BAB II LANDASAN TEORI

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

BAB II LANDASAN TEORI Dalam

Internal

Combustion

Engine

menurut

sistem

pembakaran

dapat

diklasifikasikan menjadi 2 yaitu, four stroke engine dan two stroke engine. Berarti pembakaran atau oksidasi bahan bakar untuk menghasilkan energi terjadi didalam mesin. Energi yang dihasilkan itu nantinya akan menjadi tenaga penggerak.

2.1. Pengertian 4 Tak dan 2 Tak Four Stroke Engine Four Stroke Engine atau Motor empat langkah adalah motor yang siklusnya (1 kali pembakaran) dalam 2 kali engkol. Ini terlihat pada gambar 2.1. Proses kerja yang terjadi pada motor 4 langkah adalah : 1. Langkah Hisap Udara terhisap masuk ke dalam (katup masuk terbuka) bersama bahan bakar. Pada situasi ini tekanan didalam ruang bakar lebih rendah dari pada tekanan atmosfir. 2. Langkah Kompresi Katup tertutup dan mengakibatkan temperatur udara meningkat. Energi dihasilkan ketika piston pada posisi Top Dead Center (TDC). 3. Langkah Kerja (Ekspansi) Pada langkah ini terjadi transfer tenaga dari proses pembakaran (kedua katup tertutup). 4. Langkah Buang Pada kondisi ini terjadi proses pembuangan sisa gas buang dari dalam silinder agar terbebas dari gas pembakaran yang mengakibatkan tekanan dalam ruang bakar lebih tinggi dibandingkan tekanan atmosfir (luar).

UNIVERSITAS MERCU BUANA

4

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.1. Proses Kerja Mesin 4 Langkah (Sumber : Arends BPM;H Berenschot, 1980)

Two Stroke Engine Two Stroke Engine atau Motor 2 langkah adalah motor yang siklusnya (1 kali pembakaran) dalam 1 kali poros engkol. Proses ini lebih singkat, menghasilkan tenaga lebih cepat akan tetapi membutuhkan lebih banyak bahan bakar bila dibandingkan dengan motor 4 langkah. Proses kerja motor 2 langkah ini adalah sebagai berikut : 1. Langkah Kompresi dan Hisap Dimulai dengan tertutupnya saluran masuk bahan bakar oleh piston saat bergerak menuju titik mati atas yang bergerak mengkompresi isi silinder. Pada langkah ini engkol akan berputar menarik udara masuk ke dalam crankcase. Pada saat piston mendekti TMA proses pembakaran dimulai dan berlangsung setelah piston mendekati Titik Mati Atas. 2. Langkah Kerja / Ekspansi dan Buang Sesaat setelah piston bergerak, saluran akan terbuka dan ikut bagian masuk terbuka. Sebagai besar gas hasil pembakaran akan keluar dari silinder dalam proses blowdown pembuangan. Ketika bagian masuk terbuka, udara baru yang sudah tertekan dalam crank case mengalir masuk kedalam silinder. Piston dan bagian-bagiannya secara umum mempunyai bentuk yang memudahkan pembelokan aliran udara baru dari bagian masuk langsung menuju bagian buang untuk mencapai pembilasan / scavenging yang baik dari gas sisa.


5

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.2.Proses Kerja Mesin 2 Langkah (Sumber : Arends BPM; H Berenschot)

2.2. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN MESIN 4 TAK DAN MESIN 2 TAK A. Kelebihan Mesin 4 Tak - Karena proses pemasukan, kompresi, kerja, dan buang prosesnya berdiri sendiri sehingga lebih presisi, efisien dan stabil, jarak putaran dari rendah ketingga lebih lebar (500 – 10000 rpm) - Kerugian langkah karena tekanan balik lebih kecil disbanding mesin dua langkah sehingga pemakaian bahan bakar lebih hemat - Putaran lebih baik dan panas mesin lebih dapat didinginkan oleh sirkulasi oli - Langkah pemasukan dan buang lebih panjang sehingga efisiensi pemasukan dan tekanan efektifrata-rata lebih baik, dan - Panas mesin lebih rendah disbanding mesin 2 langkah. B. Kekurangan Mesin 4 Tak - Komponen dan mekanisme gerak klep lebih banyak, sehingga perawatan lebih sulit - Suara mekanisme mesin lebih berisik _ Langkah kerja terjadi dengan 2 putaran poros engkol, sehingga keseimbangan putaran tidak stabil, perlu jumlah silinder lebih dari satu dan sebagai peredam getaran C. Ciri Umum Mesin 4 Tak - Gas buang tidak berwarna (kecuali ada kerusakan) - Bahan bakar lebih irit - Menggaunakan satu minyak pelumas untukmelumasi ruang engkol, piston, dinding silinder, dan transmisi. UNIVERSITAS MERCU BUANA

