BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Sejarah Plastik Sejak tahun 1950-an plastik menjadi bagian penting dalam hidup manusia.

Plastik digunakan sebagai bahan baku kemasan, tekstil, bagian-bagian mobil dan alat-alat elektronik. Dalam dunia kedokteran, plastik bahkan digunakan untuk mengganti bagian-bagian tubuh manusia yang sudah tidak berfungsi lagi. Pada tahun 1976 plastik dikatakan sebagai materi yang paling banyak digunakan dan dipilih sebagai salah satu dari 100 berita kejadian pada abad ini. Plastik pertama kali diperkenalkan oleh Alexander Parkes pada tahun 1862 di sebuah ekshibisi internasional di London, Inggris. Plastik temuan Parkes disebut parkesine ini dibuat dari bahan organik dari selulosa. Parkes mengatakan bahwa temuannya ini mempunyai karakteristik mirip karet, namun dengan harga yang lebih murah. Ia juga menemukan bahwa parkesine ini bisa dibuat transparan dan mampu dibuat dalam berbagai bentuk. Sayangnya, temuannya ini tidak bisa dimasyarakatkan karena mahalnya bahan baku yang digunakan. Pada akhir abad ke-19 ketika kebutuhan akan bola biliar meningkat, banyak gajah dibunuh untuk diambil gadingnya sebagai bahan baku bola biliar. Pada tahun 1866, seorang Amerika bernama John Wesley Hyatt, menemukan bahwa seluloid bisa dibentuk menjadi bahan yang keras. Ia lalu membuat bola biliar dari bahan ini untuk menggantikan gading gajah. Tetapi, karena bahannya terlalu rapuh, bola biliar ini menjadi pecah ketika saling berbenturan.Bahan sintetis pertama buatan manusia ditemukan pada tahun 1907 ketika seorang ahli kimia dari New York bernama Leo Baekeland mengembangkan resin cair yang ia beri nama bakelite. Material baru ini tidak terbakar, tidak meleleh dan tidak mencair di dalam larutan asam cuka. Dengan demikian, sekali bahan ini terbentuk, tidak akan bisa berubah. Bakelite ini bisa ditambahkan ke berbagai material lainnya seperti kayu lunak.Tidak lama kemudian berbagai macam barang dibuat dari bakelite, termasuk senjata dan mesin-mesin ringan untuk keperluan perang. Bakelite juga digunakan untuk keperluan rumah tangga, misalnya sebagai bahan untuk

Universitas Sumatera Utara

membuat isolasi listrik. Rayon, suatu modifikasi lain dari selulosa, pertama kali dikembangkan oleh Louis Marie Hilaire Bernigaut pada tahun 1891 di Paris. Ketika itu ia mencari suatu cara untuk membuat sutera buatan manusia dengan cara mengamati ulat sutera. Namun, ada masalah dengan rayon temuannya ini yaitu sangat mudah terbakar. Belakangan masalah ini bisa diatasi oleh Charles Topham. Tahun 1920 ditandai dengan demam plastik. Wallace Hume Carothers, ahli kimia lulusan Universitas Harvard yang mengepalai DuPont Lab, mengembangkan nylon yang pada waktu itu disebut Fiber 66. Fiber ini menggantikan bulu binatang untuk membuat sikat gigi dan stoking sutera. Pada tahun 1940-an nylon, acrylic, polyethylene, dan polimer lainnya menggantikan bahan-bahan alami yang waktu itu semakin berkurang. novasi penting lainnya dalam plastik yaitu penemuan polyvinyl chloride (PVC) atau vinyl. Ketika mencoba untuk melekatkan karet dan metal, Waldo Semon, seorang ahli kimia di perusahaan ban B.F. Goodrich menemukan PVC. Semon juga menemukan bahwa PVC ini adalah suatu bahan yang murah, tahan lama, tahan api dan mudah dibentuk. Pada tahun 1933, Ralph Wiley, seorang pekerja lab di perusahaan kimia Dow, secara tidak sengaja menemukan plastik jenis lain yaitu polyvinylidene chloride atau populer dengan sebutan saran. Saran pertama kali digunakan untuk peralatan militer, namun belakangan diketahui bahwa bahan ini cocok digunakan sebagai pembungkus makanan. Saran dapat melekat di hampir setiap perabotan seperti mangkok, piring, panci, dan bahkan di lapisan saran sendiri. Tidak heran jika saran digunakan untuk menyimpan makanan agar kesegaran makanan tersebut terjaga. Pada tahun yang sama, dua orang ahli kimia organik bernama E.W. Fawcett dan R.O. Gibson yang bekerja di Imperial Chemical Industries Research Laboratory menemukan polyethylene. Temuan mereka ini mempunyai dampak yang amat besar bagi dunia. Karena bahan ini ringan serta tipis, pada masa Perang Dunia II bahan ini digunakan sebagai pelapis untuk kabel bawah air dan sebagai isolasi untuk radar.Pada tahun 1940 penggunaan polyethylene sebagai bahan isolasi mampu mengurangi berat radar sebesar 600 pounds atau sekitar 270 kg.


Setelah perang berakhir, plastik ini menjadi semakin populer. Saat ini polyethylene digunakan untuk membuat botol minuman, jerigen, tas belanja atau tas kresek, dan kontainer untuk menyimpan makanan. Kemudian pada tahun 1938 seorang ahli kimia bernama Roy Plunkett menemukan teflon. Sekarang teflon banyak digunakan untuk melapisi peralatan memasak sebagai bahan antilengket. Selanjutnya, seorang insinyur Swiss bernama George de Maestral sangat terkesan dengan suatu jenis tumbuhan yang menggunakan ribuan kait kecil untuk menempelkan dirinya. Lalu pada tahun 1957 de Maestral meniru tumbuhan tersebut untuk membuat Velcro atau perekat dari bahan nylon. 2.1.1

Defenisi Plastik Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik.

Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Plastik adalah bahan yang mempunyai derajat kekristalan lebih rendah daripada serat, dan dapat dilunakkan atau dicetak pada suhu tertentu, “ jika tidak banyak bercampur silang antar jenis satu sama lain. Plastik dapat dicetak (dan dicetak ulang) sesuai dengan bentuk yang diinginkan. Plastik dapat didesain dengan variasi yang sangat banyak dalam properti yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri dan rumah tangga. Plastik dapat dikategorisasikan dengan banyak cara tapi paling umum dengan melihat polimernya (vinyl chloride, polyethylene, acrylic, silicone, urethane, dll). Klasifikasi lainnya plastik adalah polimer; rantai panjang atom yang mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer". Perkembangan plastik berasal dari penggunaan material alami, seperti: permen karet, "shellac" sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia seperti karet alami, "nitrocellulose" dan akhirnya ke molekul buatan-manusia seperti: epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene. Material plastik pertama kali digunakan sejak abad ke-19. Hal ini terlihat dari banyaknya plastik yang dibuat


dan dicetak. Akan tetapi, pada tahun 1990-an, plastik menjadi bahan atau bagian kebutuhan yang sangat diinginkan. Hal ini terbukti dari meningkatnya plastik yang dibuat dan dicetak pada masa itu. Tiap tahun, kebutuhan akan plastik semakin bertambah. Pada tahun 2000 -an plastik dicetak sebanyak ratusan juta ton. Terbayang bukan, betapa banyaknya kebutuhan orang akan plastik sebab hampir semua bahan dan alat yang kita gunakan terbuat dari plastik, semisal botol, sandal, tas, keranjang, ember, dan gelas. Plastik menjadi primadona karena dianggap awet, kuat, dan ringan. Meski bersifat hampir sama dengan logam (awet dan kuat), tapi logam dianggap terlalu berat dan mahal. Akhirnya, hal itu yang membuat kebutuhan plastik di dunia semakin tinggi. Dari jumlah plastik yang dikomomditi dengan yang diaur ulang tidaklah seimbang. Sebanyak miliaran botol plastik telah menjadi sampah percuma hampir setiap tahunnya, sedangkan yang didaur ulang hanya jutaan botol plastik saja. Ini yang menyebabkan permasalahan limbah plastik di dunia semakin meningkat tiap tahunnya. 2.1.2

Pembuatan Plastik Plastik terbentuk dari unsur-unsur seperti karbon, oksigen, hydrogen, klorin,

belerang dan nitrogen. Awalnya plastik dibuat dari bahan bahan natural seperti tanduk hewan, shellac (sekresi serangga kecil) dan getah perca. Pada tahun 1869, plastic sintetis pertama dbuat dari sesulosa yang merupakan bahan alami yang berasal dari tumbuh-tumbuhan. Wesley Hyatt, penemu asal Amerika menemukan bahwa sesulosa nitrat dapat dijadikana plastik dengan menambahkan kamper. Plastik sintetis pertama yang diakui secara komersial disebut seluloid. Plastik ini digunakan sebagai bahan pembuat sisi, gigi palsu, bingkai kacamata, dll. Pengetahuan sifat termal dari berbagai jenis plastik sangat berguna untuk proses pembuatan serta daur ulang plastik. Sifat-sifat termal yang penting adalah titik lebur (Tm),temperatur transisi (Tg) dan temperatur dekomposisi. Temperatur transisi adalah temperatur ketika plastik mengalami perengganan struktur


sehingga terjadi perubahan dari kondisi kaku menjadi lebih fleksibel. Di atas titik lebur, plastik mengalami pembesaran volume sehingga molekul bergerak lebih bebas yang ditandai dengan peningkatan kelenturannya.Temperatur lebur adalah temperatur di mana plastik mulai melunak dan berubah menjadi cair. Temperatur dekomposisi merupakan batasan dari proses pencairan. Jika suhu dinaikkan di atas temperatur lebur, plastik akan mudah mengalir dan struktur akan mengalami dekomposisi. Dekomposisi terjadi karena energi termal melampaui energi yang mengikat rantai molekul. Secara umum polimer akan mengalami dekomposisi padasuhu di atas 1,5 kali dari temperatur transisinya. Data sifat termal yang penting pada proses daur ulang plastik bisa dilihat pada Tabel 2.1 berikut: Tabel 2.1 Data temperatur transisi dan temperatur lebur plastik. Jenis Bahan

Tm (°C)

Tg (°C )

Temperatur Dekomposisi (°C)

PP

168

5

80

HDPE

134

-110

82

LDPE

330

-115

260

PA

260

50

100

PET

250

70

100

ABS

-

110

85

PS

-

90

70

PMMA

-

100

85

PC

-

150

246

PVC

-

90

71

Wadah, kotak, dan tempat sampah plastik secara luas digunakan di seluruh dunia untuk menyimpan beragam jenis produk cair maupun padat. Penemuan revolusioner terjadi pada tahun 1951, dua kimiawan muda menemukan polipropilena dan polietilena. Penemuan ini membuka jalan bagi beragam produkproduk plastik yang kita kenal sekarang ini. Plastik sudah menjadi bagian dari kehidupan sehari-hari kita. Plastik dapat dibuat dari beberapa sumber, antara lain:


•

Pembuatan Plastik dari Minyak Bumi Pertama – tama, minyak mentah yang baru dipompakan keluar dari dalam tanah diangkut ke kilang minyak. Pada kilang minyak, minyak mentah harus melalui proses permurnian bersama degan gas alam. Etana, propana dan berbagai produk petrokimia lainnya dihasilkan oleh proses permurnian. Selanjutnya etana dan propane dipecah dengan menggunakan tungku bersuhu tinggi, etilena dan propilena terbentuk dari proses ini. Dalam reaktor, etilena dan propilena yang terbentuk digabungkan dengan katalis untuk membentuk zat seperti tepung. Zat yang seperti tepung ini mirip dengan detergen bubuk, zat ini merupakan polimer plastik. Dalam pencampuran yang dilakukan secara terus menerus, beberapa aditif digambungkan dengan polimer, selanjutnya dilakuakn proses ekstruksi, dimana plastik berada dalam bentuk cair. Plastik yang berada dalam bentuk cair ini dibiarkan mendingin dan kemudian pelletizer digunakan untuk membentuk polimer menjadi pelletpellet kecil. Pellet-pellet plastik ini kemudian dikirim ke para pelanggan. Produsen sisir, botol plastik, gigi palsu dll, membeli pellet-pellet plastik ini untuk digunakan sebagai bahan pembuatan produkproduk mereka.

•

Membuat Plastik dengan Menambahkan Karbon Dioksida Sangat luar biasa bahwa plastik dapat dibuat dengan menggunakan minyak bum. Akan tetapi dibutuhkan banyak minyak bumi untuk membuat plastic. Berbagai usaha dilakuakan untuk mencegah habisnya sumber daya alam yang penting ini. Pada Desember 2099, perusahan Novomer mengumumkan dimulainya komersialisasi bahan polypropylene carbonate (PPC) dengan menggunakan gabungan dari karbon dioksida dan minyak bumi. Dengan menambahkan karbon dioksida, minyak bumi yang dibutuhkan untuk pembuatan plastik berkurang sampai setengahnya.

