BAB II TEORI. manusia. Hasil konferensi Perserikatan Bangsa-Bangsa pada tahun 1972 di

Tugas Akhir

BAB II TEORI

2.1 Lingkungan Hidup Akhir-akhir ini masalah lingkungan hidup menjadi pusat perhatian manusia. Hasil konferensi Perserikatan Bangsa-Bangsa pada tahun 1972 di Stockholm telah membentuk suatu badan yang menangani lingkungan hidup yang dinamai Governing Council on Environmental Programmes. Mengapa masalah lingkungan hidup ini sangat penting diperhatikan? Karena lingkungan hidup tempat kelangsungan hidup manusia dan makhluk hidup lainnya. Limgkungsn hidup ini mencakup udara, air dan tanah. Setiap saat manusia menghirup oksigen dari udara untuk kebutuhan metabolisme tubuh. Air sangat dibutuhkan tubuh sebagai pelarut, menjaga keseimbangan suhu tubuh, dan kepentingan lainnya. Tanah sangat dibutuhkan untuk kelansungan hidup tanaman dan tanaman merupakan kebutuhan pokok untuk manusia dan hewan. Untuk itulah lingkungan hidup sangat penting diperhatikan. Sumber pencemaran lingkungan yang paling besar ada di kota-kota besar. Asap kendaraan bermotor dengan jumlah yang sangat padat, asap dari industri kecil sampai industri besar yang jumlahmya sangat banyak, limbah industri, limbah rumah tangga dari jumlah penduduk yang sangat padat. Jika diperhatikan kehidupan masyarakat dikota besar yang memiliki tingkat ekonomi mapan, pada umumnya mereka berlomba-lomba membeli kendaraan dari model kuno sampai model yamg paling mutakhir sehingga tidak asing lagiterdapat satu keluarga yang

Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

9

Tugas Akhir

masing-masing anaknya mempunyai satu kendaraan. Sehingga jalan-jalan menjadi macet karena padatnya kendaraan, kemudian menghasilkan asap yang sangat besar yang mencemari udara sekitarnya. Tumbuhnya industri kecil sampai industri besar dengan pesat menghasilkan asap tebal yang mencemari udara sekitarnya. Juga limbah industri yang mengandung zat-zat beracun yang seenaknya dialirkan ke sungai sehingga mencemari air sungai yang kemudian akan mencemari air laut. Tingginya jumlah perpindahan penduduk dari desa ke kota, membuat jumlah penduduk di kota besar sangat padat yang mengakibatkan besarnya limbah rimah tangga yang dihasilkan. Semua itu menambah pencemaran lingkungan hidup di kota besar. 2.2 Pencemaran Udara 2.2.1 Pengertian udara bersih Udara bersih ialah udara yang sehat untuk kelangsungan hidup makhluk hidup khususnya manusia yaitu udara yang komposisinya masih dapat diterima. Dengan kata lain, udara bersih mempunyai komposisi yang berada di dalam ambang batas. Dibawah ini tabel komposisi udara bersih dan kering. Konsentrasi gas-gas di udara dalam tabel itu yang dimaksud dengan konsentrasi (kadar) ambang batas. Jika konsentrasi gas-gas di udara sudah melampaui ambang batas, maka udara dikatakan sudah tercemar.


10

Tugas Akhir

Tabel 1 Susunan Komposisi Udara Bersih dan Kering No Komponen Udara 1

Rumus Molekul

Nitrogen

N2

2 Oksigen O2 3 Argon Ar 4 Karbon dioksida CO2 5 Neon Ne 6 Helium He 7 Metana CH4 8 Kripton Kr 9 Nitrogen oksida N2O 10 Hidrogen H2 11 Xenon Xe 12 Nitrogen dioksida NO2 13 Ozon O3 ppm = parts per million ( bagian per sejuta )

Konsentrasi (ppm) 780.900 209.400 9.340 315 18 5,2 1,0 – 1,2 1 0,5 0,5 0,08 0,02 0,01 – 0,04

(sumber : Perkins, HC., Air Polution, McGraw-Hill Book Company, 1974 )

2.2.2 Pencemaran Udara Pada Kendaraan Bermotor Gas buang diproduksi ketika campuran bahan bakar

dibakar didalam

silider. Gas ini berisi zat kimia yang tidak berbahaya dan relatif kecil zat kimia yang berpolusi. Zat kimia yang tidak berbahaya adalah nitrogen (N. 71 % ), hidrogen ( H2O. 9,2 % ) dan carbondioxide (CO2. 18,1 % ). Pembakaran yang tidak sempurna menghasilkan carbon monoxide (CO. 0,85 % ), Nitrogen oxida ( Nox. 0,085 % ) dan hidrokarbon ( HC.0,008 % ). Jumlah gas yang kira-kira berpolusi 1 %.


11

Tugas Akhir

Gambar 1 Kompoisi Gas Buang

Pollutans carbon monoxide

hidrokarbon 0.09% 0.005% Nitrogen Oxida

Solids

0.01%

0.85%

1% Nitrogen

Komposisi Gas Buang Oksigen

Hidrogen

Carbondioxida

Pollutans

18.1%

9.2% 0.7% 71%

Dalam pembakaran (oksidasi) yang sempurna (teoritis), reaksi pembakaran adalah sebagai berikut : C6H18 + O2

----------------

CO2 + H2O

Tetapi dalam prakteknya udara mengandung 20 % O2 dan 75 % N2. karena pembakaran yang 100 % sempurna hanya didapatkan dalam keasaan laboratorium. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

12

Tugas Akhir

Maka dalam prakteknya, pembakaran akan berlangsung sebagai berikut : Campuran udara bensin C8H18 +O2 + N2

-----------------

Pembakaran CO2 + H2O + CO + HC + Nox + Others

Hanya 4 macam gas yang kita analisa, karena gas-gas ini sangat penting dan berpengaruh dalam mendiagnosa kerja mesin yang sesungguhnya. Gas-gas tersebut yaitu : CO2 , CO , HC , O2 2.2.3 Sumber pencemaran udara dan Bagaiman Gas Yang Berpolusi 2.2.3.1 Carbon Monoxide (CO). Carbon Monoxide (CO) adalah gas yang sangat beracun, dibentuk dalam ruang bakar manakala terjadi pembakaran yang tidak sempurna. Jika campuran udara dan bensin terlalu kaya maka carbon monoxide dibentuk seperti pada pembakaran yang tidak sempurna. Besarnya jumlah carbon monoxide tergantung dari perbandingan udara bensin. Banyaknya CO dari gas buang tergantung pada perbandingan campuran bahan bakar dengan udara. Hanya bahan bakar pada pembakaran yang sempurna menghasilkan kadar CO sebesar 0%. Hal ini dapat tercapai dengan perbandingan dengan perbandingan campuran bahan bakar dengan udara secara teoritis lebih besar dari 14,8/1. Namun untuk mempertahankan perbandingan sebesar ini selama mesin berjalan dengan beban yang diberikan sangatlah sulit karena kualitas campuran selalu berubah. Persentase CO akan meningkat pada saat terjadi kondisi idle (tanpa beban), karena frekuensi putaran mesin yang rendah sehingga laju aliran udara


13

Tugas Akhir

dan laju aliran bahan bakar belum stabil. Perbandingan presentase karbon monoksida motor otto dengan motor diesel dibawah ini. Konsentrasi CO didalam silinder tinggi selama pembakaran. Selama langkah usaha, CO beroksidasi membentuk CO2. Jika campuran kurus terlalu banyak udara, konsentrasi CO terutama tergantung pada ketidakhomogenan distribusi campuran dan ketidaksesuaian komposi campuran antara langkah isap satu silinder dengan lainnya. Jika kandungan udara lebih banyak lagi, kandungan CO dalam gas buang benar-benar dipengaruhi oleh temperatur pembakaran yang rendah, karena proses oksidasi tidak mencapai yang optimum.

Gambar 2 Hubungan polusi gas buang dengan perubahan udara ( air ratio / lambda ) ( Sumber : Perkins, HC., Air Polution, McGraw-Hill Book Company, 1974 )


14

Tugas Akhir

Contoh : Jika ada pengapian tetapi campuran bahan bakar dan udara terlalu kaya ( lebih banyak bahan bakar daripada udara) maka akan kekurangan O2 untuk mengubah CO menjadi CO2, sehingga CO akan tinggi.

Penyebab umum tingginya CO adalah :  Karburator/Injektor kotor  Filter udara kotor atau choke menutup CO menunjukkan bagaimana bahan bakar dan udara dicampur dan dibakar. Kadar CO diukur/dinyatakan dalam % volume. 2.2.3.2 Hidrocarbon (HC). Hidrokarbon kemungkinan besar diproduksi jika udara tidak mencukupi ( seperti pada carbon monoxide ). Ketika campuran udara bensin kaya dibakar. HC adalah gas beracun lain penyebab kanker, diukur dengan PPM ( part per million/bagian per 1 juta ) dengan infrared analyser. Dalam gas buang sering terjadi senyawa Hidrokarbon (HC) yang belum terbakar. Dimana banyaknya tergantung dari kondisi mesin pada saat beroperasi. seperti campuran udara dengan bahan bakar, kecepatan torak besarnya beban, cara operasi. Persentase HC akan tinggi pada saat kondisi idle, kecepatan rendah pada saat pengereman, dikarenakan kualitas campuran bahan bakar dengan udara menurun sehingga jumlah HC tidak terbentuk cukup banyak, pada saat mesin berputar 17%, akselerasi 7%, kecepatan 13%, pada saat pengereman motor 63%.


15

Tugas Akhir

Pada dasarnya HC dibentuk selama proses pembakaran berlangsung tidak sempurna. Kenaikan HC umumnya disebabkan oleh problem pengapian (karena bensin tidak terbakar). Contoh : Kerusakan kabel busi tegangan tinggi atau waktu pengapian tidak tepat, faktor lain yang mendorong tingginya HC adalah kompresi lemah atau sedotan lemah sehingga pembakaran tidak lengkap dan menyebabkan bensin tidak terbakar yang akibatnya keluar sebagai HC. Catatan : HC yang penting untuk mendiagnosa efisiensi mesin, seperti CO juga tidak bisa diukur pada ujung knalpot yang dilengkapi dengan catalityc converter. Catalityc Converter ( CCO ) Ingat selalu rumus ini : Campuran bahan bakar

Gas buang

 C8H18 + others  O2

CO2 , Nox Pembakaran

 N2

H2O , O2 HC + others

Catatan : Hanya 4 macam gas saja yang perlu kita mengerti yaitu O2 , CO2 , CO , HC dari mereka kita dapat menganalisa pembakaran didalam ruang bakar dan kita juga dapat mengetahui sebatas mana kemampuan mesinnya. CO/HC meter tidak menganalisa gangguan mesin dengan cepat dan tepat, apalagi jika kelak bila exhaust sistem telah dilengkapi dengan catalityc converter, maka CO/HC meter tidak dapat dipergunakan lagi.


16

Tugas Akhir

Proses catalityc converter HC O2

H2O ------- CCO ------

N2 , CO

Nox CO2

2.2.3.3 Carbon Dioxide (CO2) dan Oxigen (O2) Pada prinsipnya setiap pembakaran menerapkan sistem ini. Setiap terjadi pembakaran/penyalaan, CO2 akan dihasilkan dan O2 dipakai. Dalam pembakaran yang hampir sempurna, CO2 harus tinggi dan O2 rendah. CO2 merupakan indikasi dari tingkat efisiensi pembakaran dalam mesin bakar bensin. Untuk rendahnya pembakaran CO2, penyebabnya antara lain campuran udara bensin yang salah atau kurangnya pengapian atau kualitas bensin. Untuk tingginya pembacaan O2, ini menunjukkan bensin jalan kurus atau knalpot bocor. Catatan : Jika kita punya pembakaran, hukum dasarnya adalah CO2 harus tinggi dan O2 harus rendah. 2.2.3.4 Timah (Pb) Untuk

mempertinggi

kecepatan

tekanan

dari

bensin,

perlu

dipertimbangkan dengan campuran timah. Ini dapat menyebabkan timbulnya bagian- bagian abu dari timah dengan ukuran kira- kira 1 mikron. Lebih – lebih pada lalu lintas yang padat. Oleh sebab itu dan perambatannya

terikat pada

persyaratan hukum. Penggunaan bensin sebagai bahan pembersih dapat juga merusak kesehatan.


17

Tugas Akhir

2.2.3.5 Nitrogen Monoksida (NO 2 ) Gas ini dibentuk dalam motor, khususnya pada suhu tinggi. Diudara luar masih menyatu dengan zat asam, sehingga terbuat Nitrogen Monoksida (NO 2 ). Dibawah pengaruh sinar matahari akan timbul kabut (NO 2 ) menimbulkan rasa nyeri pada mata dan selaput lain, gas ini juga merusak lingkungan sekitar. 2.3 Perbandingan Campuran Udara Bensin Teori ini dikenal sebagai hukum STOICHIOMETRIC. Perbandingan udara bensin stoichiometric perbandingan dimana 14,7 kg udara dicampur dengan 1 kg bensin. Campuran ini menhin pembakaran 1 kg bensin sampai habis. Dengan kata lain : 14,7 kg diperlukan untuk membakar 1 kg bahan bakar ( dalam pembakaran sempurna ). Faktor lambda ( λ ), pada dasarnya adalah perbandingan antara udara nyata dibagi dengan udara yang secara teori diperlukan untuk membakar 1 kg bensin. Jumlah udara yang dipakai dalam pembakaran nyata λ=

__________________________________________________ Perbandingan udara – bensin STOICHIOMETRIC ( 14,7 : 1 )

Untuk pembakaran sempurna ( udara – bensin ) 14,7 λ =

_______

14,7 =

14,7 : 1

____ = 1 14,7

Maka : Jika λ kurang dari 1 artinya campuran kaya ( lebih banyak bensin daripada udara ) berarti boros


18

Tugas Akhir

Jika λ lebih dari 1 artinya campuran kurus (lebih banyak udara daripada bensin ) berarti bahan bakar irit.

Display pada alat CO tester CO

: Untuk mengecek betul/ tidaknya penyetelan mesin dan melihat

kurus (irit) atau kayanya ( boros ) campuran bensin – udara. CO2 : Untuk menunjukkan sempurna tidaknya proses pembakaran CO2 seharusnya setinggi mungkin ( maksimum ). HC : Bahan bakar yang tidak terbakar, bila HC tinggi pembakaran tidak sempurna ( contoh karena kabel busi yang sudah jelek, injector kotor ). O2

:

Harus rendah bila pembakaran bagus, kalau terlalu tinggi

kemungkinan knalpot bocor atau satu silinder tidak ada pembakaran. Dengan kadar O2 kita juga bisa melihat apakah catalityc converternya masih berfungsi baik. λ : Angka ratio antara bensi – udara, angka ini dihitung oleh komputer dari semua data diatas. λ >

1

= Campuran kurus ( irit, banyak udara )

λ <

1

=

Campuran kaya ( boros, banyak bensin )

2.4 Pencemaran Oleh Hidrokarbon Emisi hidrokarbon yang terdapat pada gas buang berbentuk bahan bakar yang tidak terbakar dengan sempurna diruang bakar dimana hanya sebagian bahan bakar bereaksi dengan oksigen terutama dekat dengan silinder hal ini pada


19

Tugas Akhir

umumnya disebabkan karena lemahnya api dan rendahnya temperatur pembakaran. Hidrokarbon dapat diemisikan tidak hanya jika campuran udara bahan bakarnya kaya,tetapi dapat juga jika campuran tersebut miskin. Jika suhu pembakaran rendah dan perambatan nyala api rendah serta luasan dinding bakarnya yang bersuhu rendah agak besar, kondisi ini terutama dijumpai pada saat motor baru dihidupkan atau pada putaran bebas (idle) maka secara alamiah motor akan banyak menghasilkan emisi hidrokarbon. Profil temperatur sepanjang torak dan melalui dinding torak dapat ditunjukkan dalam gambar berikut ini.

Gambar 3 Quench Zone antara Torak dan Silinder Motor Bakar (Sumber : Arismunandar. Wiranto, Pengerak mula Motor Bakar Torak, edisi 4, ITB, Bandung, 1998). Karena adanya proses pendinginan, maka terdapat bagian pada ruang bakar yang bertemperatur rendah. Daerah ini disebut dengan quench zone, dan karena rendahnya temperatur, maka campuran udara bahan bakar akan sulit untuk terbakar. Gas buang disekitar katup akan keluar terlebih dahulu dan bertemperatur


20

Tugas Akhir

relatif rendah, dan gas terakhir yang mengenai dinding torak yang bertemperatur rendah akan menjadi bertemperatur rendah juga. Jadi dalam tujuan dalam mengurangi emisi hidrokarbon juga akan mencakup pengurangan quench zone. 2.5 Parameter Unjuk Kerja Mesin Pada motor bakar mempuyai unjuk kerja mesin yang berbedabeda. Hal ini tergantung dari faktor yang bersangkutan dengan sfesifikasi motor bakar torak itu sendiri, seperti; volume silinder, susunan silinder, panjang langkah torak (stroke), sistem bahan bakar dan udara, sampai dengan kondisi lingkungan bahan bakar yang digunakan. Dalam evaluasi unjuk kerja mesin terdapat beberapa parameter utama yang perlu diperhatikan yang merupakan pengaruh dari berbagai kondisi. Parameter unjuk kerja mesin tersebut antara lain: 1. Torsi. 2. Daya Mesin Efektif. 3. Tekanan Efektif Rata- Rata. 4. Konsumsi

Bahan

Bakar

Spesifik. 5. Efisiensi Thermis.


21

Tugas Akhir

2.5.1

Torsi Torsi poros merupakan suatu faktor yang memegang peranan penting dalam

dalam menentukan prinsip kerja motor. Jika daya poros motor naik maka torsi motor juga akan naik. Pengoperasian yang mencapai beban penuh akan diikuti dengan kenaikan daya poros hingga maksimum. Jika beban ditambah terus daya poros akan menurun sedangkan torsi motor masih bisa bertambah, sehingga pada posisi tertentu akan mencapai torsi. Torsi yang dihasilkan oleh mesin dapat dihitung dengan persamaan : Torsi Maksimum Pada Poros Mesin adalah T = 9550 . Ne µk n µp Dimana,

T

= Torsi mesin (Nm)

Ne

= Daya poros efektif (kW)

n

= Putaran Poros

µk  µp

( Sularso, hal.7)

= Koefisien gesek jalan aspal (Tabel) = 0,13 = Efisiensi poros

2.5.2 Daya Mesin Efektif (BHP) Besarnya daya mesin merupakan fungsi dari torsi yang terukur oleh dinamometer dan besar putaran poros dari mesin dapat dinyatakan dengan menggunakan persamaan :

( Sularso, hal.7) atau dapat juga dinyatakan dengan hasil kalibrasi dinamometer :


22

Tugas Akhir

( Sularso, hal.7) Dimana : BHP = Brake Horse Power (Kw) P = Gaya yang terbaca pada dynamometer (N) atau besarnya keluaran T

= Torsi suatu poros (Nm)

R = Panjang lengan dinamometer = 0,9549m Nd = Putaran Mesin (rpm)

2.5.3 Tekanan Efektif Rata- Rata Tekanan efektif rata– rata (Brake Mean Effective Pressure) yang merupakan tekanan rata– rata yang bekerja pada piston selama langkah kerja dapat dihitung berdasarkan rumus:

(termodinamika Teknik,Hal;114) dimana : N = Tenaga kuda poros (Kw) A = Luas penampang torak (m2) L = Panjang langkah torak (m) i

= Jumlah silinder

Nd = Putaran motor (rpm) Z

= Jumlah putaran poros engkol menyelesaikan satu siklus kerja


23

Tugas Akhir

2.5.4

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption ) Specific Fuel Consumption adalah jumlah pemakaian bahan bakar yang

dikonsumsi oleh mesin yang menghasilkan daya satu dk selama satu h. Sfc dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Atau Sfc = 3600 x Mb

( kg / kwh )

BHP x t

(Termodinamika Teknik,Hal;114)

dimana : Sfc

= Specific Fuel consumption

Mb

= Massa bahan bakar yang dikonsumsi(kg) selama t (detik)

BHP = Daya yang dihasilkan mesin (Kw) t = Waktu yang dibutuhkan oleh mesin untuk mengkonsumsi bahan bakar sebanyak Mb kg (detik) 2.5.5

Efisiensi Thermis Efisiensi thermis merupakan efisiensi pemanfaatan panas dari bahan bakar

untuk dirubah menjadi tenaga mekanis. Hal ini dapat dihitung dengan rumus: ηth =

BHP Mb x Q

x 100 %

( Thermodinamika Teknik Hal.120)

Dimana : ηth

= Efisiensi thermis

Mb

= Massa bahan bakar yang dikonsumsi(kg) selama t (detik)

BHP = Daya yang dihasilkan mesin (Kw) Q = LHV = Nilai kalor bahan bakar = 41860 kJ/kg


24

Tugas Akhir

2.6 Produksi Hidrogen Salah satu cara untuk menghasilkan hidrogen adalah melalui proses elektrolisa dengan bantuan energi listrik. Skema dari prinsip elektrolisa ditunjukkan dalam gambar 4. Sebuah tangki diisi dengan air yang dicampur dengan larutan asam, sehingga air tersebut dapat bertindak sebagai konduktor untuk menghantarkan listrik. Campuran air dan larutan asam tersebut disebut dengan elektrolit. Dalam elektrolit tersebut dipasang dua buah elektroda masing-masing adalah elektroda positif atau anoda dan elektroda negatif atau katoda. Bagian anoda dihubungkan dengan kutub positif arus searah dan katoda pada katub negatifnya.

Gambar 4 Skema Sederhana dan Prinsip Produksi Hidrogen Dengan Elektrolisa (Sumber : http: //obiezone blogspot.com) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

25

Tugas Akhir

Jika arus searah mengalir, terjadilah peristiwa elektrolisa, sehingga atom-atom hidrogen dari air akan kehilangan elektronnya, sehingga atom-atom oksigen mendapat tambahan elektron. Dengan demikian atom oksigen menjadi sebuah ion yang bermuatan negatif (O-) dan atom hidrogen menjadi sebuah ion yang bermuatan positif (H+). Karena bermuatan positif, ion-ion H+ akan tertarik pada katoda yang bermuatan negatif. Ion-ion H+ ini akan berkumpul di katoda. Pada saat menyentuh katoda, ion H+ akan menerima sebuah elektron dan akan kembali menjadi sebuah atom H tanpa bermuatan. Atom-atom hidrogen ini akan bergabung menjadi gas H2 dalm bentuk gelembung-gelembung dan melalui katoda akan naik keatas keluar dari tangki. Dalam proses ini elektrolit harus selalu ditambah air karena H2O terus menerus terurai. Dengan demikian dalam proses elektrolisa ini, air bertindak sebagai bahan baku. Beberapa proses elektrolisa menggunakan elektrolit padat berupa polimer yang berfungsi sebagai membran penukar ion. Membran tersebut fleksibel, mempunyai kekuatan mekanik yang baik dan tahan terhadap gas pereaksi (reaktan). Skema dari sistem Electrolizer tersebut ditunjukkan dalam gambar dibawah ini

: Gambar 5 Skema Sistem Electrolizer ( sumber : www.water4gas.com ) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

26

Tugas Akhir

Metode ini merupakan proses pemisahan ion-ion air. Sel yang terdapat pada sistem ini terdiri dari membran pengubah ion diman pada kedua bagian sisinya dilapisi dengan platina, kolektor sebagai catu daya pada membran untuk menjaga sirkulasi dari elektrolit dan menghasilkan gas. Separator berfungsi untuk menjaga kontinuitas aliran ion ke anoda. Sel tersebut bekerja pada tegangan DC kurang dari 2 volt. Beberapa keuntungan yang dapat dipetik dari sistem ini, diantaranya : 1. Bebas Perawatan. Hal ini disebabkan karena komponen dapat terhindar dari korosi karena tidak menggunakan larutan yang bersifat korosif seperti basa/alkalin 2. Hidrogen yang dihasilkan sangat murni (99%). 3. Pengoperasian dan pengendaliannya sangat sederhana. Pembangkitan hidrogen dapat diatur melalui aliran arus yang masuk. 4. Membran pengubah ion dapat memisahkan sekaligus memampatkan hidrogen yang dihasilkan.