6

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

A. Kelebihan Mesin 2 Tak - Proses pembakaran terjadi setiap putaran poros engkol, sehingga putaran poros engkol lebih halus - Tidak memerlukan klep, komponen lebih sedikit - Perawatan lebih mudah dan relative murah - Tenaga lebih besar B. Kekurangan Mesin 2 Tak - Langkah masuk dan buang lebih pendek - Konsumsi pelumas lebih banyak C. Ciri Umum Mesin 2 Tak - Sistem pelumasannya dicampur kedalam bensin maka gas buang mesin 2 Tak berwarna putih - Pemakaian bahan bakar lebih boros

2.3. Siklus Termodinamika Dari Motor Torak 2.3.1. Umum Asumsi yang dipergunakan dalam siklus termodinamika : 1. Jumlah medium kerja dalam silinder motor konstan dan beroperasi dalam siklus tertutup. Dalam kondisi nyata siklus terbuka dimana keluaran gas dari siklus sebelumnya harus dibuang dari sirkulasi motor dan medium kerja yang baru dimasukan. 2. Panas yang diterima dari atmosfr pada waktu tertentu dari siklus disesuaikan dengan sifat alaminya. Dalam konteks sebenarnya, panas merupakan hasil dari reaksi kimia yang terjadi antara bahan bakar dengan oksigen dalam udara. 3. Kapasitas panas pada medium kerja dalam silinder merupakan hal yang konstan dan tidak tergantung dari temperaturnya. 4. Proses yang terjadi baik kompresi maupun ekspresi terjadi tanpa pertukaran panas dengan lingkungan (proses adiabatic). Kenyataannya perbedaan temperatur antara medium kerja dengan dinding silinder untuk kedua proses dan puncak mengahasilkan kerugian panas.


7

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.3.2. Siklus Dari Motor Bakar Torak 1. Siklus Motor 4 Langkah

Gambar 2.3. Siklus Motor 4 Langkah (Sumber : Nakuela S dan Shoichi, 1995) a. Langkah Masuk atau Hisap Pada langkah hisap tekanan dalam silinder hampir tetap dan kira-kira 0,1 bar lebih rendah dari pada tekanan atmosfer. Oleh karena perbedaan tekanan terlampau kecil untuk dapat dinyatakan dalam diagram, tekanan atsmofer diumpakan juga tekanan hisap. Garis 1 – 2 disebut juga garis hisap , ini mengumpakan penghisapan udara pembakaran. b. Langkah Kompresi Pada langlah kompresi tekanan gas naik hingga tercapai tekanan akhir kompresi, kompresi diumpamakan dengan garis kompresi 2 – 6. Jarak vertical 1 – 6 menunjukan tekanan akhir kompresi.


8

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

c. Pembakaran Pada akhir langkah kompresi pembakaran dilangsungkan, tekanan gas meningkat pada isi silinder tetap dari tekanan akhir kompresi sesuai titik 6 hingga tekanan pembakaran sesuai titik 7. Tekanan pembakaran diumpamakan dengan jarak vertical 1– 7. d. Langkah Kerja atau Langkah Ekspansi Ekspansi gas diumpamakan dengan garis 7 – 11 . Pada titik 11 katup pembuangan terbuka dan gas bekas berekspansi pada isi silinder tetap hingga tekanan atmosfer . Penurunan tekanan ini diumpamakan dengan gris vertical 11 – 2. e. Langkah Pembuangan Akhirnya gas bekas didorong keluar dari dalam silinder oleh tekenan pada waktu langkah pembuangan. Tekanan selama langkah pembungan adalah 0,1 bar pembuangan 2–1 yang berhimpitan dengan garis atmosfer.

