BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1 Gambaran Umum Pelumas (Oli) Pelumas atau oli merupakan sejenis cairan kental yang berfungsi sebagai pelicin, pelindung, dan pembersih bagi bagian dalam mesin. Kode pengenal oli adalah berupa huruf SAE yang merupakan singkatan dari Society of Automotive Engineers. Selanjutnya angka yang mengikuti dibelakangnya, menunjukkan tingkat kekentalan oli tersebut. SAE 40 atau SAE 15W-50, semakin besar angka yang mengikuti kode oli menandakan semakin kentalnya oli tersebut. Sedangkan huruf W yang terdapat dibelakang angka awal, merupakan singkatan dari winter. SAE 15W50, berarti oli tersebut memiliki tingkat kekentalan SAE 10 untuk kondisi suhu dingin dan SAE 50 pada kondisi suhu panas. Dengan kondisi seperti ini, oli akan memberikan perlindungan optimal saat mesin start pada kondisi ekstrim sekalipun. Sementara itu dalam kondisi panas normal, idealnya oli akan bekerja pada kisaran angka kekentalan 40-50 menurut standar SAE (SAE Euro 2012) .
2.1.1 Sifat-sifat Oli Mesin a. Lubricant, oli mesin bertugas melumasi permukaan logam yang saling bergesekan satu sama lain dalam blok silinder. Caranya dengan membentuk semacam lapisan film yang mencegah permukaan logam saling bergesekan atau kontak secara langsung. b. Coolant, pembakaran pada bagian kepala silinder dan blok mesin menimbulkan suhu tinggi dan menyebabkan komponen menjadi sangat panas. Jika dibiarkan terus maka komponen mesin akan lebih cepat mengalami keausan. Oli mesin yang bersirkulasi di sekitar komponen mesin akan menurunkan suhu logam dan menyerap panas serta memindahkannya ke tempat lain.
8
9
c. Sealant, oli mesin akan membentuk sejenis lapisan film di antara piston dan dinding silinder, karena itu oli mesin berfungsi sebagai perapat untuk mencegah kemungkinan kehilangan tenaga. Sebab jika celah antara piston dan dinding silinder semakin membesar maka akan terjadi kebocoran kompresi. d. Detergent, kotoran atau lumpur hasil pembakaran akan tertinggal dalam komponen mesin. Dampak buruk hal ini adalah menambah hambatan gesekan pada logam sekaligus menyumbat saluran oli. Tugas oli mesin adalah melakukan pencucian terhadap kotoran yang masih tertinggal dalam blok mesin. e. Pressure absorbtion, oli mesin meredam dan menahan tekanan mekanikal setempat yang terjadi dan bereaksi pada komponen mesin yang dilumasi. Kekentalan oli mesin, viskositas atau tingkat kekentalan oli mesin menunjukkan ketebalan atau kemampuan untuk menahan aliran cairan. Sifat oli jika suhunya panas akan mudah mengalir dengan cepat alias encer. Sebaliknya jika suhu oli dingin maka akan sulit mengalir atau mudah mengental. Meski demikian setiap merek dan jenis oli mempunyai tingkat kekentalan yang telah disesuaikan dengan maksud dan tujuan penggunaannya. Karena itu ada oli yang sengaja dibuat kental atau encer sesuai kebutuhan pemakai. Tingkat viskositas oli dinyatakan dalam angka indeks kekentalan. Semakin besar angkanya maka berarti semakin kental olinya, dan sebaliknya juga kalau angka indeksnya semakin mengecil tentu olinya bertambah encer. 2.1.2 Jenis Oli a. Oli Mineral Oli mineral berbahan bakar oli dasar (base oil) yang diambil dari minyak bumi yang telah diolah dan disempurnakan. b. Oli Sintetis Oli Sintetis biasanya terdiri atas Polyalphaolifins yang datang dari bagian terbersih dari pemilahan dari oli mineral, yakni gas. Senyawa ini kemudian dicampur dengan oli mineral. Inilah mengapa oli sintetis bisa dicampur
10