Gambar 6 Konfigurasi dari Sistem Elektrolisa Air dengan Elektrolit Solid Polimer ( sumber : www.water4gas.com ) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

27

Tugas Akhir

2.7 Sistem Suplai Hidrogen Dalam pemilihan unit suplai hidrogen harus memperhatikan faktor kemudahan pemasangan pada kendaraan motor, bobot, biaya dan perawatan. Konfigurasi dari sistem suplai hidrogen (bambar 4) terdiri dari : tangki air yang terbuat dari material resin, HHO Electrolizer dimana peristiwa elektrolisa berlangsung, dan tangki hidrogen yang juga dari material resin.

Gambar 7 Konfigurasi Sistem Suplai Hidrogen ( sumber : www.water4gas.com )

Unit pensuplai hidrogen ini dirancang seringkas mungkin untuk dipasang pada ruang motor. Waktu yang dibutuhkan untuk mensuplai hidrogen tiap siklus tergantung dari besarnya energi yang dikonsumsi, kerapatan arus listrk yang beroperasi, dimensi unit pensuplai dan lain-lain. Bagaimanapun juga unit ini dirancang untuk membangkitkan hidrogen sebesar 0,2 liter/menit selama ± 10 menit dimana konsumsi air pada tiap siklus sekitar 2 cc. Pada gambar 5 ditunjukkan kurva hubungan antara jumlah hidrogen yang dihasilkan terhadap arus. Kondisi dari hidrogen yang dihasilkan dan proses penyimpanannya dapat dipantau melaui indikator tekanan dalam tangki dan lamanya arus listrik diberikan,


28

Tugas Akhir

selain itu hidrogen yang tersimpan dapat dipisahkan dari oksigen untuk menghasilkan hidrogen yang lebih murni dengan menggunakan membran pengubah ion. Hal ini memungkinkan penyimpanan hidrogen bertekanan tinggi tanpa menimbulkan penyalaan sendiri, sehingga dapat dikatakan sangat aman.

Gambar 8 Kurva Arus yang Digunakan vs Jumlah Hidrogen yang Dihasilkan ( sumber : www.water4gas.com ) 2.8 Penerapan Sistem Dalam penerapannya dilapangan, sistem tersebut membutuhkan beberapa komponen bantu yang lain, diantaranya adalah sistem udara cadangan, yang mensuplai udara cadangan pada exchaust manifold; sistem penyalaan yang terdiri dari koil tegangan tinggi dan pemantik untuk menyalakan hidrogen yang di injeksikan diatas katalisator; pengendali, yang mengatur/membatasi hidrogen yang di injeksikan, suplai udara cadangan dan sistem penyalaan. Skema sistem penambahan hidrogen setelah pembakaran ditunjukkan pada gambar 6. Prinsip kerja dari sistem tersebut diawali dengan sinyal untuk menghidupkan motor dikirim ke kontroler yang akan memberikan perintah untuk membuka katub solenoid (suplai hidrogen), selanjutnya kontroler mengirimkan sinyal untuk menghidupkan pompa suplai udara cadangan dan sistem penyalaan. Pada proses penyalaan lanjut, hidrogen Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

29

Tugas Akhir

yang sudah terbentuk dinyalakan untuk membakar hidrokarbon yang belum terbakar di ruang bakar.

Gambar 9 Spesifikasi Dan Konfigurasi Sistem ( sumber : Masaharu K., Akaki, H.M., Tsuchikawa, A.S.1996 )

2.9 Konsep Laju Reaksi Pengaruh Katalis terhadap Laju Reaksi 2.9.1 Pengertian Laju Reaksi Laju reaksi menunjukkan perubahan konsentrasi zat pereaksi ( reaktan ) atau zat hasil reaksi (produk) dalam satu satuan waktu. Laju suatu reaksi dapat didefinisikan pula sebagai laju berkurangnya konsentrasi zat reaktan atau laju bertambahnya konsentrasi suatu produk tiap satuan waktu. Laju reaksi disimbolkan dengan v. Untuk menyatakan laju reaksi dari zat reaktan atau produk.


30

Tugas Akhir

2.9.2 Faktor-faktor yang mempengaruhi Laju Reaksi 2.9.2.1. Faktor Sifat Dasar Zat Bahwa ada reaksi yang berlangsung cepat ( natrium dimasukkan kedalam air ) dan ada yang berlangsung lambat

( perkaratan besi ). Dalam hal itu yang

menentukan laju reaksi adalah sifat dasar dari zat reaktan tersebut. Untuk lebih memahami faktor sifat dasar ini, perhatikan perbedaan laju reaksi antara 2 reaksi berikut: Reaksi 1 : H2 + ½ O2  H2O Reaksi 2 : ½ H2 + ½ F2  HF Dari percobaan, ternyata reaksi 2 lebih cepat dari reaksi 1. Hal itu dapat dijelaskan sebagai berikut. Dalam reaksi H2 dengan O2, harga energi disosiasi masing-masing adalah 436 kJ/mol dan 498,3 kJ/mol. Harga-harga energi disosiasi itu menyatakan ikatan kovalen yang sangat kuat sehingga membutuhkan energi pemutusan yang besar. Akan tetapi, energi disosiasi ikatan F2 adalah 157 kJ/mol jauh lebih kecil dibandingkan dengan energi disosiasi O2. Selisih energi disosiasi ikatan kovalen antara O2 dan F2 dapat menjelaskan mengapa reaksi antara H2 dengan F2 pada kondisi yang sama berlangsung lebih cepat. Hal itu disebut faktor sifat dasar zat yang bereaksi. 2.9.2.2. Pengaruh Luas Permukaan Bidang Sentuh terhadap Laju Reaksi Reaksi kimia terjadi karena tumbukan antar partikel atom unsur atau antar partikel molekul senyawa zat reaktan. Terjadi tumbukan berarti adanya bidang yang bersentuhan (bidang sentuh). Jika permukaan bidang sentuh makin luas, akan seing terjadi tumbukan dan menghasilkan zat produk yang makin banyak sehingga laju


31

Tugas Akhir

reaksi semakin besar. Oleh karena itu, untuk meningkatkan laju reaksi, salah satu caranya dengan menambah luas permukaan bidang sentuh zat reaktan. Untuk menambah luas permukaan bidang sentuh zat reaktan adalah dengan cara mengubah ukuran zat reaktan menjadi makin kecil. Hal itu dapat dilakukan dengan cara mengubah bentuk bongkahan atau butiran zat reaktan menjadi bentuk serbuk. Untuk jumlah massa yang sama, zat reaktan berbentuk serbuk mempunyai luas permukaan bidang sentuh yang lebih luas dibandingkan dengan zat reaktan berbentuk bongkahan atau butiran.

Gambar 10 Ukuran partikel (a) yang lebih besar daripada (b) menyebabkan reaksi (a) lebih lambat daripada (b) (sumber : Brady, J.E. Geneal Chemistry Principle and Structure. New York: John Willey & Sons, Inc, 1990 ).

Untuk membandingkan laju reaksi dengan faktor luas permukaan bidang sentuh, marilah kita perhatikan hasil percobaan dari reaksi logam seng dengan larutan asam klorida yang reaksinya adalah sebagai berikut : Zn(s) + 2HCl(aq)  ZnCl2(aq) + H2(g) Pada percobaan tersebut, laju reaksi diukur dengan menghitung waktu munculnya gelembung-gelembung gas hydrogen. Dari hasil percobaan diperoleh Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

32

Tugas Akhir

data, yaitu seng berbentuk keping mempunyai laju reaksi yang lebih lambat dibandingkan dengan seng berbentuk serbuk.hal itu disebabkan seng berbentuk keping memiliki luas permukaan lebih sedikit sehingga membutuhkan waktu yang cukup lama untuk bertumbukan dengan molekul HCl, sedangkan untuk seng berbentuk serbuk mempunyai luas permukaan yang lebih besar sehingga bertumbuksan dengan molekul HCl dalam waktu lebih cepat.