2.3.3 Siklus Motor 2 Langkah

Gambar 2.4. Siklus Motor 2 Langkah (Sumber : Crouse; Angling 1994)


9

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.4 adalah diagram tekanan isi teroritis motor dua Tak. Kompresi mulai pada titik 1 setelah penutup lubang pembuangan. Garis1 – 2 adalah garis kompresi. Pada saat digambarkan dengan tekana titik 2, campuran terbakar dengan ledakan dan tekanan naik hingga titik 3. Garis 2 – 3 adalah garis pembakaran. Setelah pembakaran gas berekspansi dan melakukan kerja mekanik. Garis ekspansi digambarkan dengan garis 3 – 4. Titik 4 adalah permulaan pembuangan: gas bekas mengalir ke udara luar. Hal ini digambarkan dengan garis 4 – 5. Titik 5 adalah permulaan pembilas. Campuran baru mengalir kedalam silinder dan mendedak ke lubang pembungan. Tekanan dalam silinder hampir sama dengan tekakan atmosfer. Pembilasan dan pengisian silinder digambarkan dengan garis 5 – 6 – 5. Pada saat itu proses berulang kembali. Luas bidang diagram yang diarsir mengumpamakan pada suatu skala tertentu kerja teoritis yang dihasilkan tiap proses kerja.

2.4 Kecepatan Putar Mesin Kecepatan mesin (engine speed) adalah kecepatan putar dari poros engkol, yang dinyatakan dengan putaran per menit (rotation per minute / rpm). Frekuensi mesin (engine frequency) juga menunjukan besarnay putaran poros engkol, namun dalam radian per detik (radian per second). Flywheel (roda gila) dipasang dengan kegunaan untuk meredam fluktuasi dari kecepatan mesin yang disebabkan oleh gaya torsi yang terputus-putus.


10

TUGAS AKHIR

TEKNIK T MES SIN

Gambar 2.55. Skema Perrgerakan Pisston dan Porros Engkol (Sumberr : Nakuela S dan Shoichhi, 1995) f Dan gamb bar 2.14 dap pat dilihat hhubungan vo olume dan kkecepatan piiston pada suatu s sudut engkol dan frekuensi tertentu. t Keccepatan rataa-rata dari toorak adalah parameter yang pentinng dalam meerancang mesin, misalnnya tegangann dan factorr skala keceepatan pistoo dan kecepaatan mesin. Gerakan toorak adalah dua kali laangkah tiap satu putaraan poros enggkol, sehinggga terdapat hubungan : Up = 2.S.R 2 ............................................................... (2.55) ( Ref. Arissmunandar W, W hal 6 ) Diman na : Up

p (m/s) = kecepataan rata-rata piston

S

= panjang langkah pistton (mm)

Rs

= kecepataan putar mesin (rpm)

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.5 Daya Daya yang dihasilkan pada motor bakar besarnya selalu tidak konstan. Besarnya daya yang dihasilkan salah satunya tergantung pada tinggi rendahnya putaran mesin. Sehingga tinggi putaran mesin maka daya yang dihasilkan akan bertambah besar, namun putaran tertentu (putaran maksimum) daya akan mencapai maksimum, dan satelah itu besarnya daya yang dihasilkan akan menurun. Adanya daya mekanis yang dihasilkan motor adalah : •

Tenaga Indikasi (Indicated Horse Power)

.

. .

.....................................(2.6)(Ref. Arismunandar W, hal 9 )

. Keterangan : Ni

= Daya indikasi (indicated horse power) (hp)

Pi

= Tekanan indikasi (kg/cm2)

Vd

= Volume langkah (m3)

n

= Putaran poros engkol (rpm)

i

= Jumlah silinder

Z

= Perbandingan langkah siklus, untuk dua tak = 1 dan untuk empat tak = 2 •

Tenaga pada rugi-rugi mekanik (Mechanical Losses)

.

. .