dengan oli mineral dan sebaliknya. Basis yang paling stabil adalah polyolester, yang paling sedikit bereaksi bila dicampur dengan bahan lain. Oli sintetis cenderung tidak mengandung bahan karbon reaktif, senyawa yang sangat tidak bagus untuk oli karena cenderung bergabung dengan oksigen sehingga menghasilkan acid (asam). Pada dasarnya, oli sintetis didesain untuk menghasilkan kinerja yang lebih efektif dibandingkan dengan oli mineral. 2.1.3 Kekentalan (Viskositas) Oli Kekentalan merupakan salah satu unsur kandungan oli paling rawan karena berkaitan dengan ketebalan oli atau seberapa besar resistensinya untuk mengalir. Kekentalan oli langsung berkaitan dengan sejauh mana oli berfungsi sebagai pelumas sekaligus pelindung benturan antar permukaan logam. Oli harus mengalir ketika suhu mesin atau temperatur ambient. Mengalir secara cukup agar terjamin pasokannya ke komponen-komponen yang bergerak. Semakin kental oli, maka lapisan yang ditimbulkan menjadi lebih kental. Lapisan halus pada oli kental memberi kemampuan ekstra menyapu atau membersihkan permukaan logam yang terlumasi. Sebaliknya oli yang terlalu tebal akan memberi resitensi berlebih mengalirkan oli pada temperatur rendah sehingga mengganggu jalannya pelumasan ke komponen yang dibutuhkan. Untuk itu, oli harus memiliki kekentalan lebih tepat pada temperatur tertinggi atau temperatur terendah ketika mesin dioperasikan Dengan demikian, oli memiliki grade (derajat) tersendiri yang diatur oleh Society of Automotive Engineers (SAE). Bila pada kemasan oli tersebut tertera angka SAE 5W-30 berarti 5W (Winter) menunjukkan pada suhu dingin oli bekerja pada kekentalan 5 dan pada suhu terpanas akan bekerja pada kekentalan 30. Tetapi yang terbaik adalah mengikuti viskositas sesuai permintaan mesin. Umumnya, kendaraan sekarang punya kekentalan lebih rendah dari 5W-30, karena mesin – mesin terbaru memiliki kerapatan antar komponen makin tipis dan juga banyak celah-celah kecil yang hanya bisa dilalui oleh oli encer.
11
Untuk mesin lebih tua, clearance bearing lebih besar sehingga mengizinkan pemakaian oli kental untuk menjaga tekanan oli normal dan menyediakan lapisan film cukup untuk bearing. Sebagai contoh adalah tipe viskositas dan ambient temperatur dalam derajat Celcius yang biasa digunakan sebagai standar oli di berbagai negara/kawasan. 1. 5W-30 untuk cuaca dingin seperti di Swedia 2. 10W-30 untuk iklim sedang seperti di kawasan Inggris 3. 15W-30 untuk Cuaca panas seperti di kawasan Indonesia 2.2 Kontaminasi Oli Kontaminasi terjadi dengan adanya benda-benda asing atau partikel pencemar di dalam oli. Terdapat beberapa macam benda pencemar yang biasa terdapat dalam oli yakni: 1. Keausan elemen. Ini menunjukkan beberapa elemen biasanya terdiri dari tembaga, besi, chrominium, aluminium, timah, molybdenum, silikon, nikel atau magnesium. 2. Kotoran atau jelaga. Kotoran dapat masuk kedalam oli melalui hembusan udara lewat sela-sela ring dan melalui sela lapisan oli tipis kemudian merambat menuruni dinding silinder. Jelaga timbul dari bahan bakar yang tidak habis. Kepulan asam hitam dan kotornya filter udara menandai terjadinya jelaga. 3. Bahan Bakar, kontaminasi bahan bakar terjadi pada saat proses pembakaran dalam silinder mesin. 4. Air, merupakan produk sampingan pembakaran dan biasanya terjadi melalui timbunan gas buang. Air dapat memadat di crankcase ketika temperatur operasional mesin kurang memadai. 5. Produk-produk belerang/asam. Produk-produk oksidasi mengakibatkan oli bertambah kental. Daya oksidasi meningkat oleh tingginya temperatur udara masuk.
12
2.2.1 Karakteristik Oli Bekas Oli bekas seringkali diabaikan penanganannya setelah tidak bisa digunakan kembali, padahal jika asal dibuang dapat menambah pencemaran lingkungan. Bahaya dari pembuangan oli bekas sembarangan memiliki efek yang lebih buruk daripada efek tumpahan minyak mentah biasa. Ditinjau dari komposisi kimianya sendiri, oli adalah campuran dari hidrokarbon kental ditambah berbagai bahan kimia aditif. Oli bekas memiliki campuran komposisi lebih dari itu, dalam oli bekas terkandung sejumlah sisa hasil pembakaran yang bersifat asam
korosif, deposit, dan logam berat yang bersifat
karsinogenik. Sampai saat ini usaha yang di lakukan untuk memanfaatkan oli bekas ini antara lain :
Dimurnikan kembali (proses refinery) menjadi refined lubricant. Tidak banyak yang tertarik untuk berbisnis di bidang ini karena cost yang tinggi relatif terhadap lube oil blending plant (LOBP) dengan bahan baku fresh, sehingga harga jual ekonomis-nya tidak akan mampu bersaing di pasaran.