•

Pembuatan Plastik dari Jagung Gula karbohidrat yang terdapat pada jagung dapat digunakan untuk membuat plastik yang bernama polylactide polymer. Penemuan plastik


yang terbuat dari jagung telah mengurangi ketergantungan kita terhadap minyak bumi yang tak terbaharui. Plastik yang terbuat dari jagung ini akan meleleh ketika dipanaskan lebih dari 114oC, karna itu plastik yang dibuat dari minyak bumi masih digunakan sampai saat ini Selain jagung, plastik juga dapat dibuat dari jeruk. Para ilmuwan masih terus mencari senyawa yang dapat menggantikan minyak bumi dalam proses pembuatan plastik. Semoga saja dimasa depan akan ditemukan bahan baru pembuat plastik yang dpat diperbaharui sebagai pengganti miyak bumi yang tidak dapat diperbaharui. 2.1.3

Daur Ulang Plastik Pemanfaatan limbah plastik merupakan upaya menekan pembuangan plastik

seminimal mungkin dan dalam batas tertentu menghemat sumber daya dan mengurangi ketergantungan bahan baku impor. Pemanfaatan limbah plastik dapat dilakukan dengan pemakaian kembali maupun daur ulang (recycle). Di Indonesia, pemanfaatan limbah plastik dalam skala rumah tangga umumnya adalah dengan pemakaian kembali dengan keperluan yang berbeda, misalnya tempat cat yang terbuat dari plastik digunakan untuk pot atau ember. Pemanfaatan limbah plastik dengan cara daur ulang umumnya dilakukan oleh industri. Secara umum terdapat empat persyaratan agar suatu limbah plastik dapat diproses oleh suatu industri, antara lain limbah harus dalam bentuk tertentu sesuai kebutuhan (biji, pellet, serbuk, pecahan), limbah harus homogen, tidak terkontaminasi, serta diupayakan tidak teroksidasi. Untuk mengatasi masalah tersebut, sebelum digunakan limbah plastik diproses melalui tahapan sederhana, yaitu pemisahan, pemotongan, pencucian, dan penghilangan zat-zat seperti besi dan sebagainya. Terdapat hal yang menguntungkan dalam pemanfaatan limbah plastik di Indonesia dibandingkan negara maju. Hal ini dimungkinkan karena pemisahan secara manual yang dianggap tidak mungkin dilakukan di negara maju, dapat dilakukan di Indonesia yang mempunyai tenaga kerja melimpah sehingga pemisahan tidak perlu dilakukan dengan peralatan canggih yang memerlukan biaya tinggi. Kondisi ini memungkinkan berkembangnya industri daur ulang plastik di Indonesia.


Pemanfaatan plastik daur ulang dalam pembuatan kembali barang-barang plastik telah berkembang pesat. Hampir seluruh jenis limbah plastik (80%) dapat diproses kembali menjadi barang semula walaupun harus dilakukan pencampuran dengan bahan baku baru dan additive untuk meningkatkan kualitas. Empat jenis limbah plastik yang populer dan laku di pasaran yaitu polietilena (PE), High Density Polyethylene (HDPE), polipropilena (PP), dan asoi. Di Indonesia, plastik daur ulang sebagian besar dimanfaatkan kembali sebagai produk semula dengan kualitas yang lebih rendah. Pemanfaatan plastik daur ulang sebagai bahan konstruksi masih sangat jarang ditemui. Pada tahun 1980 an, di Inggris dan Italia plastik daur ulang telah digunakan untuk membuat tiang telepon sebagai pengganti tiang-tiang kayu atau besi. Di Swedia plastik daur ulang dimanfaatkan sebagai bata plastik untuk pembuatan bangunan bertingkat, karena ringan serta lebih kuat dibandingkan bata yang umum dipakai. Pemanfaatan plastik daur ulang dalam bidang komposit kayu di Indonesia masih terbatas pada tahap penelitian. Ada dua strategi dalam pembuatan komposit kayu dengan memanfaatkan plastik, pertama plastik dijadikan sebagai binder sedangkan kayu sebagai komponen utama; kedua kayu dijadikan bahan pengisi/filler dan plastik sebagai matriksnya. Penelitian mengenai pemanfaatan plastik polipropilena daur ulang sebagai substitusi perekat termoset dalam pembuatan papan partikel. Produk papan partikel yang dihasilkan memiliki stabilitas dimensi dan kekuatan mekanis yang tinggi dibandingkan dengan papan partikel konvensional. Produksi plastik pada tahun 2012 tercatat sebanyak 57 juta ton di Eropa dan 288 juta ton diseluruh dunia. Di Indonesia, pemakaian plastik sudah meningkat seiring dengan perkembangan ekonomi dan pertumbuhan penduduk. Pada tahun 2011, Indonesia telah memakai plastik 10 kg per kapita per tahun. Bagaimanapun pemakaian plastik dalam jumlah besar akan memicu permasalahan lingkungan karena sifat plastik yang tidak dapat terurai secara alami. Tabel 2.2 berikut menunjukkan penggunaan atau konsumsi plastik di beberapa negara di dunia.


Tabel 2.2 Pemakaian Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia.

2.1.4

Negara

Konsumsi Per kapita dalam kg

India (1998)

1,6

India (2000)

4,0

Vietnam

1,5

China

6,0

Indonesia

8,0

Mexico

13,0

Thailand

18,0

Malaysia

22,0

Eropa Barat

60,0

Jepang

70,0

Amerika Utara

78,0

Plastik Polipropilena Plastik merupakan polimer sintetis yang paling populer karena banyak

digunakan

dalam

kehidupan

sehari-hari.adapun

jenis

plastik

nomor

5

polipropilena (PP). Berikut merupakan Gambar 2.1 logo plastik jenis polipropilena.

Gambar 2.1 Logo Polipropilena (PP)


Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi. Penggunaan polipropilen kebanyakan pada kemasan minuman, komponen otomotif, perlengkapan rumah tangga, dan mainan. Polipropilen dapat diekstrusi menjadi bentuk serat atau kawat untuk penggunaan pengikat pada karpet. Limbah plastik yang terbuat dari polipropilen (PP) mengandung 85% karbon dan sisanya adalah hidrogen, hal ini membuat material ini sangat cocok untuk didaur ulang menjadi produk hidrokarbon yang berguna seperti bahan bakar. Polipropilen (PP) membutuhkan energi aktivasi yang lebih rendah untuk memecah ikatan C – H daripada polietilen (PE) karna rantai karbon polimer PP terdiri dari atom karbon tersier yang kurang tahan terhadap degradasi. Polimer adisi yang terbuat dari polipropilena monomer, permukaannya tidak rata serta memiliki sifat resistan yang tidak biasa terhadap kebanyakan pelarut kimia, basa dan asam. Sifat umum polipropilena dapat dilihat pada Tabel 2.3 dibawah ini. Tabel 2.3 Sifat Umum Polipropilena Densitas (mg/m3)

0,09 – 0,93

Modulus tarikan (GPa)

1,8

Kekuatan tarik (MPa)

37

Elongation at break (%)

10 – 60

Heat deflection temperature at 0,45 Mpa (°C)

100 – 105

Heat deflection temperature at 1,81 Mpa (°C)

60 – 65

Ekspansi linear termal (mm/mm K)

3,8 x 10-5

Kekerasan (Shore)

D76

Resistivitas volume (Ω.cm)

1,0 x 1017

Linear mold shrinkage (in./in.)

0,01 – 0,02

Polipropilena pertama kali dipolimerisasikan oleh Dr. Karl Rehn di Hoechst AG, Jerman, pada 1951, yang tidak menyadari pentingnya penemuan itu. Ditemukan kembali pada 11 Maret 1954 oleh Giulio Natta, Polipropilena pada awalnya diyakini lebih murah daripada polietilena Kebanyakan polipropilena komersial merupakan isotaktik dan memiliki kristalinitas tingkat menengah di antara polietilena berdensitas rendah dengan


polietilena berdensitas tinggi; modulus Youngnya juga menengah. Melalui penggabungan partikel karet, PP bisa dibuat menjadi liat serta fleksibel, bahkan di suhu yang rendah. Hal ini membolehkan polipropilena digunakan sebagai pengganti berbagai plastik teknik, seperti acrylonitrile butadiene styrene (ABS). Polipropilena memiliki permukaan yang tak rata, seringkali lebih kaku daripada beberapa plastik yang lain, lumayan ekonomis, dan bisa dibuat translusen (bening) saat tak berwarna tapi tidak setransparan polistirena, akrilik maupun plastik tertentu lainnya. Bisa bula dibuat buram dan/atau berwarna-warni melalui penggunaan pigmen, Polipropilena memiliki resistensi yang sangat bagus terhadap kelelahan (bahan). Pengolahan lelehnya polipropilena bisa dicapai melalui ekstrusi dan pencetakan. Metode ekstrusi (peleleran) yang umum menyertakan produksi serat pintal ikat (spun bond) dan tiup (hembus) leleh untuk membentuk gulungan yang panjang untuk nantinya diubah menjadi berbagai macam produk yang berguna seperti masker muka, penyaring, popok dan lap. Polipropilena memiliki titik lebur ~160 °C

(320 °F),

sebagaimana

yang

ditentukan

Differential

Scanning

Calorimetry (DSC). umumnya proses pembuatan plsatik polipropilena terbagi dalam tiga macam yaitu; 1. Polipropiline homopolymer . adalah PP melalui proses polimerisasi monomer propylene. PP jenis ini memiliki karakteristik kekakuan yang cukup tinggi dan kemengkilapan yang baik,sifat optis/fisik dari PP homopolymer masuk dalam kategori agak buram.contonya seperti ,kemasan makanan (baik riqid maupun flexible),peralatan rumah tangga,karung plastic,dan lain-lain. 2. Polipropilena random copolymer diproduksi melalui polimerisasi monomer propylene, dengan tambahan comonomer ethylene. Jenis ini memiliki kebeningan dan keuletan yang sangat baik,karenanya PP random copylemer banyak digunakan untuk pembuatan peralatan yang bening,seperti,tutup botol jenis flip-top,dan kemasan lainya. 3. Polipropilena impact copolymer (block copolymer) karakteristik terpenting dari jenis PP ini adalah material yang memiliki ketahanan terhadap temperatur rendah (-30oC) .selain itu ,PP impact copolymer dikenali dari warna dasarnya


yaitu putih susu. Contohnya seperti ,pallet,elektronik,dan perlengkapan otomotif.

2.2

Silika Gel Silika gel adalah senyawa silika sintetis yang berstruktur amorf. Silika gel

merupakan bahan kimia berbentuk padatan yang banyak dimanfaatkan sebagai adsorben. Hal ini disebabkan oleh mudahnya produksi dan juga mempunyai beberapa kelebihan yang lain yaitu, sangat bersifat inert, hidrofilik, mempunyai kestabilan termal dan mekanik yang tinggi, serta relatif tidak mengembang dalam pelarut organik jika dibandingkan dengan padatan resin polimer organik. Silika gel merupakan silika amorf yang terdiri atas globula – globula SiO4 tetrahedral yang tersusun secara tidak teratur dan beragregasi membentuk kerangka tiga dimensi yang lebih besar. Berikut dapat dilihat Gambar 2.2 silika gel dibawah ini.

Gambar 2.2 Silika gel Sifat silika gel ditentukan oleh orientasi dari ujung tempat gugus hidroksil berkombinasi. Oleh karena ketidak-teraturan susunan permukaan SiO4 tetrahedral, maka jumlah distribusinya per unit area bukan menjadi ukuran kemampuan adsorpsi silika gel, meskipun gugus silanol dan siloksan terdapat pada permukaan silika gel. Kemampuan adsorpsi ternyata tidak sebanding dengan jumlah gugus silanol dan gugus siloksan yang ada pada permukaan silika gel, tetapi tergantung pada distribusi gugus OH per unit area adsorben. 2.3 Proses Pirolisis Pirolisis, dapat disebut juga sebagai termolisis, adalah suatu proses dekomposisi secara kimia maupun termal, pada umumnya terdegradasi menjadi


molekul yang lebih kecil. Metode konvensional untuk mengolah limbah plastik, seperti landfill dan insinerasi, tidak dapat digunakan dalam jangka panjang karena dapat menyebabkan polusi udara, penyebaran racun, terkontaminasinya air tanah, dan kerusakan tanah. Pirolisis adalah metode yang dapat dipertimbangkan dan layak untuk dilakukan dengan mendegradasi material polimer tanpa penggunaan oksigen. Tujuan penghilangan udara adalah untuk alasan keamanan, kualitas produk, dan yield. Berdasarkan variasi suhu, maka pirolisis dapat dibagi menjadi tiga, rendah ( < 400 °C), sedang ( 400 – 600 °C) atau tinggi ( >600 °C). Hasil dari proses pirolisis dapat dibagi menjadi fraksi cair, fraksi gas, dan residu padatan. Pirolisis merupakan suatu alternatif untuk memperoleh energi dari limbah plastik. Hal ini menggunakan prinsip dimana kebanyakan substansi organik secara termal tidak stabil sehingga rantainya dapat pecah pada keadaan bebas oksigen. Teknik pirolisis telah digunakan sejak awal tahun 1930 di Jerman untuk peningkatan residu hidrogenasi yang diperoleh dari pencairan/pelelehan batubara. Keunggulan nyata dari pirolisis dibandingkan dengan pembakaran (incineration), yaitu dapat mereduksi gas buang hingga 20 kali. Disisi lain, produk pirolisis dapat dimanfaatkan lebih fleksibel dan penanganannya lebih mudah. Proses pirolisis sampah plastik merupakan teknologi konversi termokimia yang masih perlu dikembangkan. Selain itu, keterbatasan data-data kinetik untuk penentuan persamaan laju termal dekomposisi secara menyeluruh. Data - data itu diperlukan untuk rancang bangun reaktor pirolisis. Pyrolytic oil sebagai produk cair mengandung nafta dan komponen lain yang relatif potensial untuk diolah kembali menjadi fraksi yang dapat memberikan nilai tambah. Beberapa penelitian seputar konversi sampah plastik menjadi produk cair berkualitas bahan bakar telah dilakukan dan menunjukkan hasil yang cukup prospektif untuk dikembangkan. Pemanfaatan hasil fraksinasi sampah plastik telah banyak dikembangkan, yaitu pengubahan produk tar (pyrolytic oil) menjadi minyak

pelumas

menggunakan

metode

hydroisomerisasi,

tetapi

masih

memerlukan langkah yang cukup panjang. Sistem kerja yang digunakan adalah pirolisis atau destilasi kering.


Limbah plastik dipanaskan di atas suhu leburnya sehingga berubah jadi uap. Proses pemanasan ini menyebabkan perekahan pada molekul polimer plastik menjadi potongan molekul yang lebih pendek. Selanjutnya, molekul-molekul ini didinginkan jadi fase cair.Cairan yang dihasilkan jadi bahan dasar minyak atau minyak mentah. Dengan destilasi ulang menggunakan temperatur berbeda, yakni mengacu pada titik uap, minyak mentah diproses menjadi premium atau solar. Jika suhu pemanasan yang digunakan di atas 100 derajat celsius, yang dihasilkan adalah zat yang mendekati atau memiliki unsur sama dengan premium. Tinggal mengembunkan lagi uapnya maka didapat premium. Konsep dasarnya mengambil unsur karbon (C) dari polimer penyusun plastik. Polimer tersusun dari hidrokarbon, yakni rangkaian antara atom karbon (CO2) dan hidrogen (H2O). Untuk menghasilkan premium perlu rantai hidrokarbon dengan molekul lebih pendek, yakni C6-C10. Untuk menghasilkan minyak tanah dan solar perlu rantai hidrokarbon dengan molekul lebih panjang, yakni C11–C15 (minyak tanah) dan C16-C20 (solar). Pada proses akhir perlu refinery, yakni pengolahan bahan baku minyak menjadi minyak siap digunakan. Caranya, dengan mencuci, penambahan aditif, mereduksi kandungan gum atau zat beracun, dan mengklasifikasikan atau mengelompokkan berdasarkan panjang rantai hidrokarbon Oleh karena itu, konversi limbah plastik menjadi bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, yaitu : 1. Membentuk siklus pemakaian energi tidak terbarukan. 2. Dapat menjadi sumber petrokimia alternatif untuk menurunkan pembelian atau pemakaian energi tidak terbarukan. 3. Solusi alternatif yang efektif untuk mengurangi limbah plastik yang berakibat

tercegahnya

pencemaran

lingkungan

yang

biasanya

ditimbulkan oleh cara pengolahan insinerasi dan landfill. 2.4

Pertamina Dex (PERTADEX) Pertamina Dex adalah bahan bakar mesin diesel modern yang telah

memenuhi dan mencapai standar emisi gas buang EURO 3. Pertamina Dex memiliki angka performa tinggi dengan cetane number min.53, Pertamina Dex


juga memiliki kualitas tinggi dengan kandungan sulfur di bawah 300 ppm. Dan wikipedia.org memberikan pengertian bahwa Pertamina Dex adalah salah satu jenis BBM produksi Pertamina yang dipergunakan kendaraaan bermotor dengan mesin diesel. Jika kandungan sulfur (belerang) tinggi akan mengotori sistem penyaringan emisi sehingga menurunkan kemampuannya dalam menekan emisi. Sulfur yang tinggi pun bisa membuat lubang injector nozzle tersumbat oleh tumpukan deposit (Injector Clogging) menyebabkan aliran bahan bakar yang diinjeksi ke ruang bakar menjadi terhambat dan Spray/semburan menjadi tidak sesuai dengan rancangan semula. Alhasil, pembakaran di dalam mesin menjadi tidak sempurna dan menimbulkan dampak negatif dengan menurunnya performa mesin kendaraan seperti berkurangnya tenaga mesin, konsumsi bahan bakar lebih boros, dan bahkan dapat merusak komponen mesin seperti Injector. Jadi dapat disimpulkan bahwa Pertamina Dex adalah salah satu bahan bakar yang diproduksi oleh Pertamina yang sesuai dengan standard mutu dari Dirjen Migas untuk kendaraan bermotor dengan mesin diesel dan harganya mahal. Selain itu, yang perlu kita tahu Pertamina Dex direkomendasikan untuk mesin diesel teknologi terbaru (Diesel Common Rail System). 2.5

Mesin Diesel Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena

penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15 – 22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20 – 40 bar dengan suhu 500 – 700 0

C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai motor

stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah dan perawatannya lebih sederhana.


Siklus Diesel (SD) pertama sekali diperkenalkan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1890an. Pada prinsipnya bahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya jika tercapai temperatur tertentu. Temperatur terjadinya pembakaran ini dikenal dengan istilah temperatur pembakaran sendiri (autoigntion temperature). Pada SD, kompresi pada udara dilakukan atau diatur sampai temperatur berada di atas autoignation temperature. Setelah itu bahan bakar disemprotkan dan terjadilah pembakaran. Secara umum SD juga dapat dibagi atas 4 langkah, yaitu kompresi, pembakaran, ekspansi, dan pembuangan gas hasil pembakaran. Perbedaan utama hanya terletak pada proses pembakarannya yang tidak menggunakan busi. Karena proses pembakarannya berbeda, maka diagram p-v dan T-s akan mengalami sedikit perubahan seperti yang ditampilkan pada Gambar 2.3 dibawah ini: p

Qin 2

T

3

3

Qin

nt

ise

4 lu

ro

nt

ise

k

2

m

pi

ro

lum

isovo

vo iso

k

pi

4

Qout 1

vmin

vc

vmax

v

1

Qout

s

Gambar 2.3 Diagram P-v dan T-S Pada gambar P-v dapat dilihat, bahwa proses masuknya panas ke fluida kerja (proses 2-3) terjadi secara isobarik. Hal ini berbeda dengan pada siklus otto yang terjadi secara isovolume. Sementara proses kompresi (1-2), ekspansi (3-4), dan proses pembuangan (4-1) masih sama. Diagram T-s siklus diesel ditampilkan pada gambar diatas. Dagi gambar dapat dilihat terdapat sedikit perbedaan dengan diagram T-s siklus otto, seperti yang ditampilkan pada Gambar 7. Perbedaannya pada proses pembakaran atau masuknya panas (proses 2-3). Dapat disimpulkan dalam satu siklus diesel yang ideal proses termodinamika adalah:


•

Proses 1-2: adalah kompresi isentropik dimana piston bergerak dari TMB ke TMA

•

Proses 2-3: adalah proses pembakaran pada tekanan konstan dan piston bergerak ke Vc .

•

Proses 3-4: Proses ekspansi secara isentropik

•

Proses 4-1: Proses pembuangan panas ke lingkungan dimana piston berada pada TMB.

Berikut ini dapat kita lihat pada Gambar 2.4 perbedaan diagram P-v yang tidak

menggunakan

supercharger

dengan

diagram

P-v

menggunakan

supercharger.

Gambar 2.4 Diagram p-v saat pemakaian supercharger 2.5.1

Prinsip Kerja Mesin Diesel Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin

otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah : 1. Langkah Isap Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang


menyebabkan tekanan udara di dalam silinder seketika lebih rendah dari tekanan atmosfer ,sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara. 2. Langkah kompresi Pada langkah ini piston bergerak dari TMB menuju TMA dan kedua katup tertutup. Karena udara yang berada di dalam silinder didesak terus oleh piston,menyebabkan terjadi kenaikan tekanan dan temperatur,sehingga udara di dalam silinder menjadi sangat panas. Beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, bahan bakar di semprotkan ke ruang bakar oleh injector yang berbentuk kabut. 3. Langkah Usaha Pada langkah ini kedua katup masih tertutup, akibat semprotan bahan bakar di ruang bakar akan menyebabkan terjadi ledakan pembakaran yang akan meningkatkan suhu dan tekanan di ruang bakar. Tekanan yang besar tersebut akan mendorong piston ke bawah yang menyebkan terjadi gaya aksial. Gaya aksial ini dirubah dan diteruskan oleh poros engkol menjadi gaya radial (putar). 4. Langkah Buang Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywheel akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada Gambar 2.5 dibawah ini:


Langkah isap

Langkah kompresi

Langkah usaha

Langkah Buang

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Mesin Diesel 2.5.2 Standarisasi Diesel Indonesia menghasilkan dua jenis bahan bakar diesel yaitu. Diesel 48 (Solar) dan Diesel 53 (Pertamina Dex). Seperti dapat dilihat pada Tabel 2.4 merupakan sifat bahan bakar diesel komersial sesuai peraturan pemerintah Indonesia. Tabel 2.4 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial

Properties

Units

Cetane number

Diesel 48 (Solar)

Diesel 53 (Pertamina Dex)

48

53

Density @ 15°C

g/cm3

0,815-0,870

0,820-0,860

Viscosity kinematik @ 40°C

mm2/sec

2,0-5,0

2,0-4,5

Flash point

°C

min 60

min 55

Pour point

°C

max 18

max 18

Water content

g/kg

max 500

max 500

Sulfur content

%m/m

max 0,35

max 0,05

Ash content

%m/m

max 0,01

max 0,01


2.5.3

Performansi Mesin Diesel

1. Nilai Kalor Bahan Bakar. Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini: HHV = ( T2 – T1 - 0.05 ) x Cv ....................................................................... (2.1) Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) T2

= Temperatur air pendingin setelah penyalaan

T1

= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan

Cv

= Panas jenis bom calorimeter (73529.6 J/gr. oC)

Tkp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0.05 oC)

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap kg bahan bakar akan mengandung 0.15 kg hidrogen.


Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya, maka jumlah air yang akan terbentuk setiap pembakaran 1 kg bahan bakar adalah 1.35 kg. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, maka panas laten pengkondensasian yang terjadi dari dari hasil pembakaran setiap 1 kg bahan bakar adalah 2400 x 1.35 = 3240 kJ. Sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 3240 ...................................................................................... (2.2)

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

Jadi HHV dan LHV sama sekali tidak ada hubungannya dengan fase dari bahan bakarnya, baik bahan bakar padat maupun cair, samasama punya HHV dan LHV. Kalau soal gampang atau susahnya membakar, juga tidak ada hubungannya dengan HHV & LVH. Karena, pembakaran itu proses eksotermis, jadi tidak mengambil panas (energi) dari lingkungan justru memberikan panas ke lingkungan. Sebenarnya yang bisa dibakar itu adalah fase gas, kalau ada bahan bakar cair, maka harus terbentuk cukup uap di atas permukaannya supaya bisa memulai pembakaran. Kalau kita mulai dari temperatur ambient, untuk bahan bakar cair tertentu, misalnya diesel oil, mesti diberikan suhu yang cukup


supaya tekanan uapnya cukup tinggi untuk membentuk fase uap yang bisa dibakar (dari sinilah muncul istilah flash point). Tapi begitu sudah dibakar, panas dari pembakaran akan selalu menyediakan energi yang cukup untuk menghasilkan fase uap yang siap untuk dibakar. Berikut adalah heating value dari berbagai jenis bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2.5 dibawah ini: Tabel 2.5 Heating Value beberapa Jenis Bahan Bakar Jenis Bahan Bakar HHV (MJ/kg) LHV (MJ/kg) Hidrogen

141,8

119,96

Metana

55,5

50

Etana

51,9

47,8

Propana

50,35

46,35

Butana

49,5

45,75

Pentana

48,6

45,35

Minyak Bumi

45,543

42,686

Lilin Parafin

46

41,5

Pertadex

45,229

45,137

Kerosin

46,2

43

Solar

44,8

43,4

Bensin

47

43,448

Kayu Bakar

24,2

17

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV). 2. Torsi


Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak , dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer dengan maksud

mendapatkan

keluaran

dari

motor

pembakaran

dengan

cara

menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik. Untuk mencari daya dan torsi ditunjukkan oleh Persamaan di bawah ini. Pb =

T=

2𝜋𝜋.( 𝑛𝑛.𝑇𝑇 ) 60

................................................................................................ (2.3)

2𝜋𝜋.𝑛𝑛

...................................................................................................... (2.4)

𝑃𝑃𝑏𝑏 .60

3. Daya Poros Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu ditunjukkan pada Persamaan dibawah ini: Pb =

2𝜋𝜋.(𝑛𝑛.𝑇𝑇) 60

................................................................................................. (2.5)


Dimana : Pb = daya ( W ) T = torsi ( Nm ) n = putaran mesin ( Rpm ) 4. Laju Aliran Bahan Bakar (mf) Laju aliran bahan bakar didapat adalah banyaknya bahan bakar yang habis terpakai selama satu jam pemakaian. Dengan demikian besar laju aliran bahan bakar dapat dihitung dengan Persamaan dibawah ini:

mf =

𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑉𝑉 𝑓𝑓 𝑥𝑥10 −3

dimana:

𝑡𝑡 𝑓𝑓

x 3600 ......................................................................... (2.6)

sgf

= spesifik gravitasi Polipropilena Cair (0.772)

Vf

= Volume bahan bakar yang diuji (8 ml)

tf

= waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (detik)

5. Rasio udara bahan bakar (AFR) Rasio udara bahan bakar (AFR) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan Persamaan berikut ini: AFR =

𝑚𝑚𝑚𝑚

𝑚𝑚𝑚𝑚

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

dimana:

AFR = air fuel ratio ma

= laju aliran massa udara.

mf

= laju aliran bahan bakar


Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer terhadap kurva viscous flow mete calibration seperti pada Gambar 2.6 berikut ini

Gambar 2.6 Viscous Flow Meter Pada pengujian ini dianggap tekanan udara sebesar 100 kPa dan temperatur udara 27oC. Kurva kalibrasi dikondisikan untuk pengujian pada tekanan 101.3 kPa dan temperatur 20oC. maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor pengali berikut: 𝐶𝐶𝑓𝑓 = 3654𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥 𝐶𝐶𝐶𝐶 = 3654𝑥𝑥1𝑥𝑥

6. Effisiensi Volumetris

(𝑇𝑇𝑇𝑇 + 144) 𝑇𝑇𝑎𝑎2.5

(27 + 273 + 114) (27 + 273)2.5

𝐶𝐶𝐶𝐶 = 0.946531125

Effisiensi volumetric untuk motor bakar 4 langkah dihitung dengan Persamaan berikut ini:


𝜂𝜂𝑣𝑣 =

2𝑚𝑚𝑚𝑚

dimana:

1

60𝑛𝑛 𝜌𝜌 𝑎𝑎 𝑉𝑉𝑠𝑠

........................................................................................ (2.8)

ma = laju aliran udara (kg/jam) ρa = Kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak (m3) = 0.00023 (berdasarkan spesifikasi mesin) Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dengan Persamaaan berikut ini:

ρa =

𝑃𝑃𝑃𝑃

𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅

....................................................................................... (2.9)

Dimana:

R = Konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg K) 7. Daya Aktual Daya aktual didapat dengan mengalikan Daya hasil pembacaan dengan effiesiensi mekanikal

dan effesiensi volumetrik, sehingga didapat dihitung

dengan Persamaan berikut ini:

Pa

=

𝑃𝑃𝑃𝑃 𝑥𝑥 ɳ𝑏𝑏 𝑥𝑥 ɳ𝑉𝑉 𝑥𝑥 ɳ𝑚𝑚

dimana:

1000

........................................................................... (2.10)

besar ηm adalah 0.75 – 0.95

𝜂𝜂𝑣𝑣

adalah effisiensi Volumetris

Pb adalah daya poros

8. Effisiensi Thermal Aktual Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis


(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake

(thermal efficiency, ηb).

Jika daya keluaran Pb dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka untuk mencari effesiensi termal ditunjukkan pada Persamaan di bawah ini

ηb =

𝑃𝑃𝑏𝑏

𝑚𝑚 𝑓𝑓 . 𝐶𝐶𝐶𝐶

𝑥𝑥 3600 ....................................................................................

(2.11)

9. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan. Untuk mencari konsumsi bahan bakar spesifik ditunjukkan oleh Persamaan di bawah ini: SFC = ṁ𝑓𝑓 =

𝑚𝑚 ̇ 𝑓𝑓 𝑥𝑥 10 3 𝑃𝑃𝐵𝐵

............................................................................................ (2.12)

𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 𝑥𝑥 8 𝑥𝑥 10 −3

Dengan :

𝑡𝑡

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

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) Pb = daya (W) ṁ𝑓𝑓 = konsumsi bahan bakar sgf = spesicific gravity t = waktu (jam)


10. Heat Loss in Exhaust Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas. Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan di bawah ini. Heat Loss = ( ma x mf ) x ( Te – Ta ) .......................................................... (2.14) dimana: Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC) Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar dimana ditunjukkan pada Persamaan.

% Heat Loss =

( ma x mf ) x ( Te – Ta ) 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

..................................................... (2.15)

11. Persentase Heat Loss

Panas yang masuk ke mesin diberikan oleh Persamaan dibawah ini Q = mf x LHV .............................................................................................. (2.16) Maka besarnya persentase panas yang terbuang dari mesin dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan di bawah ini:

% Heat Loss in Exhaust =

(ma + mf )x �Te –Ta �x Cp

dimana:

𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑥𝑥 𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿𝐿

x100% ................... (2.17)

Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC)


2.5

Supercharger Supercharger adalah suatu mesin mekanaisme untuk menyuplai udara

dengan kepadatan yang melebihi kepadatan udara atmosfer ke dalam silinder pada langkah hisap. Udara yang lebih padat ini akan tinggal dalam silinder untuk ditekan pada langkah kompressi. Akibat udara yang densitasnya lebih tinggi maka lebih banyak bahan bakar yang dapat terbakar sehingga daya output mesin dapat meningkat. Tekanan udara dalam silinder sewaktu awal kompressi biasanya 6 psi. Mekanisme supercharger berbeda dengan langkah pembilasan dalam mesin 2 langkah, dimana mekanisme supercharger bertujuan untuk meningkatkan kepadatan udara segar dalam silinder dan dapat digunakan untuk mesin 2 langkah dan 4 langkah. Sedangkan penggunaan blower pada langkah pembilasan sematamata menggunakan hembusan udara untuk mengeluarkan gas hasil pembakaran (gas bekas) yang masih berada dalam silinder dan menggantinya dengan udara segar yang tekanannya relatif sama dengan tekanan atmosfer. Akan tetapi dalam semua sistem supercharger terdapat sekaligus pembilasan dan superchargering. Tujuan utama pemakaian supercharger adalah untuk menambah daya akibat perubahan ketinggian tempat operasi (kepadatan udara rendah), ataupun untuk meningkan daya yang dapat diperoleh dari mesin tanpa supercharger, mengurangi biaya bahan bakar, dan mengurangi berat atau ruang konstruksi pada suatu daya tertentu. Peningkatan daya output yang dapat diperoleh dari suatu mesin yang dilengkapi dengan supercharger tergantung oleh beberapa faktor, tetapi yang terpenting adalah tekanan superchargering. Peningkatan daya output yang diperoleh dapat mencapai 40-100 , tetapi dengan disain khusus peningkatan yang lebih besar dapai dicapai. Mesin yang dilengkapi dengan supercharger seperti yang dikatakan sebelumnya juga menghemat bahan bakar karena daya yang diperolah

dengan

mengunakan

supercharger

meningkat

dengan

cepat

dibandingkan dengan losses-losses akibat gesekan yang relatif tetap dan juga disebabkan oleh kecepatan udara yang tinggi me nyebabkan aliran turbulen dalam ruangan bakar sehingga proses pencampuran udara + bahan bakar dapat lenih cepat dan lebih baik mutunya. Dilihat dari konstruksinya dan harganya, motor diesel di bawah 100 PS tidak ekonomis menggunakan supercharger. Tetapi apabila mesin harus bekerja pada


ketinggian lebih dari 1500 meter diatas laut, supercharger mempunyai arti penting dalam usaha mengatasi kerugian daya yang disebabkan berkurangnya kepadatan udara atmosfer di tempat tersebut. Mesin dengan daya diantara 100 PS dan 200 PS yang banyak dipakai pada kendaraan laut tidak memperlihatkan pembatasan yang tegas, banyak juga yang menggunakan supercharger. Dalam hal tersebut kapal laut kebanyakan memakai motor diesel tanpa supercharger. Diatas 250 PS, motor diesel untuk kendaraan darat dan kapal laut biasanya menggunakan supercharger. Unit stasioner di bawah 1000 PS, karena ukuran dan berat tidak merupakan faktor yang terlalu menentukan pada umumnya jarang menggunakan supercharger. Pada motor diesel supercharger dapat mempersingkat priode persiapan pembakaran sehingga karakteristik pembakaran menjadi lebih baik. Disamping itu terbuka kemungkinan untuk menggunakan bahan bakar dengan menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih rendah. Akan tetapi jangan hendaknya melupakan tekanan dan temperatur gas pembakaranya karena hal tersebut akan menyangkut persoalan pendinginan, konstruksi, kekuatan material serta umur. Untuk mencegah terjadinya tekanan maksimum yang terlalu tinggi ada kecenderungan untuk mengurangi perbandingan kompresi yang sekaligus memperingan start mesin. Karena supercharger dapat memasukkan udara lebih banyak, dapat diharapkan menjadi lebih baik dan gas buangnya lebih bersih. Saat ini banyak motor diesel yang semulanya dirancang untuk bekerja tanpa dilengkapi dengan supercharger untuk mencapai tujuan tersebut. Pemakaian bahan bakar spesifik dari motor bensin yang memakai supercharger biasanya menjadi lebih besar. Hal ini disebabkan karena perbandingan kompresinya harus diperkecil untuk mencegah denotasi juga karena banyak bahan bakar yang keluar dari dalam silnder sebelum digunakan. Pemakaian supercharger pada motor bensin haruslah mencakup unsur antara efisiensi dan kebutuhan misalnya pada mesin pesawat terbang dan mobil balap. Pada mesin pesawat terbang, supercharger digunakan untuk memperoleh daya sebesar –besarnya

pada waktu tinggal landas dan untuk memampas

berkurangnya kepadatan udara pada ketinggian yang lebih tinggi. Boleh


dikatakan, kecuali pada motor bensin yang kecil, semua pesawat terbang selalu menggunakan

supercharger.

Persoalan

denotasi

dapat

diatasi

dengan

menggunakan bensin dengan bilangan oktana yang lebih tinggi (aviation-type fuels) dan dalam banyak hal dengan menyemprotkan air alkohol ke dalam arus udara pada waktu tinggal landas. Demikian juga motor bensin untuk mobil balap, yang lebih mementingkan daya daripada efisiensi, banyak memakai supercharger. Adapun bentuk dari supercarjer diperlihatkan pada Gambar 2.7 dibawah ini:

Gambar 2.7 Supercharger

2.5.1 Jenis- jenis Supercharger Berdasarkan kompressor yang digunakan untuk menggerakkan supercharger maka supercharger dapat dibagi atas : a)

Supercharger,

yang

menggunakan

positive

displacement

rotary

compressor, dapat dibagi atas: 1.

Impeler dengan 2 lobes

2.

Impeler dengan 3 lobes

b)

Supercharger yang menggunakan centrifugal compressor. Sedangkan berdasarkan cara penggerakkan kompressor maka supercharger

dapat dibagi atas :


1.

Kompressor yang digerakkan dari crankshaft mesin itu sendiri

2.

Kompressor yang digerakkan dari sumber daya luar

3.

Kompressor yang digerakkan turbin dengan pemanfatan gas buang (Turbocharger) yang dapat dibagi atas : •

Turbocarjer 2 tingkat (Two Stage Turbochargering)

•

Turbocarjer majemuk (compound Turbochargering)

2.5.2 1.

Jenis-jenis kompressor Positive Displacement Rotary Compressor Positve

displacement

rotary

compressor

yang

digunakan

dalam

supercharger biasanya berasal dari tipe “ROOT” yang terdiri atas dun rotor (impeler) yang bergerak secara berlawanan. Impeler dipasang pada kedua poros yang paralel dan memiliki dua atau tiga kuping (lobes) yang saling berpasangan seperti roda gigi ketika impeler ini berputar. Udara yang masuk pada awlnya akan terjebak pada ruang antara rumah dan lembah pada lobes yang saling berdekatan, yang kemudian dibawa ke saluran keluar dan udara dipaksa memasuki ruang silinder. Untuk impeler dengan 2 kuping (lobes) memiliki sifat-sifat sebagai berikut: 1.

Menghasilkan kapasitas udara yang paling maksimum

2.

Mengkonsumsi energi yang paling sedikit

3.

Pemasukan udara yang tidak kontinius

4.

Sangat berisik terutama jika bentuk lobenya lurus Sedangkan untuk imepeler dengan 3 lobes yang berbentuk spiral, merupakan

tipe root kompressor yang lebih baik dibandingkan dengan 2 lobes karena tidak besrisik dan terutama karena aliran udara lebih merata (kontiniu) 2.

Centrifugal kompressor Sentrifugal kompressor merupakan tipe kompressor yang menggunakan roda

kecepatan tinggi yang dilengkapi sudu-sudu dan ditiup dengan casing berbentuk


valve. Udara memasuki casing melalui saluran masuk, kemudian melalui sudusudu roda tersebut seolah-olah dilemparkan dengan gaya sentrifugal kesaluran kompressor. Udara yang dilempar dengan kecepatan tinggi ini masuk saluran buang diubah energi kinetiknya menjadi energi tekanan melalui diffuser. Biasanya putaran 4000-5000 rpm. Keunggulan positve displacement rotary compressor dibandingkan dengan centrifugal compressor jika penggeraknya berasal dari mesin itu sendiri adalah terletak pada kapasitas udara yang dipindahkan ke ruang silinder. Positive displacement rotary compressor secara praktis akan melepaskan udara dalam jumlah yang sama setiap putaran mesin tanpa memperhatikan kecepatan ataupun tekanan kerja dalam silinder. Tetapi untuk kompressor sentrifugal jumlah udara yang dimasukkan ke dalam silinder tiap putaran mesin akan selalu berubah-ubah karena tergantung pada kuadrat kecepatan roda putarnhya sehingga kapasitas pemasukkan udaranya akan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan positive displacement rotary compressor terutaman pada putaran rendah. Supercharger mirip dengan turbocharger, tetapi turbocharger ditenagai oleh arus gas keluaran mesin (exhaust) yang mendorong turbin. Supercharger dapat menyerap sebanyak sepertiga tenaga crankshaft mesin dan dalam banyak aplikasi kurang efisien daripada turbocharger, supercharger adalah sebuah kompresor yang bekerja secara mekanis, digerakan puli crankshaft dengan bantuan tali pengerak (belt driven). Pada Gambar 2.8 ditampilkan bentuk turbocharger.

Gambar 2.8 Tubocharger


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents