkan korosi. Padahal dalam pembakaran yang sempurna pasti

akan dihasilkan air. Jika dua senyawa tersebut bertemu maka akan

menimbulkan korosi baik di ruang bakar maupun di saluran gas buang.Jika

didiamkan korosi ini akan merusak tangki bahan bakar, tangki menjadi

berlubang. Korosi ini pun bahkan bisa terbawa ke ruang bakar dan

meninggalkan residu/kerak karbon jika tidak terbakar sempurna. Selain

menghasilkan korosi kadar air ini dapat meninggalkan gum (senyawa

berbentuk seperti lumut kecoklatan) yang menempel pada dinding tangki.

5. Menghemat BBM dan mengurangi emisi gas buang

2.3 PERFORMANSI MOTOR DIESEL

Motor diesel merupakan salah satu jenis dari mesin pembangkit tenaga.

Motor Diesel termasuk mesin pembakaran dalam atau internal combustion engine,

artinya proses pembentukan energy panas terjadi di dalam mesin itu sendiri.

Karakteristik utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar

yang lain terletak pada metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam motor diesel

bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi.

Selama proses pengkompresian udara dalam silinder mesin, suhu udara

meningkat, sehingga ketika bahan bakar yang berbentuk kabut halus

bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan bakar akan menyala dengan

sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena alasan ini mesin diesel juga

disebut mesin penyalaan kompresi (Compression Ignition Engines).

Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 11:1 hingga 26:1,

jauh lebih tinggi dibandingkan motor bensin yang hanya berkisar 6:1 sampai 9:1.

Konsumsi bahan bakar spesifik motor diesel lebih rendah (kira-kira 25 %)

dibanding motor bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi

menjadikan tekanan kerjanya juga tinggi.


2.3.1 Torsi dan daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dynamometer yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah

mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya

rem (Brake Power).

BP = Tn60

..2π ..................... (2.1) Lit.4 hal.5

dimana : BP = Daya keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm)

T = Torsi (N.m)

2.3.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang

berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan

mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam

satuan kg/jam, maka :

Sfc = B

f

Pxm 3

.10 ................. (2.2) Lit.4 hal. 6

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

.

fm = laju aliran bahan bakar (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (.

fm ) dihitung dengan persamaan berikut:

360010.. 3

xt

Vsgm

f

fff

−

= ........(2.3) Lit.4 hal. 6

dimana : fsg = spesific gravity.

fV = volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

ft = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

(detik).


2.3.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur

dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini

disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut :

AFR = .

.

f

a

m

m ................. (2.4) Lit.4 hal. 7

dengan : ma = laju aliran masa udara (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan

membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter

calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara

1013 milibar dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara

yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut :

fC = 3564 x aP x 5,2

)114(

a

a

TT +

…….. (2.5) Lit.4 hal. 7

Dimana : Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K)

2.3.4 Efisiensi Volumetris

Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi

isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka

itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan

sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari

perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses)

pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika

memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik ( vη ) dirumuskan dengan

persamaan berikut :

vη = raklangkah to olumesebanyak v udaraBerat

terisapyangsegar udaraBerat ..... (2.6)

Berat udara segar yang terisap = n

ma 2.60

.

..................... (2.7)

Berat udara sebanyak langkah torak = aρ . sV ........ (2.8)


Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi

volumetris :

vη = n

ma

.60.2

.

. sa V.

1ρ

........................ (2.9) Lit.4 hal. 8

dengan : aρ = kerapatan udara (kg/m3)

sV = volume langkah torak (m3) = 0,5 x 10-3 m3 [spesifikasi mesin]

Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat

diperoleh dari persamaan berikut :

aρ = a

a

TRP.

………..............… (2.10)

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K)

2.3.5 Efisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi

mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja

maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar.

Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal

efficiency, bη ).

bη = masuk yang panasLaju

aktualkeluaran Daya ..............(2.11) Lit.4 hal. 9

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :

Q = .

fm . LHV ...........(2.12)

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Jika daya keluaran ( BP ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar .

fm dalam

satuan kg/jam, maka :

bη = LHVm

P

f

B

.. . 3600 ..........(2.13)


2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan

panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar

sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan

asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian

dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan

menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang

diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil

pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar

uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan

panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung

bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan:

HHV = (T2 - T1 - TKP) x Cv........(2.14) Lit.5 hal. 12

HHV = Nilai kalor atas bahan bakar (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (oC)

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (oC)

TKP = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0,05 oC)

Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529,6 kJ/kg)

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya

kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu

satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran

sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari

jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada

proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada

didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada

tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah

sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung

berdasarkan persamaan berikut :


LHV = HHV – Qlc...................(2.15) Lit.5 hal. 6

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

Qlc = Kalor laten kondensasi uap air (kJ)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan

nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang

meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga

menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat

tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical

Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan

SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor

bawah (LHV).

2.5 Emisi Gas Buang

Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat

diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :

1. Sumber

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer

seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke

udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan.

Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan

yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.

2. Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik

mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen,

nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan

lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen

oksida, ozon dan lainnya.

3. Bahan Penyusun

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi

padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat


bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer

dan bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya

merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa

padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan

udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat

juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan

kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam

silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka

akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat

atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur

tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada

didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat

dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor

akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat

dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang

keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena

campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus

bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang

pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak

hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu

pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang

meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran

hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan

bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara

silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by


gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan

gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama

disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas

mampu bakar.

c.) Carbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon

monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon

dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida

merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal

berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang

terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen)

terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran

udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi

selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida

tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran

kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d.) Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen

tersebut akan diinjeksikan keruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan

mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar.


tinjauan pustaka-zat aditif

Documents