Digunakan sebagai fuel oil/minyak bakar. Yang masih menjadi kendala adalah tingkat emisi bahan bakar ini masih tinggi.
Perlu dipertimbangkan beberapa hal mengenai pentingnya pemanfaatan kembali oli bekas antara lain :
Dari tahun ke tahun, regulasi yang mendukung terhadap teknologi ramah lingkungan akan semakin meningkat. Dan ada kemungkinan nanti, produsen oli juga harus bertanggung jawab atas oli bekas yang dihasilkan, sehingga akan muncul berbagai teknologi pemanfaatan oli bekas.
Kedepan, cadangan minyak mentah akan semakin terbatas, berarti harga minyak mentah akan semakin melambung. Used-Oil refinery akan semakin kompetitif dengan LOBP konvensional. Berdasarkan kriteria limbah yang dikeluarkan oleh Kementerian Lingkungan
Hidup, oli bekas termasuk kategori limbah B3. Meski oli bekas masih bisa dimanfaatkan, bila tidak dikelola dengan baik, ia bisa membahayakan lingkungan
13
(Undang-Undang Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup). Tabel 2.1 : Tabel Bahan Pencemar yang ternasuk limbah B3
Kode limbah D1001a D1002a D1003a D1004a D1005a D1006a D1007a D1008a D1009a D1010a D1001b D1002b D1003b D1004b D1005b D1006b
Bahan Pencemar Tetrakloroetilen Trikloroetlen Metilen Klorida 1,1,2Trikloro,1,2,2,Trifluoroetana Triklorofluorometana Orto-diklorobenzena Klorobenzena Trikloroetena Fluorokarbon Terklorinasi Karbon Tertraklorida Dimetilbenzena Aseton Etil Asetat Etil Benzena Metil Isobutil Keton n-Butil Alkohol
D1007b D1008b D1009b D1010b D1011b D1012b
Sikloheksanon Metanol Totuena Metil Etil Keton Karbon Disulfida Isobutanol
Kode Limbah D1013b D1014b D1015b D1016b D1017b D1018b D1001c D1002c D1003c D1004c D1005c D1006c D1007c D1008c D1009c D1010c D1001d D1002d D1003d D1004d D1005d
Bahan Pencemar Piridin Benzena 2-Etoksietanol 2-Nitropropana Asam Kresilat Nitrobenzana Amonium Hidroksida Asam Hidrobromat Asam Hidroklorat Asam Hidrofluorat Asam Nitrat Asam Fosfat Kalium Hidroksida Natrium Hidroksida Asam Sulfat Asam Klorida Polychlorinated Biphenyls Lead scrap Limbah minyak diesel Fiber Asbes Pelumas bekas
2.2.2 Akibat Pembuangan Oli Bekas Jika berbicara material oli pelumas bekas, maka itu tidak hanya berurusan dengan olinya sendiri, melainkan juga wadah dan saringan oli, ketiganya bila dibuang sembarangan akan menimbulkan masalah lingkungan. Oli bekas mengandung sejumlah zat yang bisa mengotori udara, tanah dan air. Oli bekas itu mungkin saja mengandung logam, larutan klorin, dan zat-zat pencemar lainnya. Satu liter oli bekas bisa merusak jutaan liter air segar dari sumber air dalam tanah.
14
Limbah khusus untuk oli bekas lebih lanjut diatur dengan Keputusan Kepala Badan
Pengendalian
Dampak
Lingkungan
(Bapedal)
No.
KEP-
225/BAPEDAL/08/1996 tentang syarat-syarat penyimpanan dan pengumpulan limbah oli dan minyak pelumas, limbah berupa oli bekas jika tidak dikelola dengan baik dan dibuang secara sembarangan sangat berbahaya bagi lingkungan. Oli bekas juga dapat menyebabkan tanah kurus dan kehilangan unsur hara. Sedangkan sifatnya yang tidak dapat larut dalam air juga dapat membahayakan habitat air, selain itu sifatnya mudah terbakar yang merupakan karakteristik dari Bahan Berbahaya dan Beracun (B3). Demikian pula dengan wadah plastik yang biasa digunakan untuk wadah oli. Plastik yang tak dapat terurai secara biologis itu jelas akan mencemari tanah dan memakan ruang di tempat sampah. Sedangkan saringan oli selain masih mengandung residu oli, juga terbuat dari bahan metal yang tidak mudah terurai secara biologis.