................................(2.7)( Ref. Arismunandar W, hal 12 )

. Keterangan : Nm

= Tenaga yang hilang (hp)

Pm

= Rugi tekanan (N/m2) •

Tenaga Efektif (Brake Horse Power)

.

. .

...................................(2.8)( Ref. Arismunandar W, hal 12 )

. Keterangan : Nb

= Daya efektif (brake horse power) (hp)

Pb

= Tekanan efektif (N/m2) •

Efisiensi Mekanik

Nb = Ni – Nm

100% ............................... (2.9) ( Ref. Arismunandar W, hal 12 ) UNIVERSITAS MERCU BUANA

12

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Sehingga

100%....................................... (2.10)( Ref. Arismunandar W, hal 12 ) Keterangan : Nb

= Daya efektif (brake horse power) (hp)

Ni

= Daya indukator (hp)

Nm

= Tenaga yang hilang (hp)

2.6 Bahan bakar minyak Bahan bakar minyak yang berasal dari minyak bumi yang mengandung senyawa hidrokarbon yang terdiri dari atom hidrogen dan atom karbon merupakan jenis bahan bakar yang paling banyak digunakan pada motor bakar piston, baik Spark Ignition Engine (SI) maupun Compresion Ignition Engine (CI). Pada senyawa hidrokarbon, atom hidrogen dan atom karbon dihubungkan oleh suatu rantai ikatan yang dapat mempengaruhi sifat fisik dan sifat kimia dari hidrokarbon itu sendiri. Selain hidrokarbon, minyak bumi juga mengandung sulfur, oksigen dan nitrogen. Pada bahan bakar untuk mesin SI kita mengenal angka oktan. Suatu bahan bakar diukur dengan mesin CFR (Coordinating Fuel Research), yaitu sebuah mesin penguji yang perbandingan kompresinya dapat diubah-ubah. Disalam pengukuran itu ditetapkan kondisi standar opersinya (putaran, temperatur tekanan, kelembapan udara masuk, dan sebagainya).


13

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.6. Grafik prestasi sebuah motor bensin (Sumber : Nakuela S dan Shoichi, 1995) UNIVERSITAS MERCU BUANA

14

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.7 Proses Pembakaran Pembakaran pada motor bakar torak adalah proses reaksi kimia antara bahan bakar dan oksigen yang terjadi didalam ruang bakar, yang menghasilkan energi kalor. Oksigen ini diperoleh dari campuran bahan bakar dengan udara yang masuk kedalam mesin. Komposisi dari udara tersebut sebagian besar tergantung oksigen dan nitrogen serta sebagian kecil dari udara tersebut terkandung gas yang lain, seperti terlihat pada tabel 2.1 berikut :

Nama

Simbol

Mol Berat

Oksigen

O2

32,0

Nitrogen

N2

28,02

Argon

A

40,0

CO2

44,0

Gas lain

-

-

Total udara

-

28,95

Karbondioksida

Tabel 2.1. Komposisi Udara (Sumber : Daryanto, 2003) Adapun reaksi pembakaran bahan bakar hidrokarbon secara umum adalah: CnHm + (n + m) (O2 + 3,764 N2) nCO2 + m/2 H2O + 3.674 (n + m/4) N2……..(2.11). Sedangkan reaksi pembakaran antara bahan bakar bensin dengan karbon adalah:

8 18

2→8

2

9 2

Persamaan reaksi kimia di atas menunjukkan reaksi pembakaran yang sempurna dari 1 mol bahan bakar. Selama proses pembakaran, senyawa hidrokarbon terurai menjadi senyawasenyawa hidrogen dan karbon yang masingmasing bereaksi dengan oksigen membentuk CO2 dan H2O. Pada saat proses pembakaran dimana terdapat kelebihan udara, α > 1, gas hasil pembakaran akan mengandung O2, maka reaksi pembakaran di atas akan berubah menjadi : CnHm + (n + m/4) (O2 + 3,764 N2) → nCO2 + m/2 H2O + x O2 + 3.674 α (n + m/4) N2...(2.12) Dimana : α