2.9.2.3. Pengaruh Suhu Terhadap Laju Reaksi Bahwa suhu dapat mempengaruhi laju reaksi. Jika suhu dinaikkan, laju reaksi semakin besar. Hal itu disebabkan dengan menaikkan suhu reaksi akan meningkatkan energi kinetik dari partikel zat reaktan yang bertumbukan sehingga menghasilkan zat produk semakin besar, berarti laju reaksi semakin besar. Dapat juga dikatakan bahwa menaikkan suhu reaksi sama dengan meningkatkan fraksi partikel yang memiliki energi melebihi energi aktivasi. Pengaruh suhu terhadap laju reaksi dapat dilihat pada percobaan penguraian gas N2 O5 menjadi N2 O4 dan gas O2. Dengan mengukur gas O2 yang dihasilkan, penguraian gas N2 O5 dengan suhu yang lebih tinggiakan menghasilkan gas O2 yang lebih besar. Oleh karena itu, penguraian gas N2 O5 pada suhu yang lebih tinggi mempunyai laju reaksi yang lebih besar. Pada umumnya setiap kenaikkan suhu 10 °C, makalaju reaksi menjadi dua kali lebih besar dari laju reaksi mula-mula. Untuk menentukan hubungan laju reaksi pada suhu yang lebih tinggi dengan laju reaksi pada suhu acuan adalah sebagai berikut. Jika pada suhu mula-mula t1 mempunyai laju rekasi v0, kemudian suhu


33

Tugas Akhir

dinaikkan menjadi t2 sehingga laju reaksinya menjadi vt, maka hubungan v0 dengan vt adalah sebagai berikut : Pada : t0 = 30 °C, mempunyai laju reaksi vt0 = v0  vt0 = 2° x v0 t1 = 40 °C, mempunyai laju reaksi vt1 = 2 x v0  vt1 = 2¹ x v0 t2 = 50 °C, mempunyai laju reaksi vt2 =2 x 2v0  vt2 = 2² x v0 t3 = 60 °C, mempunyai laju reaksi vt3 = 2 x 2 x 2v0  vt3 = 2³ x vo dan seterusnya tn = t °C = mempunyai laju reaksi vtn = 2 x 2 x 2 ... nv0  vt0 = 2n x v0 Rumus

:

vt = 2n x v0, dengan n =

t – t0 10

Keterangan : vt = laju reaksi pada suhu 1 °C v0 = laju reaksi pada suhu acuan t

= suhu laju reaksi yang akan ditentukan

t0 = suhu acuan

2.9.2.4 Pengaruh Konsentrasi terhadap Laju Reaksi Persamaan laju reaksi atau hukum laju reaksi adalah bentuk persamaan yang variabelnya adalah konsentrasi zat reaktan. Bahwa laju reaksi ditentukan oleh konsentrasi zat reaktan. Makin besar konsentrasi zat reaktan yang direaksikan, laju reaksi makin cepat. Akan tetapi, hubungan laju reaksi dengan zat reakstan berbedabeda.ada reaksi yang jika konsentrasi diubah beberaps kali ternyata laju reaksi tetap. Hal itu dapat dikatakan laju reaksi sebanding dengan konsentrasi zat reaktan pangkat nol, (v ~ [reaktan]°). Ada juga reaksi yang jika konsentrasi zat reaktan dinakkan dua Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

34

Tugas Akhir

kali, maka laju reaksi menjadi dua kali lebih besar. Hal itu dapat dikatakan laju reaksi sebanding dengan konsentrasi zat reaktan pangkat satu [v ~ [reaktan] ¹]. Bahkan ada reaksi yang jika konsentrasi dinaikkan dua kali lebih besar, maka laju reaksi menjadi empat kali lebih besar. Hal itu dapat dikatakan laju reaksi sebanding dengan konsentrasi zat reaktan pangkat dua [v ~ [reaktan] ²], demikian seterusnya.

Gambar 11 Konsentrasi (a) larutan encer mengandung sedikit partikel yang bertumbukan dan (b) larutan pekat mengandung banyak partikel yang bertumbukan (sumber : Brady, J.E. Geneal Chemistry Principle and Structure. New York: John Willey & Sons, Inc, 1990 ).

2.9.2 Faktor Katalis Katalis dapat berfungsi untuk mempercepat atau memperlambat laju reaksi. Katalis yang dapat mempercepat reaksi adalah katalisator, sedangkan katalis yang dapat memperlambat laju reaksi disebut inhibitor. Uraian ini hanya membahas katalisator, sedangkan untuk inhibitor diasumsikan sebagai kebalikan dari kerja katalisator .


35

Tugas Akhir

Katalisator dapat mempercepat laju reaksi karena katalisator dapat menurunkan energi pengaktifan dari zat reaktan. Untuk menurunkan energi pengaktifan zat reaktan , katalisator memberi jalan alternatif terhadap zat reaktan agar reaksi dapat berlangsung. Katalisator berperan dalam mempengaruhi laju reaksi melalui dua cara, yaitu dengan pembentukan senyawa antara (katalis homogen) dan dengan adsorbsi (katalis heterogen). 2.9.3 Pembentukan Senyawa Antara Pada pembahasan teori tumbukan, energi pengaktifan dianalogikan dengan energi mekanis yang harus dimiliki bola yang diam dikaki bukit untuk menggelinding kekaki bukit diseberangnya. Jika tanggul bukit tersebut sangat tinggi, untuk merendahkan tanggul itu dilakukan dengan memotong puncaknya. Dalam reaksi-reaksi kimia, energi pengaktifan diperoleh dengan cara menaikkan temperatur. Akan tetapi, seringkali tidak diinginkan melakukan reaksi pada temperatur tinggi. Alternatif lain adalah mencari cara menurunkan energi pengaktifan dengan jalan pembentukan senyawa antara. Cara kerja katalisator dengan pembentukan senyawa antara, sehingga laju reaksi berlangsung lebih cepat adalah sebagai berikut. Dicari katalis yang dapat bereaksi baik dengan partikel zat yang miskin energi maupun partikel yang kaya energi untuk membentuk senyawa antara, kemudian bereaksi membentuk zat yamg diinginkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan reaksi tersebut. Secara umum reaksi : A + B  AB, dengan C sebagai katalisatornya. Reaksi : A + B  AB (laju reaksinya sangat lambat) Mekanisme reaksi dengan menggunakan katalisator : A + C  AC (laju reaksinya cepat) Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

36

Tugas Akhir

AC merupakan senyawa antara AC + B  AB + C (laju reaksinya cepat) Pada mekanisme reaksi tersebut kita melihat bbahwa pada akhir reaksi, katalisator C ditemukan kembali sehingga dapat dinyatakan bahwa katalisator tidak ikut bereaksi membentuk zat produk. Selanjutnya, untuk mengerti cara kerja katalisator mempercepat laju reaksi dengan membentuk senyawa antara, perhatikanlah gambar 7 berikut :

Gambar 12 Grafik penurunan energi pengaktifan dengan pembentukan senyawa antara (sumber : Brady, J.E. Geneal Chemistry Principle and Structure. New York: John Willey & Sons, Inc, 1990).

Contoh reaksi yang melibatkan senyawa antara adalah reaksi fase gas antara gas SO2 dengan as O2 membentuk gas SO2 dalam industri dengan menggunakan katalisator gas NO. Reaksi : 2SO2(g) + O2(g)  2SO3(g) (laju reaksinya sangat lambat) Mekanisme reaksi dengan menggunakan katalisator 2NO(g) + O2(g)  2NO2(g) (lajureaksinya cepat). NO2(g) + SO2(g)  SO3(g) + NO(g) (laju reaksinya cepat)


37

Tugas Akhir

NO2 merupakan senyawa antara, pada akhir reaksi katalisator gas NO ditemukan kembali. 2.9.4 Cara Kerja Katalisator dengan Proses Adsorpsi (Katalis Heterogen) Dalam hal ini katalisator berwujud padat yang mampu mengikat sejumlah gas atau cairan dari partikel zat reaktan pada permukaan katalisator. Misalnya, nikel dalam bentuk bubuk halus atau platinum dalam bentuk halus mampu mengadsorpsi sejumlah besar aneka ragam gas. Partikel yang teradsorpsi pada permukaan katalisator menjadi lebih reaktif daripada partikel yang tak teradsorpsi. Dalam beberapa hal, naiknya kereaktifan ini dapat disebabkan oleh naiknya konsentrasi partikel yang teradsorpsi sehingga partikel-partikel tersebut berjejalan pada permukaan katalisator tersebut. Hal lain yang membuat naiknya kereaktifan dari partikel zat reaktan adalah karena gaya tarik antara zat padat (katalisator) dengan partikel gas atau cairan teradsorpsi. Hal itu mengakibatkan partikel zat reaktan yang teradsorpsi menjadi aktif secara kimiawi sehingga reaksi antarpartikel zat reaktan yang berlangsung pada permukaan katalisator lebih cepat daripada tanpa katalisator. Perhatikan gambar 13 berikut :

Gambar 13 Kerja katalisator secara adsorpsi ( katalis heterogen ) (sumber : Brady, J.E. Geneal Chemistry Principle and Structure. New York: John Willey & Sons, Inc, 1990).


38

Tugas Akhir

Perhatikan bahwa dimensi antara atom adalah sedemikian sehingga ikatan dalam suatu molekul H2 terputus pada waktu hidrogen teradsorpsi pada nikel. Teori ini menerangkan besarnya kereaktifan hidrogen dalam reaksi hidrogen berkatalis. Dalam industri, pembentukan lemak padat dari lemak cair, reaksi pembuatannya dilangsungkan pada katalis nikel yang berbentuk bubuk halus.

2.10 Kalor Pembakaran Bahan Bakar Bahan bakar alam memiliki kandungan energi dan tiap materi dalam alam membutuhkan energi untuk melakukan aktivitasnya. Manusia dalam melakukan aktivitasnya memerlukan banyak energi. Energi bagi manusia dibutuhkan untuk pertanian, industri, transportasi dan kehidupan lainnya. Energi tersebut didapatkan dari alam. Pada umumnya proses untuk mendapatkan energi adalah reaksi pembakaran dari bahan bakar, yaitu reaksi antara oksigen dengan bahan bakar. Bahan bakar utama (primer) berasal dari bahan bakar fosil, yaitu bahan bakar yang berasal dari pelapukan sisa-sisa organisme. Contoh bahan bakar fosil adalah gas alam, minyak bumi, dan batu bara yang merupakan senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa karbon yang terdiri dari atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Masing-masing bahan bakar berbeda kandungan energinya tiap 1 gram bahan bakar. Dibawah ini tertera kandungan kalor untuk tiap 1 gram beberapa jenis bahan bakar.


39

Tugas Akhir

Tabel 2 Kandungan Kalor dari Beberapa Jenis Bahan Bakar Kandungan kalor Jenis bahan bakar

Komposisi atom (%)

(kJ/ g )

C

H

O

Arang

100

-

-

34

Batubara antrasit

82

1

2

31

Batubara bituminos

77

5

7

32

Bensin

85

15

-

48

Gas alam

70

23

-

49

Hidrogen

0

100

-

142

Kayu

50

6

44

18

Minyak mentah

85

12

-

45

(Sumber : http: //puslit petra ac.id./journalist/mechanical) 2.11 Pengaruh komponen Pada Ruang Bakar Dari pengujian yang dilakukan oleh Surya Gunawan pada mobil Hyundai Accent Verna di Bandung tahun 2008, penghematan bahan bakar dan penurunan emisi karbonmonoksida serta hidrokarbon-tak-terbakar yang terjadi adalah suatu peningkatan prestasi yang besar. Namun ada satu lagi hasil pengujian yang menunjukkan kelemahan dari metode ini, Sesuai hasil pengujian, temperatur gas buang untuk mesin terpasang di belakang karburator jauh lebih tinggi daripada kedua kondisi yang lain. Sehingga diperkirakan temperatur ruang bakar pada kondisi ini juga lebih tinggi dari kedua kondisi yang lain. Tingginya temperatur ruang bakar memiliki beberapa pengaruh yang jelek terhadap mesin, salah satunya adalah berpotensi menyebabkan terjadinya knocking.

Namun dari pengujian

diketahui bahwa daya dan torsi untuk ketiga kondisi tersebut tidak berbeda banyak, hal ini berarti knocking yang terjadi juga tidak terlalu parah. ”Meskipun begitu, tingginya temperatur ruang bakar masih memiliki dua efek negatif yang lain yaitu: Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

40

Tugas Akhir

1. Dalam jangka panjang berpotensi untuk memperpendek umur pakai komponen-komponen di dalam ruang bakar. 2. Berpotensi mempertinggi emisi NOx (Nitrous Oxides) salah satu polutan yang berbahaya bagi lingkungan. Kenaikan temperatur ruang bakar yang terjadi itu diperkirakan karena gas hidrogen yang terhisap oleh mesin dengan HG terpasang di belakang karburator lebih banyak jika dibanding pada kedua kondisi yang lain. Gas hidrogen memiliki kandungan energi sebesar 120 MJ/kg, jauh lebih besar daripada kandungan energi bensin yang sebesar 44 MJ/kg. Semakin banyak gas hidrogen yang terhisap maka akan semakin besar pula energi dalam bentuk panas yang dilepaskan ketika terjadi pembakaran sehingga temperatur ruang-bakar-nya pun menjadi jauh lebih tinggi. Dapat disimpulkan bahwa jika dilihat dari segi penghematan pemakaian bahan bakar, HHO Electrolizer terbukti mampu melakukan tugasnya dengan baik jika dipasang di belakang karburator (pada intake manifold). Dua catatan penting yang perlu diperhatikan adalah pengaruh negatifnya dalam jangka panjang terhadap terhadap keawetan komponen mesin dan juga terhadap lingkungan. Maka diperlukan komponen pendukung yang bekerja baik untuk memaksimalkan kinerja semua komponen mesin yang terlibat dalam pembakaran agar kondisi mesin tetap awet.

2.12

Bahan Bakar Mesin Otto Bahan bakar cair yang biasa digunakan motor bakar adalan premium yang

didapat dari penyulingan minyak bumi. Premium mengandung hidrokarbon yaitu senyawa yang mudah terbakar.


41

Tugas Akhir

Sifat-sifat yang harus dipenuhi adalah: 1. Mudah menguap pada tekanan dan temperatur normal. 2. Dapat melarutkan karet. 3. Mempuyai massa jenis rendah 0,6-0,78 gr/cm3. 4. Mempuyai sifat tahan dentuman. 5. Mempuyai nilai kalor 10.000 kkal/ kg. 6. Mempuyai nilaioktan yang cukup tinggi terhadap sifat knoking, nilai oktan : Pertamina: Untuk bahan bakar bensin premium

= 88

Untuk bahan bakar bensin pertamax

= 92

Untuk bahan bakar bensin pertamax plus

= 95

Petronas: Untuk bahan bakar bensin prima 92

= 92

Untuk bahan bakar bensin prima 95

= 95

Shell: Untuk bahan bakar bensin shell super

= 92

Untuk bahan bakar bensin shell super ektra = 95 (Sumber : http: //puslit petra ac.id./journalist/mechanical) 2.13 Sistem Penyalaan (system Ignition) Pembakaran dapat diartikan sebagai reaksi kimia dari hidrogen dan karbon yang terkandung dalam bahan bakar, dengan oksigen dari udara ruangan yang meyebabkan temperatur dan tekanan gas pembakaran naik, sehingga menghasilkan energi dalam bentuk panas.


42

Tugas Akhir

Kondisi yang harus ada agar terjadinya pembakaran adalah:

Adanya campuran yang terdapat terbakar, pada pembakaran spark ignition engine, campuran ini adalah campuran udara dengan bahan bakar yang terjadi pada injektor atau pada intake manifold untuk sistem injeksi. Adanya sesuatu yang menyulut pembakaran, pembakaran dalam ruang bakar untuk mesin spark ignition engine terjadi karena adanya loncatan bunga api listrik kedua ujung elektroda busi.

Gambar 14 Diagram Tekanan (Thermodinamika ) Poros engkol dalam derajat. (Berens Arends schot,Motor Bensin ,Erlangga 1980) Knocking terjadi apabila tekanan kompresi dalam ruang bakar terlalu tinggi .Maka campuran bahan bakar dan udara cenderung untuk terbakar. Sehingga terjadi peledakan dengan sendirinya. Akibatnya akan terjadi: 1. Timbulnya bunyi yang membisingkan.


43

Tugas Akhir

2. Hilangnya sebagian tenaga. 3. Motor menjadi panas. 4. Meningkatnya pemakaian bahan bakar ( boros). 5. Rusaknya komponen- komponen motor, piston, batang penggerak, poros engkol, dan dinding silinder.

Perbandingan antara bahan bakar dan udara berkisar 0,06- 0,12 untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara yang miskin diperlukan tegangan yang relatif besar dari pada campuran yang kaya. Tingkat keadaan campuran udara dan bahan bakar selama operasi berlangsung akan selalu berubah, karena itu perlu disediakan tegangan yang lebih besar untuk menhin agar selalu terjadi loncatan api listrik didalam segala keadaan, misalnya antara 10.000- 20.000 Volt. Pada motor bakar dengan perbandingan kompresi yang tinggi diperlukan tegangan yang lebih tinggi pula. Agar diperoleh pembakaran yang sempurna, maka terjadinya loncatan bunga api listrik pada elektroda busi harus dilakukan pada saat yang tepat. Dengan kata lain diperlukan pengaturan saat penyalaan yang optimum. Waktu keterlambatan penyalaan (delay periode), yaitu waktu antara terjadinya loncatan pada busi dan pada saat mulai terjadinya pembakaran, berkisar antara 15- 40 derajat engkol atau 1,7 sampai 4,5 m/s pada putaran 1500 rpm. Waktu keterlambatan penyalaan itu boleh dikatakan konstan. Oleh karena itu, makin tinggi kecepatan mesin saat penyalaan harus diajukan untuk memberikan waktu yang sama. Pada motor bakar terdapat dua sistem penyalaan, yaitu sistem konvensional dan sistem magneto. Perbedaan keduanya adalah pada sumber energi listrik yang


44

Tugas Akhir

dipakai. Pada sistem konvensional ialah menggunakan baterai sedangkan pada sistem magneto menggunakan medan elektromagnet yang dibandingkan oleh putaran magnet permanent. 2.14 Cara Kerja HHO Electrolizer

Prinsip kerja HHO Electrolizer adalah melakukan proses elektrolisa terhadap air. Dalam hal ini, air yang digunakan adalah air accu (air murni destilasi). Proses elektrolisa dibantu dengan daya listrik yang diambil dari accu mobil. Dari proses elektrolisa air ini menghasilkan gas Hidrogen (H2) dan Oksigen (O2). Gas hidrogen (H2) adalah gas yang sangat mudah terbakar. Sehingga jika H2 tersebut disalurkan ke dalam ruang pembakaran akan mensuplay energi yang besar untuk mobil.

Alat yang disebut electrolizer ini menghasilkan HHO (2 part Hydrogen + 1 Oxygen) gas yang sangat mudah terbakar yang kemudian HHO ini dimasukan ke intake manifold pada kendaraan bermotor. Dengan adanya campuran BBM + HHO yang kaya ini memungkinkan pembakaran menjadi lebih sempurna sehingga BBM menjadi efisien.

2.14.1 Intake Manifold Carburator Gas yang dihasilkan oleh HHO Electrolizer disalurkan dengan selang vaccum ke Intake Manifold Carburator. Jika kendaraan Anda adalah injection, silakan berkomunikasi dengan bengkel Anda. Dimana inti dari penyaluran gas hidrogen ini adalah ke ruang pembakaran. Sebaiknya sedekat mungkin dengan ruang pembakaran dan kalau bisa mendului asupan bensin ke ruang pembakaran.


45

Tugas Akhir

Intake manifold atau bagi kalangan pengguna motor biasa disebut leher angsa adalah suatu alat dalam kendaraan yang berguna sebagai menyalurkan campuran antara udara dan BBM sebelum nanti akan dimasukkan ke dalam combustion chamber (ruang bakar) untuk dilakukan pembakaran. Pada dasarnya Pabrikan membuat intake manifold dengan kontur kulit jeruk, tetapi tidak sedikit para pemilik kendaraan yang memodifikasi intake manifold kendaraannya menjadi lebih halus lagi dengan tujuan peningkatan peforma. Nah pertanyaannya sekarang. Mengapa Pabrikan tidak membuat Intake manifold menjadi halus, Sehingga para pemilik kendaraan tidak perlu repot-repot merubahnya lagi. Padahal untuk membuat piston dan liner yang halus saja, sudah tidak menjadi pekerjaan yang sulit. Pabrikan atau ATPM sengaja membuat intake manifold memiliki kontur seperti kulit jeruk bukan tanpa alasan, mereka sengaja membuatnya seperti itu dengan tujuan agar aliran udara yang masuk (EFI) atau udara dan BBM yang telah dikarburasi (Karburator) diharapkan tidak hanya aliran biasa tetapi menjadi aliran turbulensi (sejenis aliran seperti angin tornado). Sehingga apabila aliran tersebut menjadi turbulensi, maka output tenaga yang dihasilkan akan menjadi lebih besar daripada aliran udara yang tidak terjadi turbulensi. Tetapi saat ini sudah tidak sedikit pabrikan yang sengaja membuat kendaraan dengan desain intake manifold melengkung, sehingga udara sebelum masuk ke dalam combustion chamber dapat menjadi turbulen. Mobil yang sudah mengaplikasikan jenis intake manifold ini diantaranya Honda All New Jazz dengan Torque Boost Resonator dan Mitsubishi yang diaplikasikan pada kendaraan niaganya L300 dengan nama cyclone. Dengan membuat campuran udara dan BBM menjadi turbulen, maka saat campuran ini Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

46

Tugas Akhir

masuk ke dalam ruang bakar hasil pembakaranpun diharapkan akan menjadi sempurna terutama molekul Hidrokarbonnya. Mereka merubahnya itu dengan tujuan agar campuran BBM dapat secara cepat masuk ke dalam combustion chamber dan dilakukan pembakaran. Hal ini lah yang dilakukan oleh para engineering dalam dunia balap baik motor maupun mobil, bahkan formula dengan tujuan agar rpm mesin dapat meningkat lebih cepat lagi (syarat membuat kendaraan kencang). Tetapi memang ada efek negatifnya, yaitu konsumsi BBM yang menjadi lebih boros karena apabila semakin cepat campuran udara dan BBM masuk ke dalam combustion chamber maka semakin besar juga frekuensinya. Berikut contoh macam-macam intake Manifold yang digunakan pada mobil :

Gambar 15 Macam-macam Intake Manifold (Sumber : http: //willycar.files.wordpress.com/2010/04/)


47

Tugas Akhir

Seiring berjalannya waktu, para pabrikan dahulu membuat intake manifold dengan bahan dari Iron cast. Tetapi dewasa ini sudah banyak pabrikan yang membuatnya dengan menggunakan bahan composite plastic dengan alasan berat intake manifold. Seperti yang digunakan pada Xeniaavanza.

2.14.2 Pemasangan HHO Electrolizer Pemasangan HHO Electrolizer di mobil, disesuaikan dengan ruang masingmasing kendaraan. Cari tempat yang aman dan ikat/kondisikan sedemikian rupa sehingga reaktor tidak jatuh. Untuk catu daya, terminal listrik dihubungkan ke ground dan accu dengan pelindung sekering. Penghubungan ke accu, dapat langsung mengambil dari kontak mobil, supaya reaktor hanya bekerja pada saat mobil hidup.

Gambar 16 Skema Pemasangan pada Mobil dan Motor ( sumber : Masaharu K., Akaki, H.M., Tsuchikawa, A.S.1996 )


48

Tugas Akhir

Gambar 17 Pemasangan HHO Electrolizer pada Mobil 2.14.3 Test HHO Electrolizer Jika reaktor sudah terpasang dengan aman, maka isi air destilasi ke dalam tabung reaktor dengan menambahkan 1 sendok teh katalis. Jika belum diberi aliran listrik dan belum ada elektrolisa maka isi air dalam reaktor dapat dilihat sbb

Gambar 18 HHO Electrolizer sebelum dialiri listrik

Jika reaktor sudah diberi aliran listrik dan sudah melakukan elektrolisa, maka isi air dalam reaktor dapat dilihat sbb. Dalam reaktor terlihat Gas Hydrogen yang berwarna Coklat. Karena warna inilah maka di beberapa situs disebut sebagai Brown Gas. Teknik Mesin Universitas Mercu Buana

49

Tugas Akhir

Gambar 19 HHO Electrolizer setelah dialiri listrik dan sudah melakukan elektrolisa 2.14.4 Hasil Penggunaan

Pelan pelan kran dibuka. Putaran mesin meningkat, dan lebih rata dari sebelumnya. Asap knalpot tidak berbau menyengat, dan tidak bikin perih mata. Hasilnya: Pada kecepatan rendah, tidak terasa bedanya. Tapi pada kecepatan yang lebih tinggi, terasa sekali bahwa tenaganya bertambah. Pada saat dipaksakan melalui jalan menanjak dengan gigi tinggi, tidak ada gejala “nglitik”…

Gambar 20 Posisi HHO Electrolizer dipasang


50

Tugas Akhir

2.14.5 Penghematan Berdasarkan pengujian yang dilakukan oleh Surya Gunawan pada mesin Hyundai Accent Verna tahun 2008 di Bandung, Konsumsi BBM dapat menghemat 30% sampai 50% bahkan 70% dari penggunaan sebelumnya. Maksudnya, ada mobil konsumsi 1:6 dapat menjadi 1:8 (50%) bahkan ada yang bisa mencapai 1:10 (70%). Hal ini tergantung pada kualitas mesin dan untuk injeksi ada tidaknya sensor O2. Jika mesin masih bagus, tidak ada yang bocor packingnya, oli tidak ada yang terbakar biasanya penghematan dapat mencapai 50%-70%. Apalagi jika kita dapat memasangkan selang sebelum bensin dikeluarkan ke mesin pembakaran, maka penghematan dapat mencapai 50%-70%. Dari beberapa sumber, yang bermasalah kalau dalam sistem Injeksi ada sensor Oksigen. Sensor itu mendeteksi bahwa Oksigen terlalu banyak (dari reactor, selain H2), sehingga “kran” bensin juga dibuka lebih besar. Hasilnya malah tambah boros. Senso O2 ini biasanya untuk mobil baru.

2.15 Data Spesifikasi Mesin Hyundai Accent Verna Tipe :1,5  DOHC, 4 silinder, segaris, 16 katup Sistem suplai bahan bakar : PGM-FI (Programmed Fuel Injection) Diameter x Langkah

: 74 mm x 89,8 mm

Isi Silinder

: 1.497 cc

Perbandingan kompresi

: 10,4:1

Daya Maksimum

: 74 kw (101 ps)/6000 rpm 99Kw

Momen puntir maksimum : 13,8 kgm (134 Nm)/4000 rpm 99 lb. ft


51

Tugas Akhir

2.16 Tujuan Analisa Tujuan analisa ini adalah untuk mengetahui prestasi dari sistem mesin Hyundai Accent Verna standar dan penambahan hidrogen yang membedakan antara dua jenis tersebut. Analisa perbandingan dilakukan dengan mengukur torsi mesin Hyundai Accent Verna standar dan penambahan hidrogen. Kemudian hasil dari analisa tersebut dibandingkan untuk mengetahui perubahannya.

2.17 Fasilitas Analisa Fasilitas analisa merufakan faktor utama yang mempengaruhi relevannya data hasil analisa terhadap karakteristik hasil yang didapat. Fasilitas yang digunakan dalam analisa perbandingan mesin Hyundai Accent Verna standar dan penambahan hidrogen adalah sebagai berikut: a. Engine Scanner Computerized. b. Kamera digital. c. Mesin Hyundai Accent Verna d. Dynamometer


52

Tugas Akhir

Gambar 21 Mobil yang diuji

DATA KENDARAAN Merk Kendaraan

: Hyundai Accent (injection), 1500 cc

Jenis

: Sedan

Tahun Pembuatan

: 1999 (usia kendaraan 9 tahun)

Nomor Kendaraan

: D-1878-UC

Bahan Bakar

: Premium

Kondisi Kendaraan

: Ring seher bocor

2.18 Test Luar Kota / Jalan Tol (RPM Tinggi) Test dilakukan di Bandung, Jawa Barat, pada hari Sabtu, tanggal 09 Agustus 2008 dengan rute awal dari pintu tol Pasir Koja ke pintu tol Jatiluhur kemudian kembali lagi ke pintu tol Pasir Koja.


53

Tugas Akhir

Sebelum test dilakukan kami melakukan pengisian bahan bakar secara penuh (full tank). Untuk HHO Electrolyzer kami gunakan sistem SINGLE HOSE (satu selang gas HHO). Jarak yang ditempuh adalah 105 km dengan kecepatan rata-rata berkisar 100 Km/h, dimana kami mencatat kilometer kendaraan sebelum dan sesudah test adalah sbb: Kilometer Awal

:

116412

Kilometer Akhir

:

116517

Jarak yang ditempuh

:

105 Km

Berikut ini adalah data-data yang dapat kami tampilkan, seperti : struk jalan tol dan struk pembelian bensin PREMIUM secara penuh setelah test dilakukan. Dari hasil test, kami menghitung jarak yang ditempuh adalah 105 Km dengan kecepatan rata-rata berkisar 100 Km/h dan kami melakukan pengisian penuh (full tank) Bahan Bakar kembali sebanyak 6,26 liter. Dengan demikian kami dapat menghitung bahwa konsumsi Bahan Bakar setelah menggunakan HHO Electrolyzer adalah: 1 : 16,78 ( 1 liter bahan bakar menempuh jarak 16,78 Km ) Sebelum menggunakan HHO Electrolyzer, konsumsi bahan bakar berkisar: 1 : 12 s/d 1 : 12,5 Dengan demikian terjadi peningkatan jarak tempuh sebesar: 35% s/d 40% Data informasi di atas adalah data penggunaan HHO Electrolyzer di jalan tol dengan RPM tinggi.


54

Tugas Akhir

2.19 Test Dalam Kota Tanpa Melalui Jalan Tol (RPM Rendah) Untuk penggunaan di jalan dalam kota, TANPA melalui jalan TOL (RPM rendah), test dilakukan pada tanggal 15 Agustus 2008 s/d 21 Agustus 2008.

Gambar 22 Gambar km pada Spidometer sebelum diuji (Kilometer Awal (15 Agustus 2008) : 116733)

Gambar 23 Gambar km pada Spidometer setelah diuji (Kilometer Akhir (21 Agustus 2008) : 117033 Jarak yang ditempuh : 300 Km) Gambar 22 : Kilometer Awal (15 Agustus 2008) : 116733 Gambar 23 : Kilometer Akhir (21 Agustus 2008) : 117033 Jarak yang ditempuh : 300 Km


55

Tugas Akhir

Gambar C : Pengisian BBM

: 30,87 liter

Berdasarkan data tersebut dapat dihitung bahwa konsumsi Bahan Bakar dengan menggunakan HHO Electrolyzer adalah: 1 : 9,72 ( 1 liter bahan bakar menempuh jarak 9,72 Km ) Sebelum menggunakan HHO Electrolyzer, konsumsi bahan bakar berkisar: 1 : 7,5 Dengan demikian terjadi peningkatan jarak tempuh sebesar: 29,6% Selain penghematan Bahan Bakar, yang dapat dirasakan selama berkendara hal-hal sbb: Hasil langsung terasa. Asap kendaraan / emisi gas buang menjadi lebih berkurang. Suara mesin menjadi lebih lembut dan tidak berisik. Tenaga mesin kendaraan menjadi lebih meningkat, yang dapat saya rasakan pada saat jalan menanjak.

CATATAN: Peningkatan jarak tempuh / penghematan BBM untuk setiap kendaraan akan selalu berbeda tergantung dari beberapa faktor, diantaranya: Cara mengemudi Medan / kondisi jalan Kondisi mesin dan usia kendaraan Sistem pembakaran seperti: carburator / injection


56

BAB II TEORI. manusia. Hasil konferensi Perserikatan Bangsa-Bangsa pada tahun 1972 di

Recommend Documents