2.3 Proses Pengolahan Oli Bekas Tahap pertama merupakan pemisahan air dari oli bekas, proses ini menghasilkan limbah air yang berasal dari campuran oli bekas. Tahap kedua memisahkan kotoran dan aditifnya (penambahan bahan kimia). Tahap ketiga dilakukan untuk perbaikan warna, menghasilkan bahan dasar pelumas dan limbah lempung. Dan terakhir proses pengolahan bahan dasar tersebut atau disebut juga dengan blending
2.3.1 Tahapan Daur Ulang Oli bekas Secara Umum Secara umum proses tahapan pengolahan atau daur ulang limbah oli bekas bisa dilakukan dengan 3 proses yang berbeda antara lain : 1. Daur ulang oli bekas menggunakan asam kuat untuk memisahkan kotoran dan aditif dalam oli bekas. Kemudian dilakukan pemucatan dengan lempung. 2. Campuran pelarut alkohol dan keton digunakan untuk memisahkan kotoran dan aditif dalam oli bekas. Campuran pelarut dan pelumas
15
bekas yang telah dipsahkan difraksionisasi untuk memisahkan kembali pelarut dari oli bekas. Kemudian dilakukan proses pemucatan dan proses blending serta reformulasi untuk menghasilkan pelumas siap pakai. 3. Pada tahap awal digunakan senyawa fosfat dan selanjutnya dilakukan proses perkolasi dengan lempung serta diikuti proses hidrogenasi. 2.3.2 Metode Re-refining Minyak Pelumas Bekas Beberapa cara pemulihan kembali minyak pelumas bekas yang digunakan antara lain : 1. Acid Clay treating Minyak pelumas bekas ditreatment dengan asam sulfat pekat yang berguna untuk mengendapkan kotoran yang ada sehingga kotoran tersebut dibuang. Selanjutnya ditreatment dengan clay yang berguna untuk menyerap aroma yang masih tertinggal di dalam minyak oli bekas. Proses ini sederhana dengan biaya relatif murah, namun kekurangannya
menyebabkan
polusi
lingkunagn
disebabkan
munculnya acid sludge (lumpur asam) dan emisi gas asam, selain itu juga menyebabkan korosi peralatan yang dipakai, dan juga hasilnya lebih sedikit disebabkan hilangnya oli di dalam lumpur. 2. Detergent Extraction Menggunakan konsumsi air yang sangat banyak untuk mencuci pelumas bekas sehingga kandungan kontaminan yang berwujud logam dapat dipisahkan. Penambahan surfaktan atau detergen agar diperoleh bentuk emulsi yang stabil. Emulsifier yang digunakan ABS, texafon, dan juga tepool. Proses ini serupa dengan memecah santan kelapa menjadi minyak, untuk memecah emulsi disamping digunakan bahan kimia digunakan juga proses fisika yaitu dengan mengalirkan sejumlah minyak yang teremulsi melewati sepasang logam yang bermuatan
16
listrik maka akan terpisahkan dua komponen minyak yang jernih dan air yang sudah mengandung kotoran. 3. Clay Disdilation Minyak pelumas bekas didestilasi vacum sehingga diperoleh lumpur, lube oil disstillate, light oil dan air. Lube oil distillate diproses lagi dengan clay treating agar diperoleh lube oil stock (base oil) 2.4 Motor Bakar Motor bakar adalah mesin yang menggunakan perubahan energi panas yang diperoleh dari reaksi kimia bahan bakar pada proses pembakaran menjadi energi mekanik dan selanjutnya menjadi energi gerak. (Motor bakar teori dan aplikasinya, 2015) Menurut cara menghasilkan energi panas, motor bakar dibedakan menjadikan dua jenis yaitu pertama pembakaran yang terjadi di dalam konstruksi mesin contohnya motor bensin, motor diesel, turbin gas, dan yang kedua pembakaran yang terjadi di luar konstruksi mesin, contoh nya antara lain ketel uap dan turbin uap. Pembakaran pada motor bakar dapat didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang berlangsung secara cepat antara oksigen dan unsur yang mudah terbakar dari bahan bakar pada suhu dan tekanan tertentu.
2.4.1 Motor Diesel Motor diesel termasuk dalam jenis motor pembakaran dalam. Sesuai dengan namanya, motor pembakaran dalam adalah mesin kalor dimana gas panas diperoleh pembakaran di dalam mesin itu sendiri dan langsung dipakai untuk melakukan kerja mekanis yaitu menjalankan mesin tersebut. Dalam melakukan unjuk kerja, motor diesel mengambil udara di sekitarnya. Udara dikompresikan di dalam silinder sehingga tekanan tertentu dan sebelum torak mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan ke dalam ruang bakar. Panas akibat kompresi akan menyalakan bahan bakar. Motor diesel memiliki rasio kompresi yang lebih tinggi dari motor bensin. Rasio kompresi yang besar diperlukan untuk meningkatkan temperatur udara
17
terkompresi. Temperatur udara terkompresi harus lebih tinggi dari temperatur penyalaan bahan bakar sehingga diharapkan setelah bahan bakar disemprotkan, bahan bakar akan langsung terbakar. Menurut langkah kerjanya, motor diesel dapat dibedakan menjadi dua macam yaitu motor diesel dua langkah dan motor diesel empat langkah. Motor diesel empat langkah adalah jenis motor diesel dimana untuk melengkapi satu siklus kerjanya dibutuhkan empat langkah gerakan torak atau dua putaran dari poros engkol. Sedangkan motor diesel dua langkah memerlukan dua langkah gerakan torak atau satu kali putaran poros engkol untuk melakukan satu siklus kerjanya.
Gambar 2.1 Siklus kerja motor diesel empat langkah Sumber : Thermodinamika Teknik, Michael J. Moran, Howard N. Shapiro
0 – 1 Langkah Hisap Torak bergerak dari titik mati atas atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) , katup hisap terbuka dan katup buang tertutup. Tekanan dalam silinder turun, udara masuk ke silinder. 1 -2 Langkah Kompresi Semua katup tertutup, torak bergerak dari TMB ke TMA. Udara dalam silinder terkompresi sehingga suhu dan tekanan meningkat.
18
2 – 3 Langkah Kerja (Pembakaran) Torak mencapai TMA, kemudian bahan bakar diinjeksikan. Suhu ruang bakar melampaui suhu penyalaan bahan bakar. Campuran udara dan bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya. 3 – 4 Langkah Ekspansi Katup dalam keadaan tertutup. Tekanan dalam raung bakar meningkat cepat. Torak bergerak dari TMA ke TMB maka terjadi langkah usaha. 4 – 1 Langkah Buang Katup buang terbuka, katup masuk tertutup. Torak bergerak dari TMB ke TMA, gas sisa pembakaran terdorong melalui katup buang. 2.5 Bahan Bakar Bahan bakar merupakan bahan/material yang dikonsumsi untuk menghasilkan energi. Menurut penggunaannya bahan bakar dapat dibagi menjadi 3 kelompok : 1. Bahan bakar yang dikonsumsi dalam proses pembakaran reaksi 2. Bahan bakar yang digunakan pada reaktor nuklir-reaksi inti 3. Bahan bakar yang dikonsumsikan oleh makhluk hidup-metabolisme 2.5.1 Bahan Bakar Cair Bahan bakar cair merupakan gabungan senyawa hidrokarbon yang diperoleh dari alam maupun secara buatan. Bahan bakar cair umumnya berasal dari minyak bumi. Namum diharapkan dimasa depan bahan bakar cair sumbernya tidak hanya berasal dari minya bumi saja namun juga dari sumber yang dapat terbaharukan. Secara teknis bahan bakar cair merupakan sumber energi yantg terbaik, mudah ditangani, mudah dalam penyimpanan dan nilai kalornya cenderung konstan. Sifat-sifat fisik dari bahan bakar cair merupakan bagian yang penting untuk diambil sebagai dasar perhitungan mengenai hal-hal yang berhubungan dengan bahan bakar. Beberapa sifat fisik bahan bakar cair antara lain :
19
1. Flash Point Suhu terendah uap di atas permukaan bahan bakar yang akan terbakar pada waktu proses pemanasan. 2. Fire point Temperatur saat api akan hidup secara terus-menerus dari bahan bakar yang telah dikenai sumber api. 3. Temperatur penyalaan sendiri (Auto ignition Temperature) Merupakan temperatur terendah yang diperlukan untuk terbakar sendiri dalam kontainer standar pada udara atmosfer tanpa bantuan nyala seperti bunga api. 4. Viskositas Menyatakan besarnya hambatan/ketahanan suatu bahan bakar cair untuk mengalir atau ukuran besarnya tahanan geser dari bahan bakar cair. Viskositas dapat diukur dengan alat viskosmeter saybolt, prinsip kerja dari alat ini adalah menentukan waktu yang diperlukan suatu fluida mengalir melalui lubang kapiler dan disebut dengan SUS (Saybolt Universal Seconds). Persamaan untuk menentukan viskositas antara lain sebagai berikut : Untuk SUS bernilai antara 32- 100
CST 0.226 SUS
195 SUS
……………………………
(2.1)
Untuk SUS bernilai >100
CST 0.220 SUS
135 SUS
………………………….… (2.2)
20
Gambar 2.2 Viskosmeter saybolt Sumber : http://enginemechanics.tpub.com
5. Nilai Kalor ( Heating Value) Angka yang menyatakan jumlah panas atau kalori yang dihasilkan dari proses pembakaran sejumlah bahan bakar dengan oksigen. 6. Density Perbandingan massa bahan bakar dengan volume bahan bakar dan dihitung dengan persamaan berikut :
m(kg) v( m3 )
……………………………………………. (2.3)
2.6 Daya dan Performansi Mesin Diesel 2.6.1 Dasar Pengukuran Daya Dalam pengukuran daya, aliran energi dan kerugian energi yang ada pada sebuah mesin dapat dibagi menjadi 3 kategori daya :
Indicated Horse Power (ihp) : pengukuran gaya-gaya yang ada dalam silinder
Brake Horse Power (bhp) : pengukuran gaya pada tiap-tiap langkah titik pelepasan dari mesin (fan brake, water brake, electrical)
21
Friction Horse Power (fhp) : total dari akibat gesekan (piston, bearings, cams, pumping losses) Untuk pengukuran kuantitas daya dari mesin juga harus dipertimbangkan
pengukuran besarnya fhp 2.6.2 Brake Horse Power Brake Horsepower (bhp) merupakan besaran untuk mengindikasikan horsepower aktual yang dihasilkan oleh sebuah mesin. Bhp biasanya diukur dengan peralatan pengukur daya yang ditempatkan pada driveshaft mesin. Sebuah peralatan dapat digunakan untuk mengukur gaya-gaya yang bekerja pada mesin dan menghitung besarya nilai gaya tersebut. Dalam penggunaannya hal yang dapat diukur adalah torsi dan kecepatan sudut dari daya poros yang dihasilkan oleh mesin. Alat yang digunakan untuk mengukur torsi adalah dynamometer. Dinamometer, adalah suatu mesin yang digunakan untuk mengukur torsi (torque) dan kecepatan putaran (rpm) dari tenaga yang diproduksi oleh suatu mesin, motor atau penggerak berputar lain. Dinamometer dapat juga digunakan untuk menentukan tenaga dan torsi yang diperlukan untuk mengoperasikan suatu mesin. Dalam hal ini, maka diperlukan dinamometer. Dinamometer yang dirancang untuk dikemudikan disebut dinamometer absorsi/penyerap. Dinamometer yang dapat digunakan, baik penggerak maupun penyerap tenaga disebut dinamometer aktif atau universal. Dinamometer merupakan suatu mesin elektro-mekanik yang digunakan untuk mengukur torsi dan kecepatan dari tenaga yang diproduksi oleh suatu mesin motor atau penggerak berputar lain. Meskipun banyak tipe-tipe dinamometer yang digunakan, tetapi pada prinsipnya semua itu bekerja seperti dilukiskan dalam gambar 2.3.
22
Gambar 2.3 Prinsip Kerja Dinamometer Sumber : Freedrich Miller, 2011
Keterangan : r
: Jari-jari rotor (m)
W
: Beban pengimbang (Kg)
F
: Gaya kopel (N) Prinsip kerjanya adalah : Rotor A diputarkan oleh sumber daya motor yang
diuji, dengan stator dalam keadaan setimbang. Bila dalam keadaan diam maka ditambahkan sebuah beban pengimbang W yang dipasangkan pada lengan C dan diengselkan pada stator B. Karena gesekan yang timbul, maka gaya yang terjadi di dalam stator diukur dengan timbangan D dan penunjukannya merupakan beban atau muatan dinamometer. Dalam satu poros, keliling rotor bergerak sepanjang 2.π.r melawan gaya kopel f. Jadi tiap putaran adalah : 2.π.r.f Pada dynamometer, sebuah rotor digerakkan oleh mesin dalam pengujiannya baik secara mekanikal, hidrolik, atau elektronik yang dihubungkan ke sebuah stator. Untuk setiap perputaran poros, rotor yang mengelilingi poros bergerak melalui sebuah perpindahan 2πR yang berlawanan dengan coupling force (f). Dimana torsi yang dihasilkan dalam satu kali putaran adalah : …………………… Beberapa macam peralatan pengukur daya antara lain :
Prony brake
(2.4)
23
Fan brake
Water brake
Rope brake
Eddy curent dynamometer
Electric dynamometer
Chassis dynamometer
Hydraulic dynamometer
Swinging Field dynamometer Daya didefinisikan sebagai hasil dari kerja atau dengan kata lain daya
merupakan kerja atau energi yang dihasilkan mesin per satuan waktu mesin itu beroperasi. Brake Horse Power (BHP) merupakan besaran untuk mengindikasikan horse power aktual yang dihasilkan oleh mesin. Dengan menggunakan prony brake dapat digunakan sebagai dasar untuk menentukan persamaan untuk menghitung besarnya bhp yang dihasilkan oleh mesin. Jika driveshaft mesin melakukan satu kali perputaran dengan jarak sama dengan 2πr, selama pegerakan nya gaya gesek (f) akan terjadi akibat gerakan wheel, gaya gesek (f) akan timbul sepanjang 2πr dan kerja yang dihasilkan selama satu kali perputarannya.
ker ja waktu 2rfn
Daya
……………………………………………………... (2.5)
Dimana : n
= putaran per menit driveshaft
m putaran f ( N )n 2r menit putaran bhp det ik 60 menit Tn bhp ( HP) 30
……………………………..(2.6)
24
Akibat panjang moment arm (R) dan besarnya gaya yang bekerja (F) akan menghasilkan Torsi. Besarnya torsi (T) akan sama, berubah-ubah, atau berlipat, torsi timbul akibat adanya gaya tangensial pada jarak dari sumbu putaran. Untuk sebuah mesin yang beroperasi dengan kecepatan tertentu dan meneruskan daya, maka akan timbul torsi atau gaya (F) dan (R) dalam keadaan yang konstan dan ditentukan dengan persamaan
Torsi merupakan kapasitas sebuah mesin dalam melakukan sebuah kerja dan bersamaan dengan daya yang diteruskan selama mesin tersebut beroperasi. 2.6.3 Momen Puntir (Torsi) Momen puntir atau torsi merupakan kemampuan motor untuk menghasilkan kerja. Di dalam prakteknya torsi motor berguna pada waktu kendaraan akan bergerak (start) atau sewaktu mempercepat laju kendaraan, dan tenaga yang berguna untuk memperoleh kecepatan tinggi. Besarnya torsi akan sama, berubah-ubah atau berlipat, torsi timbul akibat adanya gaya tangensial pada jarak dari sumbu putaran. Untuk sebuah mesin yang beroperasi dengan kecepatan tertentu dan meneruskan daya, maka akan timbul gaya (W) dan lengan (L) dalam keadaan konstan yang besarnya dapat ditentukan dari persamaan : T 2rf WL
Dan
W m.g
Dimana : T
= Torsi (N.m)
W
= Gaya berat (N)
R
= Jari – jari (m)
L
= Lengan (m)
g
= Gravitasi (m/s2)
m
= Massa beban dynamometer (kg)
………………………….
(2.7)
25
2.6.4 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (BSFC) Pemakaian bahan bakar spesifik adalah perbandingan banyaknya pemakaian bahan bakar setiap jam tiap daya yang dihasilkan. Harga pemakaian bahan bakar spesifik yang makin kecil/rendah menunjukkan efisiensi yang main tinggi. Besar pemakaian bahan bakar spesifik dihitung dengan rumus : (Kg/HP.jam)
……………………………….
(2.8)
Dimana : Wf
= Kebutuhan Bahan Bakar ( Kg/jam)
BHP
= Daya Output (HP)
Pada umumnya Setiap mesin memiliki minimal pada plot dari BSFC terhadap putaran mesin (N). Putaran mesin yang lebih tinggi menghasilkan BSFC ( konsumsi bahan bakar lebih untuk torsi yang sama ) yang tinggi karena meningkatnya kerugian gesekan di mesin . kerugian gesekan lebih tinggi mengurangi rem torsi, yang meningkatkan BSFC. Putaran mesin rendah menghasilkan BSFC ( konsumsi bahan bakar lebih untuk torsi yang sama ) yang lebih tinggi karena meningkatnya waktu untuk transfer panas dari fluida kerja pada dinding silinder yang meningkatkan BSFC. Rasio kompresi berbanding terbalik dengan BSFC karena efisiensi termal lebih tinggi . Artinya, kompresi rasio hasil yang lebih tinggi konsumsi bahan bakar spesifik yang lebih rendah . 2.7 Uji Emisi Emisi gas yang dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Sehingga perlu diambil beberapa langkah untuk dapat mengendalikan gas buang yang dihasilkan tersebut. Salah satu caranya adalah dengan pemeriksaan atau uji emisi berkala untuk mengetahui kandungan gas buang kendaraan yang berpotensi mencemari lingkungan. Pada negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan, ada 5 unsur dalam
26
gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2, dan kadar kepekatan smoke atau asap gas buang (Euro Standart Emission 1993). 2.7.1 Emisi Senyawa Hidrokarbon Bahan bakar minyak bumi adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bahan bakar yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air (H2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bahan bakar AFR (Air-to-Fuel-Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja terdapat proses pembakaran yang tidak sempurna dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi. Untuk kendaraan yang tidak dilengkapi dengan Catalytic Converter (CC), emisi HC yang dapat ditolerir adalah 500 ppm dan untuk kendaraan yang dilengkapi dengan CC, emisi HC yang dapat ditolerir adalah 50 ppm. Emisi HC ini dapat ditekan dengan cara memberikan tambahan panas dan oksigen diluar ruang bakar untuk menuntaskan proses pembakaran. Proses injeksi oksigen tepat setelah exhaust port akan dapat menekan emisi HC secara drastis. Apabila emisi HC tinggi, menunjukkan ada 3 kemungkinan penyebabnya yaitu CC yang tidak berfungsi, AFR yang tidak tepat (terlalu kaya) atau bahan bakar tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar. 2.7.2 Emisi Gas Karbon Monoksida (CO) Gas karbonmonoksida adalah gas yang relatif tidak stabil dan cenderung bereaksi dengan unsur lain. Karbon monoksida, dapat diubah dengan mudah menjadi CO2 dengan bantuan sedikit oksigen dan panas. Saat mesin bekerja dengan AFR yang tepat, emisi CO pada ujung knalpot berkisar 0.5% sampai 1% untuk mesin yang dilengkapi dengan sistem injeksi atau sekitar 2.5% untuk mesin yang masih menggunakan karburator. Dengan bantuan air injection, maka CO dapat dibuat serendah mungkin mendekati 0%.
27
Apabila AFR sedikit saja lebih kaya dari angka idealnya (AFR ideal = lambda = 1.00) maka emisi CO akan naik secara drastis. Jadi tingginya angka CO menunjukkan bahwa AFR terlalu kaya dan ini bisa disebabkan antara lain karena masalah di fuel injection system seperti fuel pressure yang terlalu tinggi, sensor suhu mesin yang tidak normal, air filter yang kotor, PCV sistem yang tidak normal, karburator yang kotor atau setelannya yang tidak tepat. 2.7.3 Emisi Gas Karbon Dioksida (CO2) Konsentrasi CO2 menunjukkan secara langsung status proses pembakaran di ruang bakar. Semakin tinggi maka semakin baik. Saat AFR berada di angka ideal, emisi CO2 berkisar antara 12% sampai 15%. Apabila AFR terlalu kurus atau terlalu kaya, maka emisi CO2 akan turun secara drastis. Apabila CO2 berada dibawah 12%, maka kita harus melihat emisi lainnya yang menunjukkan apakah AFR terlalu kaya atau terlalu kurus. Perlu diingat bahwa sumber dari CO2 ini hanya ruang bakar. Apabila CO2 terlalu rendah tapi CO dan HC normal, menunjukkan adanya kebocoran exhaust pipe. 2.7.4 Kandungan Gas Oksigen (O2) Konsentrasi dari oksigen di gas buang kendaraan berbanding terbalik dengan konsentrasi CO2. Untuk mendapatkan proses pembakaran yang sempurna, maka kadar oksigen yang masuk ke ruang bakar harus mencukupi untuk setiap molekul hidrokarbon. Dalam ruang bakar, campuran udara dan bensin dapat terbakar dengan sempurna apabila bentuk dari ruang bakar tersebut melengkung secara sempurna. Kondisi ini memungkinkan molekul bensin dan molekul udara dapat dengan mudah bertemu untuk bereaksi dengan sempurna pada proses pembakaran. Tapi ruang bakar tidak dapat sempurna melengkung dan halus sehingga memungkinkan molekul bensin seolah-olah bersembunyi dari molekul oksigen dan menyebabkan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna.
28
2.7.5 Standar Emisi gas Buang Euro adalah standar emisi Eropa yang digunakan untuk industri otomotif yang sudah ditetepkan sebagai standar emisi internasional. Di era sekarang ini banyak perusahaan/industri otomotif yang berlomba-lomba memproduksi mesin dengan emisi gas buang yang ramah, tentunya tidak luput dengan standar emisi euro. Ada dua macam standar yang dikeluarkan oleh beberapa badan managemen lingkungan: 1. EPA (Environmental Protecton Agency) Standard 2. ESC (european steady cycle) atau biasa disebut Euro.