= koefisien kelebihan udara

x

= jumlah mol pada sisa oksigen = 0,5 [ 2α (n + ¾) – (2n + m/2) ] UNIVERSITAS MERCU BUANA

15

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Untuk komposisi campuran bahan bakar dan udara dimana α < 1, maka akan terjadi kekurangan O2 untuk proses pembakaran. Sehingga membuat reaksi pembakaran berlangsung tidak sempurna. Akibat kekurangan ini, akan terbentuk gas CO serta terdapat sisa gas H2 dan hidrokarbon HC yang belum sempat terbakar. Reaksi ini dapat dinyatakan dengan persamaan reaksi sebagai berikut : CnHm + α (O2 + 3,764 N2) bCO2 + cH2O + dN2 + eCO + fH2+gHC........... (2.13) Jumlah mol dari masing-masing gas buang tersebut dapat diketahui melalui pengukuran dan analisa gas buang. Nitrogen tidak berperan pada proses pembakaran, namun pada temperatur yang tinggi nitrogen akan bereaksi membentuk senyawa NO. Setelah proses pembakaran, NO ini masih bereaksi dengan oksigen membentuk NO2, yang merupakan gas berbahaya bagi kesehatan.

2.8 Perbandingan Udara – Bahan Bakar Perbandingan antara massa udara untuk pembakaran dengan massa bahan bakar disebut perbandingan udara – bahan bakar atau air fuel ratio (AFR). Secara teoriritis AFR berperan penting dalam kesempurnaan pembakaran yang tergantung dari komposisi bahan bakar. Secara praktis, proses pembakaran tergantung sepenuhnya bagaimana udara dan bahan bakar dicampur, sehingga partikel-partikelnya dapat dikombinasi penuh. Besarnya AFR adalah : .................................................................................(2.14) Keterangan : ma

= massa udara yang dibutuhkan untuk pembakaran (kg)

mf

= massa bahan bakar yang dipergunakan untuk proses pembakaran (kg) Perbandingan yang biasa dipakai untuk mesin konvensional SI yang menggunakan

bahan bakar bensin adalah 12≤ A/F ≤ 18(0,056≤ F/A ≤ 0,083)(5) Dari gambar. 2.8. terlihat bahwa AFR pada motor bensin mempunyai kecenderungan meningkatkan dengan naiknya putaran mesin sampai nilai tertentu. Kemudian akan kembali turun setelah mencapai harga AFR tertinggi tersebut. Dan untuk motor diesel mempunyai kecenderungan yang berbeda dan mempunyai harga AFR yang lebih tinggi daripada motor bensin.


16

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.8.1 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah banyaknya bahan bakar yang digunakan untuk menghasilkan satuan daya:

,

…………………………....(2.15.)

2.9 Emisi Gas buang Emisi gas buang dapat didefinisikan sebagai gas sisa yang dibuang oleh kendaraan bermotor. Gas sisa yang dikeluarkan oleh kendaraan bermotor tidak hanya melalui system pembuangannya akan tetapi sebenarnya ada sumber lain yaitu evaporasi sistim bahan bakar dan emisi dari dalam tangki, bahan bakar sendiri terdiri dari beberapa senyawa hidrokarbon yang terjadi pembakaran sempurna dengan oksigen yang akan menghasilkan karbondioksida (CO2) dan air (H20) yang tidak berbahaya bagi kesehatan umat manusia dan lingkungan. Tetapi pada kondisi yang sebenarnya, pembakaran sempurna pada mesin sangat sulit didapatakan, sehingga dihasilkan gas-gas sisa pembakaran yang berbahaya dan beracun seperti CO, NOx, HC, dan sebagainya. Udara yang dibutuhkan untuk pembakaran dalam ruang bakar diambil dari udara bebas, dimana pada udara bebas mengandung 78% nitrogen, sehingga pada gas buang mengandung polutan NOx. Sebenarnya pada temperatur rendah, nitrogen tidak bereaksi dengan oksigen sshingga polutan NOx tidak dihasilkan oleh reaksi pembakaran, tetapi pada temperatur lebih dari 1800 °C, nitrogen akan bereaksi dengan oksigen pada saat pembakaran sehingga menghasilkan polutan NOx. Sedangkan untuk polutan karbon monoksida (CO) dapat dihasilkan oleh reaksi pembakaran yang terjadi adanya temperatur yang rendah pada sekeliling dinding silinder (quenching) dan ketidak seimbangan campuran antara udaradengan bahan bakar dalam ruangan bakar. Dengan adanya temperatur yang rendah disekitar dinding silinder maka pembakaran sulit terjadi karena api sulit mencapai kedinding silinder.


17

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar .2.8. Sumber Emisi Gas buang pada Kendaraan Bermotor. (Sumber : PT Indo Jakarta Motor Gemilang)

2.9.1. Pembentukan karbon monoksida (CO) Karbon monoksida adalah suatu gas yang dihasilkan oleh reaksi pembakaran yang kurang sempurna karena kekurangan oksigen pada saat pembakaran atau kurang lamanya waktu pembakaran. Dampak dari CO tersebut dapat mengurangi jumlah oksigen dalam darah, pingsan hingga kematian. Secara teoritis gas CO2 tidak akan terbentuk bila campuran udara dengan bahan bakar pada saat terjadi reaksi pembakaran lebih dari 16 : 1 (campuran miskin). Prosentase gas CO yang dihasilkan oleh mesin akan meningkat jika mesin tersebut dalam kondisi langsam (iddle) dan akan berkurang seiring meningkatnya putaran mesin. Data yang ada pada kendaraan penumpang kadar emisi gas CO lebih dari 7% dengan campuran udara – bahan bakar kaya dan hanya 1,25% untuk campuran stoikiometri. Konsentrasi CO akan jadi lebih rendah pada saat kendaraan berakselerasi dan pada saat kendaraan tersebut berjalan dengan konstan. Sebenarnya gas CO dapat diubah menjadi CO2 dengan jalan reaksi oksidasi, yaitu :


18

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2 CO + O2 →2 CO2 Dimana reaksi diatas tersebut dalam reaksi lambat, sehingga tidak dapat mengubah selama CO menjadi CO2. konsentrasi CO dalam gas buang sangat ditentukan ole AFR dan bervariasi seiring dengan perubahan AFR.

2.9.2. Pembentukan Hidrokarbon (HC) Hidrokarbon yang tidak terbakar merupakan hasil langsung dari pembakaran yang tidak sempurna. Disamping dari hasil pembakaran yang tidak sempurna, hidrokarbon berasal dari penguapan bahan bakar, baik dari sistim bahan bakar itu sendiri, maupun dari tangki bahan bakar. Dampak dari HC tersebut dapat menyebabkan iritasi mata, batuk, dan kanker paru-paru Penguapan bahan bakar ini akan membentuk gas HC yang dilepaskan ke atmosfir. Pada saat campuran udara – bahan bakar dipanaskan pada tempratur yang tinggi dalam ruang bakar, maka akan teroksidaasi secara cepat, sehingga terjadi pembakaran yang tidak sempurna dan terdapat bagian dari bahan bakar yang tidak terbakar. Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar HC dalam emisi gas buang kendaraan bermotor antara lain adalah : 1. AFR yang tidak tepat Kandungan HC dalam emisi gas buang akan meningkat seiring dengan semakin kayanya campuran udara dan bahan bakar. Hal ini menyebabkan pembakaran menjadi tidak sempurna, karena jika campuran semakin kaya maka jumlah udara dalam campuran akan semakin sedikit yang mengakibatkan kurangnya udara untuk menunjang proses pembakaran. Dengan demikian bahan bakar tidak terbakar seluruhnya dan keluar bersamaan dengan gas buang. 2. Valve (Overlap Blow By) Adanya saat ketika piston sedang mengalami langkah kompresi, katup hisap dan buang belum menutup secara sempurna, sehingga ada sebagian campuran udara – bahan bakar yang terbuang keluar. 3. Rasio Kompresi Yang Terbuang Rendah Ketika kendaraan mengalami deslerasi atau perlambatan, secara otomatis katup gas udara yang terhisap kedalam silinder. Pada saat yang sama terdapat sisa bahan bakar didalam saluran katup masuk kedalam silinder. Karena katup render dalam silinder dan campuran udara bahan bakar dalam silinder relative kaya. Dengan rasio kompresi


19

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

akan mengakibatkan proses penyalaan menjadi kurang sempurna sehingga pembakaran menjadi kurang sempurna pula. 4. Quenching Faktor lain yang mempengaruhi komsentrasi HC dalm gas buang adalah daerah pendingin (quenching). Pada daerah ini tempratur api dari busi akan menurun secara dratis, sehingga proses penyalaan campuran udara – bahan bakar pada daerah ini akan terlambat. Daerah pendingin adalah suatu daerah dimana tempratur nyala api akan menurun secara dratis karena proses penyebaran panas sebelum nyala api sampai ke dinding silinder dank arena perpindahan panas ke dinding silinder terlalu besar.

2.9.3 Pembentukan Oksigen Nitrogen (NOx) Oksigen nitrogen juga ditemukan dalam emisi gas buang pada kendaraan bermotor yang berupa nitrogen oksida (NO) atau nitrogen dioksida (NO2). Nitrogen merupakan gas yang bersifat stabil (inert) jika dalam kondisi normal. Pada umunmya NO yang terdapat dalam emisi gas buang kendaraan bermotor terjadi justru pada saat pembakaran sempurna, berbeda dengan proses pembentukan CO dan HC. Karena pada proses pembakaran sempurna, temperatur cukup tinggi untuk dapat terbentuknya NOx. Jika tempereatur dalam ruang bakar relative rendah (< 1800°C ) maka O2 dan N2 akan keluar ke atmosfir dalam bentuk unsure sendiri-sendiri. NOx yang terdapat dalam emisi gas buang kendaraan bermotor biasanya sebagian besar berupa NO yang terbentuk menurut reaksi sebagai berikut : N2 + O2 → 2 NO NO kemudian bereaksi dengan O2 dari udara luar menjadi : 2 NO + O2 → 2 NO2 Faktor utama yang mempengaruhi konsentrasi NO dalam emisi gas buang adalah diantaranya temperatur maksimum dalam ruang bakar dan perbandingan udara bahan bakar (AFR). Konsentrasi NO, maksimum pada ratio antara 14 : 1 sampai 16 : 1. Cara-cara yang dilakukan untuk menekan konsentrsai NOx anatara lain adalah dengan mengupayakan agar temperatur dalam ruang bakar tidak mencapai 1800°C atau mengupayakan agar waktu ruang bakar untuk mencapai temperatur maksimum T sesingkat mungkin. Selain itu, untuk mengurangi konsentrasi NO dalam emisi gas buang adalah dengan mengurangi konsentrasi oksigen untuk pembakaran. Dampak dari NOx tersebut dapat menimbulkan gangguan paruparu, asma, dan gangguan pernafasan.


20

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.10 Pengaruh Emisi Gas Buang Terhadap Lingkungan Secara umum pengaruh emisi gas buang terhadap lingkungan dapat dikelompokkan kedalam 5 kategori, yaitu : 1. Pengaruh terhadap kesehatan dan keselamatan manusia. 2. Pengaruh terhadap tumbuhan dan binatang. 3. Penagruh terhadap material dan bangunan. 4. Pengaruh terhadap gangguan baut dan nilai estetika. 5. Pengaruh terhadap ekosistem (udara, tanah, dan air). Pengaruh dan zat-zat yang terkandung dalam emisi gas buang pada kesehatan umat manusia dapat dijabarkan sebagai berikut: 1. CO (Karbon Monoksida). Senyawa karbon monoksida dapat mengakibatkanantara lain gejala kekurangan oksigen dalam darah terjadinya sesak nafas, sakit kepala, dan dalam akumulasi yang cukup tinggi mengakibatkan kematian.

Gambar 2.9 Kadar Konsentrasi Dari HC, CO, NO Pada Sistem Pembuangan Yang Dipengaruhi Oleh Perbandingan Bahan Bakar Dengan Udara (Sumber: Arismunandar W, hal 12 )


21

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2. Pb (Timbal atau Timah Hitam) Timbal atau timah hitam merupakan logam barat yang bila terhisap tidak bisa hilang dari dalam tubuh manusia. 3. HC (Hidro Carbon) Hidro corbon dalam tubuh manusia dapat menyebabkan antara lain rusaknya jaringan lemak dalam tubuh dan tergantunya fungsi hati. 4.SOx (Sulffur Oksida) Sulfur oksida dalam tubuh manusia dapat mengakibatkan terjadinya sesak pada sistimpernapasan manusia atau bahkan dapat menyebabkan terjadinya bronchitis. 5.NOx (Nitrogen Oksida) Nitrogen oksida merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. Dengan adanya O2 akan bereaksi membetuk NO2 yang mengeluarkan bau yang merangsang dan dapat menyebabkan edema paru-paru bronchitis. NO2 da;lam tubuh manusia dapat mengakibatkan terganggunya kinerja haemoklobin dan darah sehingga dapat menyebabkan lemas atau bahakn dan rusak organ dalam paru-paru. 5. Partikulat Pengaruh partikulat pada tubuh manusia antara lain dapat memicu terjadinya kanker, terjadinya gangguan pernapasan dan dapat mengganggu pernapasan dan dapat mengganggu proses metabolisme tubuh.

2.10.1 Kabut Asap Reaksi kimia yang terjadi antara unsur nitrogen oksida (NO) dengan hidro karbon (HC) yang dipengaruhi oleh radiasi sinar ultra violet menyebabkan kabut asap diudara, dan biasanya terjadi pada saat cuaca panas atau pada hari-hari musim panas. Kabut asap yang terjadi akibat dari emisi gas buang ini sangat merugikan manusia dan lingkungan karena dapat mengakibatkan terjadinya antara lain : □ Iritasi mata dan gangguan pernapasan □ Berkurangnya jarak pandang bagi para pengendara kendaraan. □ Kerusakan kehidupan tumbuhan karena proses fotosintesis terganggu. Untuk mengurangi resiko terjadinya kabut asap akibat dari emisi gas buang teritama NO dan HC dapat dilakukan dengan cara mengubah unsur-unsur tersebut menjadi lebih tidak berbahaya bagi lingkungan. Untuk melakukan hal tersebut dapat dipasang suatu alat katalisator pada sistim gas buang kendaraan bermotor yang disebut catalytic konferter


22

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

Gambar 2.10 Jalur Pembentukan Melalui Proses Fotokimia (Kiyuku & Murdhana, 1998). 2.10.2 Hujan Asam Hujan asam yang terjadi di atmosfir disebabkan oleh reaksi kimia antara NO dan SO2 yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor. SO2 yang trdapat pada emisi gas buang kendaraan bermotor biasanya disebabkan karena adanya konsentrasi sulfur yang terdapat pada bahan bakar walaupun kadarnya rendah. Konsentrasi asam di atmosfir yan terlalu tinggi akan mengubah keseimbangan pH yang ada sehingga akan menyebabkan kerusakan pada kehidupan tumbuhan, kerusakan struktur bangunan, kerusakan tanah, korosi, dan lain-lain.


23

TUGAS AKHIR

TEKNIK MESIN

2.10.3 Penipisan Lapisan Ozon Lapisan ozon (O3) di atmosfir sangat berperan penting dalam mengurangi efek radiasi sinar ultra violet dan dari matahari. Adanya reaksi kimia antara chloro fluoro karbon (CFC), hidro karbon dan oksida nitrogen menyebabkan lapisan ozon terserap karena reaksi tersebut memerlukan O3 sebagai perantaranya. Akibat dari penyerapan tersebut maka akan terjadi penipisan ozon sehingga initensitas radiasi sinar ultra violet yang sampai ke permukaan bumi menjadi sangat tinggi.

2.10.4 Efek Rumah Kaca (Green House Effect) Adanya kabut asap pada permukaan bumi mengakibatkan permukaan bumi seakanakan diselimuti oleh suatu lapisan yang menyebabkan panas matahari yang sudah masuk bumi tidak dapat dipantulkan kembali keluar karena lapisan tersebut menghalanginya, sehingga terjadi pemanasan global dibumi.


24

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents