Top Banner
5 BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi Motor Bakar Motor bakar adalah salah satu mesin konversi energi yang banyak digunakan sebagai pengerak pada alat transportasi maupun peralatan industri. Motor bakar juga disebut mesin (Engine) yang berfungsi sebagai pembangkit tenaga. Pada bagian mesin ini terjadi perubahan energi kimia ke energi thermal menjadi energi mekanik atau energi gerak. Menurut Subandiro (2009:6) motor bakar atau mesin termasuk mesin panas (Thermal Engine) karena tenaga gerak yang dihasilkan mengunakan proses pembakaran. Berikut ini ada dua macam mesin panas yaitu : 1) Mesin Pembakaran Dalam ( Internal Combustion Engine) Yaitu proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak, sistem turbin gas dan propulsi pancar gas (Wiranto, 1988:1) 2) Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine) Yaitu mesin yang dapat menghasilkan energi dan membangkitkan panas dilakukan secara terpisah (Subandrio, 2009:6). Contoh mesin pembakaran luar adalah mesin uap dan turbin uap. Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis utama yaitu motor bensin (otto) dan motor diesel. Perbedaan utamanya terletak pada sistem pembakarannya. Bahan bakar motor bensin dinyalakan oleh loncatan api listrik di antara kedua elektroda busi. Karena itu motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engines. Sedangkan motor diesel disebut Comperession Ignition Engines karena terjadi proses pembakaran sendiri terhadap bahan bakar dalam silinder yang bertekanan dan temperatur yang tinggi. Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin 2 tak (2 langkah) dan mesin 4 tak (4 langkah). Mesin mempunyai proses kerja dinamakan siklus, yang meliputi proses pemasukan bahan bakar, kompresi, pembakaran, ekspaansi dan pembuangan gas sisa.
29

BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

Feb 05, 2018

Download

Documents

phungtuong
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

5

BAB II

Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi Motor Bakar

Motor bakar adalah salah satu mesin konversi energi yang banyak

digunakan sebagai pengerak pada alat transportasi maupun peralatan industri.

Motor bakar juga disebut mesin (Engine) yang berfungsi sebagai pembangkit

tenaga. Pada bagian mesin ini terjadi perubahan energi kimia ke energi thermal

menjadi energi mekanik atau energi gerak.

Menurut Subandiro (2009:6) motor bakar atau mesin termasuk mesin

panas (Thermal Engine) karena tenaga gerak yang dihasilkan mengunakan proses

pembakaran. Berikut ini ada dua macam mesin panas yaitu :

1) Mesin Pembakaran Dalam ( Internal Combustion Engine)

Yaitu proses pembakaran berlangsung di dalam motor bakar itu

sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi

sebagai fluida kerja. Dalam kelompok ini terdapat motor bakar torak,

sistem turbin gas dan propulsi pancar gas (Wiranto, 1988:1)

2) Mesin Pembakaran Luar (External Combustion Engine)

Yaitu mesin yang dapat menghasilkan energi dan membangkitkan

panas dilakukan secara terpisah (Subandrio, 2009:6). Contoh mesin

pembakaran luar adalah mesin uap dan turbin uap.

Motor bakar torak terbagi menjadi dua jenis utama yaitu motor bensin

(otto) dan motor diesel. Perbedaan utamanya terletak pada sistem pembakarannya.

Bahan bakar motor bensin dinyalakan oleh loncatan api listrik di antara kedua

elektroda busi. Karena itu motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engines.

Sedangkan motor diesel disebut Comperession Ignition Engines karena terjadi

proses pembakaran sendiri terhadap bahan bakar dalam silinder yang bertekanan

dan temperatur yang tinggi.

Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin 2 tak (2

langkah) dan mesin 4 tak (4 langkah). Mesin mempunyai proses kerja dinamakan

siklus, yang meliputi proses pemasukan bahan bakar, kompresi, pembakaran,

ekspaansi dan pembuangan gas sisa.

Page 2: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

6

Secara umum, kendaraan bermotor menggunakan motor pembakaran

dalam (Internal Combustion Engine), mengingat motor pembakaran jenis dalam

ini mempunyai kelebihan yang banyak dibandingkan dengan motor pembakaran

luar.

Beberapa kelebihan tersebut antara lain :

a. Lebih hemat atau irit dalam pemakaian bahan bakar,

b. Kontruksi mesinnya lebih sederhana dan lebih kecil,

c. Berat tiap satu satuan tenaga mekanisnya lebih kecil.

Pembakaran Udara dan bahan bakar yang dipanaskan akan menghasilkan

pembakaran,sehingga menghasilkan gaya yang diperlukan untuk memutarkan

engine. Udara yang mengandung bahan Oksigen diperlukan untuk membakar

bahan bakar.Sementara bahan bakar menghasilkan gaya. Ketika bahan bakar

dikabutkan di ruang bakar maka bahan bakar akan sangat mudah untuk dinyalakan

dan akan terbakar dengan effisien.Pembakaran dapat terjadi ketika campuran

bahan bakar dan udara dikompresikan sampai dihasilkan panas yang cukup ( 1000

ºC) sehingga dapat menyala tanpa bantuan percikan bunga api (Bruijn, LA de dan

L. Muilwijk, 1979).

Jika dilihat dari bentuk ruang bakarnya, ada tiga jenir motor bakar yang saat

ini sering digunakan, di antaranya adalah :

a. Motor torak

b. Motor rotary

c. Motor jet

Motor torak sendiri ada beberapa type, di antaranya adalah motor bensin,

dan motor diesel. Jika dilihat dari cara kerjanya, ada dua jenis motor, yaitu motor

dua langkah (two stroke), dan motor empat langkah (four stroke).(soemarsono,

B.Sc, 1997).

2.1.2. Motor Empat Langkah

Berbeda dengan motor dua langkah, pada motor empat langkah, setiap

proses akan terjadi pada satu langkah, sehingga untuk melakukan satu kali siklus,

diperlukan empat kali langkah piston bergerak dari TMA menuju ke TMB,

ataupun dari TMB menuju TMA. Perbedaan yang sangat mencolok dari mesin

Page 3: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

7

dua langkah adalah, jika pada mesin dua langkah, mekanisme katup dilakukan

sekaligus oleh piston, maka pada motor empat langkah, mekanisme ini dilakukan

oleh sistem katup sendiri (Jogaswara Eka, 2000).

a. Langkah hisap

Langkah hisap dimulai ketika torak atau piston bergerak dari TMA menuju ke

TMB, dengan keadaan katup hisap terbuka. Kevakuman pada ruang silinder

akan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar dari

karburator menuju ke ruang bakar. b. Langkah kompresi

Langkah kompresi terjadi ketika piston bergerak dari TMB menuju ke TMA,

dalam hal ini baik katup in maupun katup ex tertutup, sehingga tekanan di ruang bakar akan menjadi tinggi. Beberapa saat sebelum piston mencapai TMA, campuran udara dan bahan bakar tersebut dinyalakan oleh percikan api dari busi.

c. Langkah usaha

Bahan bakar yang telah dinyalakan tadi, akan meledak dan mendorong piston menuju ke TMB. Tenaga ini yang akan memutar poros engkol yang kemudian dimanfaatkan sebagai penggerak.

d. Langkah buang

Setelah piston berada pada TMB, piston akan bergerak lagi menuju ke TMA, pada hal ini katup buang terbuka, sehingga sisa hasil dari pembakaran akan di buang. Proses tersebut terjadi berulang ulang.

Dari proses pembakaran pada motor 4 langkah, dapat digambarkan dengan

grafik sebagai berikut:

Page 4: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

8

Gambar 2.1 Diagram Pembakaran Motor Bensin(Jogaswara Eka, 2000)

Timing pengapian, adalah saat dimana busi memercikkan api untuk menyulut

campuran udara dan bahan bakar.

1. Pembakaran awal, yaitu saat dimana bahan bakar mulai terbakar oleh percikan api dari busi

2. Puncak pembakaran, yaitu kondisi dimana bahan bakar terbakar

pada ledakan maksimalnya. Tenaga ini yang akan digunakan untuk mendorong pistin untuk melakukan langkah usaha.

3. Akhir pembakaran, yaitu kondisi dimana bahan bakar telah

sepenuhnya (seluruhnya) terbakar.

Ignition delay period adalah jeda waktu antara timing pengapian dengan

awal bahan bakar mulai terbakar. Hal-hal yang mempengaruhi ignition delay

diantaranya adalah perbandingan kompresi, temperatur udara yang masuk, jenis

bahan bakar, dan kecepatan mesin. Lamanya ignition delay yang mempengaruhi

puncak pembakaran, yang akibatnya berpengaruh terhadap performa mesin.

Uncontroled combution adalah, pembakaran yang energi hasil pembakarannya

tidak dapat digunakan untuk langkah usaha. Controled combution adalah

pembakaran yang energinya digunakan untuk mendorong piston saat langkah

usaha. Dari diagram pada gambar 1, dapat dilihat perbedaan tekanan ketika

langkah ekspansi tanpa bahan bakar, dan langkah ekspansi dengan proses

pembakaran. Tekanan hasil pembakaran tersebut yang mendorong piston untuk

langkah usaha.(Jogaswara Eka, 2000)

Page 5: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

9

2.1.3. Bahan Bakar

Bahan bakar adalah sesuatu yang dapat dibakar, dan dapat menghasilkan

panas untuk dijadikan sumber tenaga. Dalam hal ini bahan bakar memiliki

beberapa bentuk diantara nya adalah (UNEP , 2006)

a. Bahan bakar padat

b. Bahan bakar cair

c. Bahan bakar gas

2.1.3.1. Bahan Bakar Padat

Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat, dan

kebanyakan menjadi sumber energi panas. Misalnya kayu dan batubara. Energi

panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap untuk

menggerakkan peralatan dan menyediakan energi.

2.1.3.1.1. Klasifikasi Batubara

Batubara diklasifikasikan menjadi tiga jenis utama yakni antracit,

bituminous, dan lignit, meskipun tidak jelas pembatasan diantaranya.

Pengelompokannya lebih lanjut adalah semiantracit, semi-bituminous, dan sub-

bituminous. Antracit merupakan batubara tertua jika dilihat dari sudut pandang

geologi, yang merupakan batubara keras, tersusun dari komponen utama karbon

dengan sedikit kandungan bahan yang mudah menguap dan hampir tidak berkadar

air. Lignit merupakan batubara termuda dilihat dari pandangan geologi. Batubara

ini merupakan batubara lunak yang tersusun terutama dari bahan yang mudah

menguap dan kandungan air dengan kadar fixed carbon yang rendah. Fixed

carbon merupakan karbon dalam keadaan bebas, tidak bergabung dengan elemen

lain. Bahan yang mudah menguap merupakan bahan batubara yang mudah

terbakar yang menguap apabila batubara dipanaskan. Batubara yang umum

digunakan, contohnya pada industri di India adalah batubara bituminous dan sub-

bituminous.

Page 6: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

10

2.1.3.1.2. Sifat fisik dan kimia batubara

Sifat fisik batubara termasuk nilai panas, kadar air, bahan mudah

menguap dan abu. Sifat kimia batubara tergantung dari kandungan berbagai bahan

kimia seperti karbon, hidrogen, oksigen, dan sulfur. Nilai kalor batubara beraneka

ragam dari tambang batubara yang satu ke yang lainnya.

2.1.3.2. Bahan Bakar Cair

Bahan bakar cair adalah bahan bakar yang bentuknya cair (liquid).

Sebagai contoh adalah minyak tungku/ furnace oil dan LSHS (low sulphur heavy

stock) yang digunakan dalam industri. Berbagai sifat bahan bakar cair diberikan

dibawah ini (UNEP, 2006)

2.1.3.2.1. Densitas

Densitas didefinisikan sebagai perbandingan massa bahan bakar terhadap

volum bahan bakar pada suhu acuan 15°C. Densitas diukur dengan suatu alat yang

disebut hydrometer. Pengetahuan mengenai densitas ini berguna untuk

penghitungan kuantitatif dan pengkajian kualitas penyalaan. Satuan densitas

adalah kg/m3.

2.1.3.2.2. Specific Gravity

Didefinisikan sebagai perbandingan berat dari sejumlah volum minyak

bakar terhadap berat air untuk volum yang sama pada suhu tertentu. Densitas

bahan bakar, relatif terhadap air, disebut specific gravity. Specific gravity air

ditentukan sama dengan 1. Karena specific gravity adalah perbandingan, maka

tidak memiliki satuan. Pengukuran specific gravity biasanya dilakukan dengan

hydrometer. Specific gravity digunakan dalam penghitungan yang melibatkan

berat dan volume.

2.1.3.2.3. Viskositas

Viskositas suatu fluida merupakan ukuran resistansi bahan terhadap

aliran. Viskositas tergantung pada suhu dan berkurang dengan naiknya suhu.

Viskositas diukur dengan Stokes / Centistokes. Kadang-kadang viskositas juga

Page 7: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

11

diukur dalam Engler, Saybolt atau Redwood. Tiap jenis minyak bakar memiliki

hubungan antara suhu dan viskositas tersendiri. Pengukuran viskositas dilakukan

dengan suatu alat yang disebut Viskometer. Viskositas merupakan sifat yang

sangat penting dalam penyimpanan dan penggunaan bahan bakar minyak.

Viskositas mempengaruhi derajat pemanasan awal yang diperlukan untuk

handling, penyimpanan dan atomisasi yang memuaskan. Jika minyak terlalu

kental,maka akan menyulitkan dalam pemompaan, sulit untuk menyalakan

burner, dan sulit dialirkan. Atomisasi yang jelek akan mengakibatkan terjadinya

pembentukan endapan karbon pada ujung burner atau pada dinding-dinding. Oleh

karena itu pemanasan awal penting untuk atomisasi yang tepat (UNEP, 2006)

2.1.3.2.4. Titik Nyala

Titik nyala suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar

dapat dipanaskan sehingga uap mengeluarkan nyala sebentar bila dilewatkan suatu

nyala api.

2.1.3.2.5. Titik Tuang

Titik tuang suatu bahan bakar adalah suhu terendah dimana bahan bakar

akan tertuang atau mengalir bila didinginkan dibawah kondisi yang sudah

ditentukan. Ini merupakan indikasi yang sangat kasar untuk suhu terendah dimana

bahan bakar minyak siap untuk dipompakan.

2.1.3.2.6. Panas Jenis

Panas jenis adalah jumlah Kkal yang diperlukan untuk menaikan suhu 1

kg minyak sebesar 1oC. Satuan panas jenis adalah Kkal/kgoc. Besarnya bervariasi

mulai dari 0,22 hingga 0,28, tergantung pada specific gravity minyak. Panas jenis

menentukan berapa banyak steam atau energi listrik yang digunakan untuk

memanaskan minyak ke suhu yang dikehendaki. Minyak ringan memiliki panas

jenis yang rendah, sedangkan minyak yang lebih berat memiliki panas jenis yang

lebih tinggi.

Page 8: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

12

2.1.3.2.7. Nilai Kalor

Nilai kalor merupakan ukuran panas atau energi yang dihasilkan., dan

diukur sebagai nilai kalor kotor/ gross calorific value atau nilai kalor netto/ nett

calorific value. Perbedaannya ditentukan oleh panas laten kondensasi dari uap air

yang dihasilkan selama proses pembakaran. Nilai kalor kotor/. gross calorific

value (GCV) mengasumsikan seluruh uap yang dihasilkan selama proses

pembakaran sepenuhnya terembunkan/terkondensasikan. Nilai kalor netto (NCV)

mengasumsikan air yang keluar dengan produk pengembunan tidak seluruhnya

terembunkan. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai kalor netto.

2.1.3.2.8. Premium

Bensin adalah campuran alkana yang mengandung C6–C8. Bensin dari

hasil penyulingan minyak bumi tidak begitu banyak jumlahnya (25-45%). Untuk

memenuhi kebutuhan akan bensin, salah satu cara yang dilakukan adalah

memproduksinya melalui proses pemecahan yang disebut ”cracking” yaitu proses

pemecahan hidrokarbon tinggi pada suhu dan tekanan tinggi dengan bantuan

katalis (pemercepat reaksi) menjadi hidrokarbon rendah (sebagai alkana dan

alkena rendah). Bensin yang diperoleh dengan cara ini mutunya lebih baik dari

bensin hasil penyulingan minyak bumi. Biasanya fraksiminyak bumi yang diolah

lebih lanjut dengan cara tersebut adalah fraksi C15–C18. Mutu bensin ditentukan

oleh mudah-tidaknya bensin itu mengalami ketukan (knocking). Bensin yang

bermutu adalah bensin yang sukar mengalami ‘knocking’, atau dengan kata lain,

bensin bermutu adalah bensin beranti-ketuk tinggi. Ketukan akan berkurang oleh

bertambahnya cabang dan rantai pada alkana. Mutu bensin terusdikembangkan

agar bersifat tidak boros pada saat proses pembakaran dalam mesin kendaraan.

Bensin yang hanya mengandung senyawa n-oktana memberikan jumlah ketukan

paling tinggi (anti-ketuk paling rendah), sedangkan senyawa 2,2,4-trimetil pentana

(merupakan turunan oktana) memberikan jumlah ketukan paling rendah (sebagai

bensin beranti-ketuk paling tinggi).

a. Sifat-sifat yang dimiliki bensin adalah (TOYOTA, 1982):

• Mudah menguap pada temperatur normal

• Tidak berwarna, tembus pandang, dan berbau

Page 9: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

13

• Mempunyai titik nyala rendah (-10°C sampai –15°C)

• Mempunyai berat jenis yang rendah (0,6 – 0,78)

• Dapat melarutkan oli dan karet

• Menghasilkan jumlah panas yang besar (9.500 – 10.500 kcal/kg)

• Sedikit meninggalkan carbon setelah dibakar

b. Syarat-syarat bensin

Kualitas berikut ini diperlukan oleh bensin untuk memberikan kerja

mesin yang maksimal :

• Mudah terbakar

• Mudah menguap

• Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih

Angka oktan pada Bensin adalah suatu bilangan yang menunjukkan

kemampuan bertahan terhadap gejala knocking. Makin besar angka

oktannyamakin besar pula kemampuan bertahan Bensin terhadap gejala

knocking .Dengan kata lain, makin tinggi nilai angka oktan makin kurang

kemungkinan bensin dengan angka oktan tinggi dapat digunakan pada motor.

Bensin yang mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi pula. Jadi Bensin

denganangka oktan tinggi tidak menguntungkan jika di pakai pada motor

Bensindengan berkompresi rendah. Oleh sebab itu, dari tahun ke tahun

perbandingankompresi mesin bertambah besar, ini sejalan dengan meningkatnya

nilai oktanbahan bakar yang dapat dibuat (Obert, 1973, Taylor, 1961).

Perbandingan kompresi yang sesuai untuk suatu bahan bakar sangat tergantung

padakombinasi antara design dan faktor operasi mesin. Hal ini hanya

dapatditentukan dengan suatu percobaan untuk tipe mesin tertentu dan tipe

pemakaian (Taylor, 1961). Berarti tidak mudah memastikan

perbandingankompresi maksimum, kecuali untuk mesin tertentu dengan kondisi

operasi yangtertentu pula. Jika perbandingan kompresi jauh di bawah keadaan

yang dapatmenimbulkan detonasi, maka daya mesin dengan bahan bakar bernilai

oktan 65dan nilai oktan 85 besarnya hampir sama (Obert, 1973).

Page 10: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

14

Spesifikasi premium dapat dilihat pada tabel dibawah ini : Tabel 2.1. Karakteristik Premium(Obert, 1973).

2.1.3.3. Bahan Bakar Gas

Bahan bakar gas merupakan bahan bakar yang sangat memuaskan sebab

hanya memerlukan sedikit handling dan sistim burner nya sangat sederhana dan

hampir bebas perawatan. Gas dikirimkan melalui jaringan pipa distribusi sehingga

cocok untuk wilayah yang berpopulasi tinggi atau padat industri. Walau begitu,

banyak pemakai perorangan yang besar memiliki penyimpan gas, bahkan

beberapa diantara mereka memproduksi gasnya sendiri (UNEP, 2006: 9-11).

2.1.3.3.1. Jenis-jenis bahan bakar gas

Berikut adalah daftar jenis-jenis bahan bakar gas:

a. Bahan bakar yang secara alami didapatkan dari alam:

i. Gas alam

ii. Metan dari penambangan batubara

b. Bahan bakar gas yang terbuat dari bahan bakar padat

Page 11: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

15

i. Gas yang terbentuk dari batubara

ii. Gas yang terbentuk dari limbah dan biomasa

iii. Dari proses industri lainnya (gas blast furnace)

c. Gas yang terbuat dari minyak bumi

i. Gas Petroleum cair (LPG)

ii. Gas hasil penyulingan

iii. Gas dari gasifikasi minyak

d. Gas-gas dari proses fermentasi

Bahan bakar bentuk gas yang biasa digunakan adalah gas petroleum cair

(LPG), gas alam, gas hasil produksi, gas blast furnace, gas dari pembuatan kokas,

dll. Nilai panas bahan bakar gas dinyatakan dalam Kilokalori per normal meter

kubik (Kkal/Nm3) ditentukan pada suhu normal (20o C) dan tekanan normal (760

mm Hg.

2.1.3.3.2. Sifat-sifat bahan bakar gas

Karena hampir semua peralatan pembakaran gas tidak dapat

menggunakan kadungan panas dari uap air, maka perhatian terhadap nilai kalor

kotor (GCV) menjadi kurang. Bahan bakar harus dibandingkan berdasarkan nilai

kalor netto (NCV). Hal ini benar terutama untuk gas alam, dimana kadungan

hidrogen akan meningkat tinggi karena adanya reaksi pembentukan air selama

pembakaran. Sifat-sifat fisik dan kimia berbagai bahan bakar gas diberikan dalam

Tabel 2.2. (UNEP, 2006)

Tabel 2.2. Sifat-sifat Fisik dan Kimia Berbagai Bahan Bakar Gas

(UNEP, 2006)

Bahan Bakar Gas Gas Alam Propan Butan

Masa Jenis Relatif 0,6 1,52 1,96

Nilai Kalor (Kkal/Nm3) 9350 22200 28500

Perbandingan Udara/Bahan Bakar (m3 10 25 32

Udara terhadap m3 Bahan Bakar)

Suhu Nyala Api (OC) 1954 1967 1973

Kecepatan Nyala Api (m/s) 0,290 0,460 0,870

Page 12: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

16

2.1.3.3.3. LPG (Liquefied Petroleum Gas)

LPG terdiri dari campuran utama propan dan Butan dengan sedikit

persentase hidrokarbon tidak jenuh (propilen dan butilene) dan beberapa fraksi C2

yang lebih ringan dan C5 yang lebih berat. Senyawa yang terdapat dalam LPG

adalah propan (C3H8), Propilen (C3H6), normal dan iso-butan (C4H10) dan Butilen

(C4H8). LPG merupakan campuran dari hidrokarbon tersebut yang berbentuk gas

pada tekanan atmosfir, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu

normal, dengan tekanan yang cukup besar. Walaupun digunakan sebagai gas,

namun untuk kenyamanan dan kemudahannya, disimpan dan ditransport dalam

bentuk cair dengan tekanan tertentu. LPG cair, jika menguap membentuk gas

dengan volum sekitar 250 kali. Uap LPG lebih berat dari udara: butan beratnya

sekitar dua kali berat udara dan propan sekitar satu setengah kali berat udara.

Sehingga, uap dapat mengalir didekat permukaan tanah dan turun hingga ke

tingkat yang paling rendah dari lingkungan dan dapat terbakar pada jarak tertentu

dari sumber kebocoran. Pada udara yang tenang, uap akan tersebar secara

perlahan.

Lolosnya gas cair walaupun dalam jumlah sedikit, dapat meningkatkan

campuran perbandingan volum uap/udara sehingga dapat menyebabkan bahaya.

Untuk membantu pendeteksian kebocoran ke atmosfir, LPG biasanya ditambah

bahan yang berbau. Harus tersedia ventilasi yang memadai didekat permukaan

tanah pada tempat penyimpanan LPG. Karena alasan di atas, sebaiknya tidak

menyimpan silinder LPG di gudang bawah tanah atau lantai bawah tanah yang

tidak memiliki ventilasi udara.( UNEP, 2006).

2.1.3.3.4. Gas alam

Metan merupakan kandungan utama gas alam yang mencapai jumlah

sekitar 95% dari volum total. Komponen lainnya adalah: Etan, Propan, Pentan,

Nitrogen, Karbon Dioksida, dan gas gas lainnya dalam jumlah kecil. Sulfur

dalam jumlah yang sangat sedikit juga ada. Karena metan merupakan komponen

terbesar dari gas alam, biasanya sifat metan digunakan untuk membandingkan

sifat-sifat gas alam terhadap bahan bakar lainnya. Gas alam merupakan bahan

bakar dengan nilai kalor tinggi yang tidak memerlukan fasilitas penyimpanan.

Page 13: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

17

Gas ini bercampur dengan udara dan tidak menghasilkan asap atau jelaga. Gas ini

tidak juga mengandung sulfur, lebih ringan dari udara dan menyebar ke udara

dengan mudahnya jika terjadi kebocoran. Perbandingan kadar karbon dalam

minyak bakar, batubara dan gas diberikan dalam tabel dibawah.

Tabel 2.3. Perbandingan Komposisi Kimia Berbagai Bahan Bakar (%) (UNEP: 2006)

Bahan Bakar Batubara Gas Alam

Minyak

Karbon 84 41,11 74

Hidrogen 12 2,76 25

Sulfur 3 0,41 -

Oksigen 1 9,89 < 1

Nitrogen < 1 1,22 0,75

Abu < 1 38,63 -

Air < 1 5,98 -

2.1.3.3.5. Hidrogen

Hidrogen adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki

simbol H dan nomor atom 1. Hidrogen dalam bahasa latin yaitu hydrogenium dan

dari bahasa yunani hidrogen berasal dari kata hydro yang berarti air dan genes

yang berarti membentuk air. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak

berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan

merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa

atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia. Hidrogen dapat

membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai

dalam air dan senyawa-senyawa organik. Isotop hidrogen yang paling banyak

dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton

tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif

(kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam

basa yang mana banyak reaksi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul

terlarut. Oleh karena hidrogen merupakan satu-satunya atom netral

yang persamaan Schrödingernya dapat diselesaikan secara analitik, kajian pada

Page 14: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

18

energetika dan ikatan atom hidrogen memainkan peran yang sangat penting dalam

perkembangan mekanika kuantum (Achmad, Hiskia. 2001). Sifat kimia dan fisika hydrogen

a. Sifat fisika

- Titik lebur : -259,140C

- Titik didih : -252,87 0C

- Warna : tidak berwarna

- Bau : tidak berbau

- Densitas : 0,08988 g/cm3 pada 293 K

- Kapasitas panas : 14,304 J/gK

b. Sifat kimia

- Panas Fusi : 0,117 kJ/mol H2

- Energi ionisasi 1 : 1312 kJmol

- Afinitas electron : 72,7711 kJ/mol

- Panas atomisasi : 218 kJ/mol

- Panas penguapan : 0,904 kJ/mol H2

- Jumlah kulit : 1

- Biloks minimum : -1

- Elektronegatifitas : 2,18 (skala Pauli)

- Konfigurasi electron : 1s1

- Biloks maksimum : 1

- Volume polarisasi : 0,7 Å3

- Struktur : hcp (hexagonal close packed) (padatan H2)

- Jari-jari atom : 25 pm

- Konduktifitas termal : 0,1805 W/mK

- Berat atom : 1,0079

- Potensial ionisasi : 13,5984 eV

Kelarutan dan karakteristik hidrogen dengan berbagai macam logam

merupakan subyek yang sangat penting dalam bidang metalurgi

(karena perapuhan hidrogen dapat terjadi pada kebanyakan logam) dan dalam riset

pengembangan cara yang aman untuk meyimpan hidrogen sebagai bahan

bakar. Hidrogen sangatlah larut dalam berbagai senyawa yang terdiri dari logam

Page 15: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

19

tanah nadir dan logam transisi dan dapat dilarutkan dalam logam kristal maupun

logam amorf. Kelarutan hidrogen dalam logam disebabkan oleh distorsi setempat

ataupun ketidakmurnian dalam kekisi hablur logam. Gas hidrogen sangat mudah

terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas.

Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol. Hidrogen terbakar menurut

persamaan kimia:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol) (Achmad, Hiskia. 2001)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen

meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur

560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan

gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang. Oleh

karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara

visual. Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung

menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen

lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-

unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar

dengan klorindan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen

klorida dan hidrogen fluorida. (Achmad, Hiskia. 2001). H2 adalah salah satu hasil produk dari beberapa enis fermentasi anaerobik

dan dihasilkan pula pada beberapa mikroorganisme, biasanya melalui reaksi yang

di katalisasikan dengan enzim hidrogenase yang mengandung besi atau nikel.

Enzim-enzim ini mengkatalisasikan reaksi redoks reversibel antara H2 dengan

komponen dua proton dan dua elektronnya. Gas hidrogen dihasilkan pada transfer

reduktor ekuivalen yang dihasilkan selama fermentasi piruvat menjadi air.

Pemisahan air, yang mana air terurai menjadi komponen proton, elektron, dan

oksigen, terjadi pada reaksi cahaya pada proses fotosintesis. percobaan

memodifikasi gen ganggang dan mengubahnya menjadi bioreaktor.

Ganggang Chlamydomonasreinhardtii dan cyanobacteria memiliki tahap kedua,

yaitu reaksi gelap, yang mana proton dan elektron direduksi menjadi gas H2 oleh

hidrogenase tertentu di kloroplasnya. Beberapa usaha telah diambil untuk secara

genetik memodifikasi hidrogenase cyanobacteria untuk secara efisien mensintesis

gas H2 dibawah keberadaan oksigen.Usaha keras juga telah diambil dalam

Page 16: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

20

Hidrogen membentuk senyawa yang sangat banyak dengan karbon. Oleh

karena asosiasi senyawa itu dengan kebanyakan zat hidup, senyawa ini disebut

sebagai senyawa organik. Studi sifat-sifat senyawa tersebut disebut kimia organic

dan studi dalam konteks kehidupan organisme dinamakan biokimia. Pada

beberapa definisi, senyawa “organik” hanya memerlukan atom karbon untuk

disebut sebagai organik. Namun kebanyakan senyawa organik mengandung atom

hidrogen. Dan oleh karena ikatan ikatan hidrogen-karbon inilah yang memberikan

karakteristik sifat-sifat hidrokarbon, ikatan hidrogen-karbon diperlukan untuk

beberapa definisi dari kata “organik” di kimia. Dalam kimia anorganik, hidrida

dapat berperan sebagai ligan penghubung yang menghubungkan dua pusat logam

dalam kompleks berkoordinasi. Fungsi ini umum ditemukan pada unsur golongan

13,terutama pada kompleks borana (hidrida boron) dan aluminium serta

karborana yang bergerombol.

Oksidasi H2 secara formal menghasilkan proton H+. Spesies ini

merupakan topik utama dari pembahasan asam, walaupun istilah proton

digunakan secara longgar untuk merujuk pada hidrogen kationik yang positif dan

ditandai dengan H+. Proton H+ tidak dapat ditemukan berdiri sendiri dalam laurtan

karena ia memiliki kecenderungan mengikat pada atom atau molekul yang

memiliki elektron. Untuk menghindari kesalahpahaman akan “proton terlarut”

dalam larutan, larutan asam sering dianggap memiliki ion hidronium (H3O+) yang

bergerombol membentuk H9O4+. Ion oksonium juga ditemukan ketika air berada

dalam pelarut lain. Walaupun sangat langka di bumi, salah satu ion yang paling

melimpah dalam alam semesta ini adalah H3+, dikenal sebagai molekul hidrogen

terprotonasi ataupun kation hidrogen triatomik. Hidrogen memiliki tiga isotop

alami, ditandai dengan 1H, 2H, dan 3H. Isotop lainnya yang tidak stabil (4H to7H)

juga telah disintesiskan di laboratorium namun tidak pernah dijumpai secara

alami.

1. 1H adalah isotop hidrogen yang paling melimpah, memiliki persentase

99.98% dari jumlah atom hidrogen. Oleh karena inti atom isotop ini hanya

memiliki proton tunggal, ia diberikan nama yang deskriptif sebagai

protium, namun nama ini jarang sekali digunakan.

Page 17: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

21

2. 2H, isotop hidrogen lainnya yang stabil, juga dikenal

sebagai deuterium dan mengandung satu proton dan satu neutron pada

intinya. Deuterium tidak bersifat radioaktif, dan tidak memberikan bahaya

keracunan yang signifikan. Air yang atom hidrogennya merupakan isotop

deuterium dinamakan air berat. Deuterium dan senyawanya digunakan

sebagai penanda non-radioaktif pada percobaan kimia dan untuk

pelarut1H-spektroskopi NMR.Air berat digunakan sebagai moderator

neutron dan pendingin pada reaktor nuklir. Deuterium juga berpotensi

sebagai bahan bakar fusi nuklir komersial.

3. 3H dikenal dengan nama tritium dan mengandung satu proton dan dua

neutron pada intinya. Ia memiliki sifat radioaktif, dan mererasjadi Helium-

3 melalui pererasan beta dengan umur paruh 12,32 tahun.Sejumlah kecil

tritium dapat dijumpai di alam oleh karena interaksi sinar kosmos dengan

atmosfer bumi; tritium juga dilepaskan selama uji coba nuklir. Ia juga

digunakan dalam reaksi fusi nuklir, sebagai penanda dalam geokimia

isotop, dan terspesialisasi pada peralatan self-powered lighting. Tritium

juga digunakan dalam penandaan percobaan kimia dan biologi

sebagai radiolabel.

Hidrogen adalah satu-satunya unsur yang memiliki tiga nama berbeda

untuk isotopnya. (Dalam awal perkembangan keradioaktivitasan, beberapa isotop

radioaktif berat diberikan nama, namun nama-nama tersebut tidak lagi

digunakan). Simbol D dan T kadang-kadang digunakan untuk merujuk pada

deuterium dan tritium, namun simbol P telah digunakan untuk merujuk

pada fosfor, sehingga tidak digunakan untuk merujuk pada protium. Dalam

tatanama IUPAC, International Union of Pure and Applied

Chemistry mengijinkan penggunaan D, T,2H, dan 3H walaupun 2H dan 3H lebih

dianjurkan. Isotop hidrogen yang lebih langka juga memiliki aplikasi

tersendiri. Deuterium (hidrogen-2) digunakan dalam reactor CANDU sebagai

moderator untuk memperlambat neutron.Senyawa deuterium juga memiliki

aplikasi dalam bidang kimia dan biologi dalam kajian reaksiefek

isotop. Tritium (hidrogen-3) yang diproduksi oleh reaktor nuklir digunakan dalam

produksi bom hidrogen, sebagai penanda isotopik dalam biosains, dan sebagai

Page 18: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

22

sumber radiasi di cat berpendar.Suhu pada titik tripel hidrogen digunakan sebagai

titik acuan dalam skala temperatur ITS-90 (International Temperatur Scale of

1990) pada 13,8033 kelvin. Rapatan energi per volume pada hidrogen cair maupun

hidrogen gas pada tekanan yang praktis secara signifikan lebih kecil daripada

rapatan energi dari bahan bakar lainnya, walaupun rapatan energi per massa

adalah lebih tinggi. Sekalipun demikian, hidrogen telah dibahas secara meluas

dalam konteks energi sebagai pembawa energi. Sebagai

contoh, sekuestrasi CO2 yang diikuti denganpenangkapan dan penyimpanan

karbon dapat dilakukan pada produksi H2 dari bahan bakar fosil. Hidrogen yang

digunakan pada transportasi relatif lebih bersih dengan sedikit emisi NOx, tapi

tanpa emisi karbon. Namun, biaya infrastruktur yang diperlukan dalam

membangun ekonomi hidrogen secara penuh sangatlah besar. (Achmad, Hiskia.

2001)

2.1.3.3.6. Pembuatan Hidrogen

a) Dalam skala laboratorium hydrogen biasanya dibuat dari hasil samping

reaksi tertentu misalnya mereaksikan logam dengan asam seperti mereaksikan

antara besi dengan asam sulfat.

Fe(s) + H2SO4(aq) →FeSO4(aq) + H2(g)……………….(2.1)

b) Sejumlah kecil hydrogen dapat juga diperoleh dengan mereaksikan kalsium

hidrida dengan air. Reaksi ini sangat efisien dimana 50% gas hydrogen yang

dihasilkan diperoleh dari air.

CaH2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + 2 H2(g)………….(2.2)

c) Elektrolisis air juga sering dipakai untuk menghasilkan hydrogen dalam

skala laboratorium, arus dengan voltase rendah dialirkan dalam air kemudian gas

oksigen akan terbentuk di anoda dan gas hydrogen akan terbentuk di katoda.

2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)……………………………(2.3)

Dalam skala industri hydrogen dapat dibuat dari hidrokarbon, dari

produksi secara biologi melalui bantuan alga dan bakteri, melalui elektrolisis,

Page 19: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

23

ataupun termolisis. Produksi hydrogen dari hidrokarbon masih menjadi primadona

disebabkan dengan metode ini bias dihasilkan hydrogen dalam jumlah yang

melimpah sehingga metode yang lain perlu dikembangkan lagi akar meningkatkan

nilai ekonomi hydrogen.

Hidrogen dapat dibuat dari gas alam dengan tingkat efisiensi sekitar 80%

tergantung dari jenis hidrokarbon yang dipakai. Pembuatan hydrogen dari

hidrokarbon menghasilkan gas CO2, sehingga CO2 ini dalam prosesnya dapat

dipisahkan. Produksi komersial hydrogen menggunakan proses “steam reforming”

menggunakan methanol atau gas alam dan menghasilkan apa yang disebut sebagai

syngas yaitu campuran gas H2 dan CO.

CH4 + H2O → 3H2 + CO + 191,7 kJ/mol…………………………(2.4)

Panas yang dibutuhkan oleh reaksi diperoleh dari pembakaran beberapa

bagian methane. Penambahan hasil hydrogen dapat diperoleh dengan

menambahkan uap air kedalam gas hasil reaksi yang dialirkan dalam reactor

bersuhu 130 C.

CO + H2O → CO2 + H2 – 40,4 kJ/mol……………………………..(2.5)

Reaksi yang terjadi adalah pengabilan oksigen dari molekul air ke CO untuk

menjadi CO2. Reaksi ini menghasilkan panas yang dapat dipakai untuk menjaga

suhu reactor.

2.1.3.3.7. Pembuatan Hidrogen dari air Melalui elektrolisis

Hidrogen dapat dibuat dari proses elektrolisis air dengan menggunakan

suplai energi yang dapat diperbaharuhi misalnya angina, hydropower, atau turbin.

Dengan cara elektrolisis maka produksi yang dijalankan tidak akan menghasilkan

polusi. Proses elektrolisis menjadi salah satu proses yang memiliki nilai ekonomi

yang urah dibandingkan dengan menggunakan bahan baku hidrokarbon. Salah

satu teknik elektrolisis yang mendapatkan perhatian cukup tinggi adalah

“elektrolisis dengan menggunakan tekanan tinggi” dalam teknik ini elektrolisis

dijalankan untuk menghasilkan gas hydrogen dan oksigen dengan tekanan sekitar

120-200 Bar. Teknik lain adalah dengan dengan menggunakan “elektrolisis

temperature tinggi” dengan teknik ini konsumsi energi untuk proses elektrolisis

sangat rendah sehingga bisa meningkatkan efisiensi hingga 50%. Proses

Page 20: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

24

elektrolisis dengan menggunakan metode ini biasanya digabungkan dengan

instalasi reactor nulklir disebabkan karena bila menggunakan sumber panas yang

lain maka tidak akan bisa menutup biaya peralatan yang tergolong cukup mahal.

Beberapa macam alga dapat menghasilkan gas hydrogen sebagai akibat proses

metabolismenya. Produksi secara biologi ini dapat dilakukan dalam bioreactor

yang mensuplay kebutuhan alga seperti hidrokarbon dan dari hasil reaksi

menghasilkan H2 dan CO2 Dengan menggunakan metode tertentu CO2 dapat

dipisahkan sehingga kita hanya mendapatkan gas H2nya saja. (Achmad, Hiskia.

2001).

Dengan menggunakan gelombang radio maka kita dapat menghasilkan

hydrogen dari air laut dengan dasar proses dekomposisi. Jika air ini diekspos

dengan sinar terpolarisasi dengan frekuensi 13,56 MHz pada suhu kamar maka air

laut dengan konsentrasi NaCl antara 1-30% dapat terdekomposisi menjdi

hydrogen dan oksigen.

Terdapat lebih dari 352 proses termokimia yang dapat dipakai untuk

proses splitting atau termolisis dengan cara ini kita tidak membutuhkan arus listrik

akan tetapi hanya sumber panas. Beberapa proses termokimia ini adalah

CeO2/Ce2O3, Fe3O4/FeO, S-I, Ce-Cl, Fe,Cl dan lainnya. Reaski yang terjdi pada

proses ini adalah:

2H2O → 2H2 + O2…………………………………….(2.6)

Sejumlah besar H2 diperlukan dalam industri petrokimia dan kimia.

Penggunaan terbesar H2 adalah untuk memproses bahan bakar fosil dan dalam

pembuatan ammonia. Konsumen utama dari H2 di kilang petrokimia

meliputi hidrodealkilasi, hidrodesulfurisasi,dan (hydrocracking).

H2 memiliki beberapa kegunaan yang penting. H2 digunakan sebagai

bahan hidrogenasi, terutama dalam peningkatan kejenuhan dalam lemak takjenuh

dan minyak nabati (ditemukan di margarin), dan dalam produksi metanol. Ia juga

merupakan sumber hidrogen pada pembuatan asam klorida. H2 juga digunakan

sebagai reduktor pada bijih logam. Selain digunakan sebagai pereaksi,

H2 memiliki penerapan yang luas dalam bidang fisika dan teknik. Ia digunakan

sebagai gas penameng di metode pengelasan seperti pengelasan hidrogen

atomic. H2 digunakan sebagai pendingin rotor di generator pembangkit listrik

Page 21: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

25

karena ia mempunyai konduktivitas termal yang paling tinggi di antara semua

jenis gas. H2 cair digunakan di riset kriogenik yang meliputi

kajian superkonduktivitas. Oleh karena H2 lebih ringan dari udara, hidrogen

pernah digunakan secara luas sebagai gas pengangkat pada kapal udara balon.

Baru-baru ini hidrogen digunakan sebagai bahan campuran dengan

nitrogen (kadangkala disebut forming gas) sebagai gas perunutpendeteksian

kebocoran gas yang kecil. Aplikasi ini dapat ditemukan di bidang otomotif, kimia,

pembangkit listrik, kedirgantaraan, dan industri telekomunikasi. Hidrogen adalah

zat aditif (E949) yang diperbolehkan penggunaanya dalam ujicoba kebocoran

bungkusan makanan dan sebagai antioksidan. Hidrogen bukanlah sumber energi,

kecuali dalam konteks hipotesis pembangkit listrik fusi nuklir komersial yang

menggunakan deuteriumataupun tritium,sebuah teknologi yang perkembangannya

masih sedikit. Energi matahari berasal dari fusi nuklir hidrogen, namun proses ini

sulit dikontrol di bumi. Hidrogen dari cahaya matahari, organisme biologi,

ataupun dari sumber listrik menghabiskan lebih banyak energi dalam

pembuatannya daripada pembakarannya. Hidrogen dapat dihasilkan dari sumber

fosil (seperti metana) yang memerlukan lebih sedikit energi daripada energi hasil

pembakarannya, namun sumber ini tidak dapat diperbaharui, dan lagipula metana

dapat langsung digunakan sebagai sumber energi. Hidrogen mendatangkan

beberapa bahaya kesehatan pada manusia, mulai dari potensi ledakan dan

kebakaran ketika tercampur dengan udara, sampai dengan sifatnya yang

menyebabkan asfiksia pada keadaan murni tanpa oksigen. Selain itu, hidrogen

cair adalah kriogen dan sangat berbahaya oleh karena suhunya yang sangat

rendah. Hidrogen larut dalam beberapa logam dan selain berpotensi kebocoran,

juga dapat menyebabkan perapuhan hidrogen.Gas hidrogen yang mengalami

kebocoran dapat menyala dengan spontan. Selain itu api hidrogen sangat panas,

namun hampir tidak dapat dilihat dengan mata telanjang, sehingga dapat

menyebabkan kasus kebakaran yang tak terduga. Hydrogen dapat disimpan

dengan cara berikut ;

1. hydrogen dicairkan dan disimoan pada suhu – 2530C, dalam hal ini

memerlukan tangki khusus dan mahal. Hydrogen cair perlahan – lahan

Page 22: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

26

menguap dan dapat meledak. Energy untuk mencairkan hydrogen kira –

kira 40% energy yang dihasikan pada pembakaran.

2. Dapat disimpan dalam tangki bertekanan tinggi. Berat tangki baja berisi

hydrogen kira – kira tiga puluh kali dibandingkan tangki yang berisi

bensin yang menghasilkan energy yang sama.

3. Dapat disimpan dalam aliasi logam.Hydrogen dapat menempati logam

diantara atom aliasi logam dan membentuk hidrida ( hidrida interstisi )

Cara lain untuk memproduksi hidrogen adalah dengan mereaksikan batu

bara denan uap air.

C + H2O CO + H2 ∆Ho = + 131 kJ ……………………………..(2.7)

Campuran gas yang dihasilkan ini disebut gas air atau (water gas) dan terbakar

dengan nyala biru akibat kandungan karbon monoksidanya. Gas air ini

mengandung proporsi hidrogen yang lebih sedikit daripada gas sintesis yang

diprodduksi dari metana atau hidrokarbon yang lebih tinggi. Gas air dapat

bereaksi lebih lanjut, seperti dalam reaksi geser, menghasilkan hidrogen dan

karbon dioksida tambahan. Begitu campuran CO dan H2 disiapkan dengan

perbandingan yang benar, maka reaksi reformasi yang baru saja dijelaskan ini

dapat dibalik untuk membuat metana yang digunakan sebagai bahan bakar. Proses

keseluruhannya dinamakan proses gasifikasi batu bara.

Berikut adalah beberapa fakta tentang hidrogen:

1. Hidrogen punya kecepatan terbakar 3.600 kali lebih cepat dibanding bensin.

Karena itu proses ledakan di ruang bakar lebih cepat sehingga motor lebih

responsif.

2. Jika meledak di ruang bakar, maka hidrogen menghasilkan panas yang jauh

di bawah bensin. Sehingga suhu ruang mesin lebih dingin dibanding

pembakaran bensin.

3. Ledakan hidrogen bersifat implosive, bukan eksplosive. Artinya hanya

menghasilkan tenaga dengan panas rendah.

4. Jika menggunakan hidrogen, maka kondisi ruang bakar akan lebih bersih. Itu

karena sifat gas ini yang sangat mudah mengikat karbon. sehingga tumpukan

kotoran di ruang bakar tadi terdiri dari tumpukan karbon, jika diikat oleh

hidrogen dalam pembakaran kelamaan akan menjadi hilang dan hasilnya

Page 23: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

27

bersih.

5. Sampai saat ini belum bisa dilakukan pembakaran yang murni

hidrogen. Artinya masih dibutuhkan bensin. “Secara teori bisa, tapi hal itu

membutuhkan syarat komponen mesin yang kuat atau lebih dari kondisi

komponen mesin saat ini.

6. Untuk satu liter air, akan menghasilkan 1.860 liter gas. Air di tabung akan

habis jika sudah mencapai jumlah gas sebanyak itu.

7. Dalam perawatannya, air cukup ditambah. Jika sudah berkurang, maka

masukkan air baru sesuai takaran tabung.

Berikut ini adalah data karakteristik beberapa jenis bahan bakar

Tabel 2.4. Karakteristik Beberapa Jenis Bahan Bakar

Hydrogen Methane Amonia Methanol Ethanol Gasoline

(H2) (CH4) (NH3) (CH3OH) (C2H5OH) (C8H18)

Molecular Weight 2,016 16,04 17,03 32,04 46,07 114,2

Boiling point (oC) -259,2 -182,5 -77,7 -98,8 -114,1 -56,8

Net Enthalpy of

Combution at 25 445,6 510 1371 1129 839,3 368,1 oC (kJ/mol)

Liquid Density 77 425 674 786 989 702

(kg/m3)

Specific Heat at28,8 34,1 36,4 76,6 112,4 188,9

STP (J/mol oK)

Flammability 4-77 4-16 15-28 6-36 4-19 1-6

Limits in Air (%)

Auto Ignition571 632 651 464 423 220

Temp. In Air (oC)

Sumber : Jurnal Ilmiah Populer dan Teknologi Terapan 2007 Dari table diatas adalah karakteristik dari beberapa jenis bahan bakar.

Hidrogen memiliki data Molecular Weight 2,016, Boiling point (oC) -259,2,

Hidrogen dibandingkan dengan bahan bakar yang lain dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion).

2.1.4. Air

Air adalah senyawa kimia yang memiliki dua unsur, yaitu hidrogen dan

Page 24: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

28

oksigen, yang memiliki rumus kimia H2O. Dimana kita dapat menghasilkan air

dengan cara membakar hidrogen dengan oksigen, yang akibatnya dapat

menimbulkan panas, yang dapat kita manfaatkan sebagai sumbar energi. Selain

kita dapat menyatukan hidrogen dengan oksigen menjadi air, kita juga dapat

memisahkan oksigen dengan air dengan proses elektrolisis.Hidrogen sangat

potensial digunakan sebagai bahan bakar, karena jumlah energi yang dikandung

dalam hidrogen relatif lebih besar (28.600 Kkal/kg) jika dibandingkan dengan

beberapa jenis bahan bakar lainnya (minyak bumi 10000 Kkal/kg, gas methan

12000Kkal/kg).Berbeda dengan bahan bakar lainnya, hirogen tidak menimbulkan

polusi yang berbahaya, karena pada dasarnya, hasil dari pembakaran hidrogen

adalah murni air (Oxtoby, D.W., Gillis, H.P., dan Nachtrieb, N.H, 2003)

2.1.5. Hidrogen Booster

Hidrogen Booster adalah sebuah alat, yang mengkonversi air (H2O),

menjadi hidrogen (H2) dan oksigen (O2).

Skema dari Hidrogen Booster dapat dilihat pada gambar 2. berikut:

Saluran Gas Keluar ( Menuju Intake Karburator )

Udara (Gas H2 + O2)

Air + Katalis

Tabung

Gambar 2.2. Hidrogen Booster

Ke Positif Accu (+ ) Elektroda

Ke Massa (- )

Page 25: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

29

Bahan yang digunakan untuk membuat boster hidrogen sangat sederhana,

hanya memanfaatkan peralatan rumah tangga seperti botol plastik, selang

aquarium, kabel, serta dua buah elektroda yang terbuat dari baja, serta kabel.

Sedangkan bahan yang di isikan kedalam Hidrogen Booster adalah air murni (air

suling) dengan bantuan katalis soda kue. Adapun reaksi pemisahan hidrogen dapat

berlangsung sesuai proses elektrolisis sebagai berikut :

4H2O + 4e- 2 H2 + 4 OH- (pada katoda (+)) …………………………(2.8)

4OH- 2H2O + O2 + 4 e- (pada anoda (-))………………....................(2.9)

Dari beberapa kali percobaan pembuatan Hidrogen Booster, skema di atas

memiliki kapasitas produksi yang kecil, untuk produksi gas hidrogen yang lebih

banyak, perlu penampang elektroda yang lebih besar sehingga mengalami

perubahan bentuk elektroda menjadi seperti pada Gambar 2.3. berikut :

Ke Intake Karburator

Campuran Gas O2 dan H2

Air + Katalis

Ke Massa (-) Ke Positif Baterai (+)

Gambar 2.3. Hidrogen Booster Setelah Penyempurnaan

Page 26: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

30

2.1.6. Stargas 898

Stargas 898 adalah sebuah alat uji emisi gas buang yang telah memenuhi

standart emisi gas buang OIML Class O (standart eropa) yang mampu mendeteksi

kadar emisi gas CO, CO2, HC, O2, NOx (opsional), Lambda, temperatur mesin,

serta RPM (putaran mesin). Alat ini telah dilangkapi dengan mesin printer,

sehingga data hasil pengujian dapat langsung dicetak. Selain itu, alat ini telah

memiliki sistem auto zero, sehingga data pengujian dapat lebih akurat. Memiliki

rentang pengukuran gas CO 0-99,9% Vol., dengan tingkat toleransi 0,01. Gas

CO2 0-19,9% Vol. Dengan toleransi 0,1. HC 0-9999 ppm Vol., tinkat toleransi 1.

NOx 0-2000 ppm vol dengan toleransi 5 ppm. Pada gambar 2.4 alat uji emisi :

Gambar 2.4. Alat uji Emisi tipe Star Gas 898(www.Stargas 898.com)

2.1.7. Polusi

Karbon monoksida adalah suatu pencemar udara akibat pembakaran bahan

yang mengandung karbon, proses industri, asap rokok, kebakaran hutan dan

pembusukan sampah organik. Pembakaran yang tidak sempurna dari proses

pembakaran bahan bakar akan menimbulkan gas CO yang tinggi dan hal ini sering

terjadi pada proses pembakaran dari kendaraan bermotor terutama bila proses

pembakarannya kurang sempurna Sumber gas CO lainnya adalah penimbunan

batu bara dan asap rokok. Pencemaran udara sebagai kehadiran satu atau lebih

bahan pencemar atau gabungannya didalam atmosfera dalam kuantiti tertentu

pada suatu jangka waktu yang boleh menyebabkan darurat kepada kehidupan

manusia,haiwan atau menganggu suasana kehidupan. (Wark dan Warner, 1901)

Page 27: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

31

2.1.7.1. Karbon monoksida (CO)

Karbon monoksida hanya terbentuk dari gas buang. Gas CO terjadi

karena pembakaran yang tidak sempurna yang disebabkan oleh campuran udara

dan bahan bakar yang tidak tepat. Secara teori, gas buang motor bensin dapat

dibebaskan dari produksi gas CO dengan mengoprasikan mesin dengan

perbandingan campuran udara bahan bakar yang lebih besar dari 16:1. Tetapi

kenyataannya gas CO selalu ada meskipun pada campuran yang kurus. Prosentase

CO naik pada putaran rendah dan menurun seiring dengan meningkatnya

kecepatan mesin. Menurut Wardhana (2001) kadar CO dalam darah seseorang

dapat mempengaruhi beberapa faktor, salah satunya adala lama paparan, seorang

pejalan kaki akan lebih sering dan lama terpapar oleh CO yang terbentuk dari

pembakaran yang tidak sempurna kendaraan bermotor, apalagi seseorang yang

bersal dari kota besar yang banyak kegiatan industrinya dan lalu lintasnya padat,

udaranya sudah banyak tercemar oleh gas CO. Sedangkan daerah pimggiran kota

atau desa, cemaran CO diudara relatif sedikit. Konsentrasi gas karbon monoksida

di suatu ruangan akan naik jika di ruangan itu ada orang yang merokok. Orang

yang merokok akan mengeluarkan asap rokok yang mengandung gas karbon

monoksida dengan konsentrasi lebih dari 20.000 ppm yang kemudian menjadi

encer sekitar 400-5000 ppm selama dihisap. Konsentrasi gas karbon monoksida

yang tinggi di dalam asap rokok menyebabkan kandungan karbon monoksida

haemoglobin dalam darah orang yang merokok meningkat. Keadaan seperti ini

tentu akan membahayakan kesehatan orang yang merokok. Merokok dalam waktu

cukup lama atau perokok berat, konsentrasi karbon monoksida haemoglobin

dalam darahnya akan mencapai sekitar 6,9 persen. Perokok pasif yang sering

berada didekat perokok aktif akan menghirup asap rokok yang mengandung gas

karbon monoksida.

Emisi karbon monoksida tinggi pada putaran idle, Kadar emisi terendah

terjadi pada saat akselarasi dan pada kecepatan yang konstan. Penutupan katup

gas menyebabkan berkurangnya suplai oksigen ke mesin adalah penyebab utama

dari produksi CO, sehingga proses deselarasi dari putaran tinggi adalah penyebab

utama terbesar produksi gas CO.

Page 28: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

32

2.1.7.2. Hidrokarbon (HC)

Emisi hidrokarbon adalah dampak langsung dari pembakaran yang tidak

sempurna. Emsi hidrokarbon sangat dekat kaitanya dengan beberapa desain dan

variabel pengoprasian, dua yang paling penting dari desain itu adalah desain

sistem induksi dan desain sistem ruang bakar. Sedangkan variabel pengoprasian

yang mempengaruhi antara lain perbandingan udara dan bahan bakar, kecepatan,

beban, dan mode pengoprasian. Perawatan juga menjadi penyebab yang penting.

Desain sistem induksi dan perawatan mesin mempengaruhi pengoprasian

campuran udara dan bahan bakar dan emisi hidrokarbon dan karbon monoksida.

Sistem induksi menentukan kerja optimal dari campuran udara dan bahan bakar

berdasarkan pemerataan distribusi bahan bakar pada tiap silinder, keekonomisan

bahan bakar, tenaga, kuantitas, dan lain lain. Pemeliharaan mesin menentukan

apakah mesin akan bekerja pada campuran udara dan bahan bakar yang telah

direncanakan dan untuk berapa lama. Pemeliharaan ini mencakup penggunaan

ring piston, kerak-kerak, pelumasan, pendinginan, dan faktor-faktor lainnya.

Sesuai dengan namanya, komponen hidrokarbon hanya terdiri dari elemen

hidrogen dan karbon. Pelepasan hidrokarbon dari kendaraan bermotor disebabkan

oleh pembakaran bahan bakar minyak yang tidak sempurna (Adly Havendri,

2007).

2.1.7.3. Karbon Dioksida (CO2) Secara fisik gas CO2 merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau,

mudah larut di dalam air dan mempunyai massa jenis 1,5 kali massa jenis udara.

Pada kondisi atmosfer, gas CO2 mencair pada temperatur -57oC dan membeku

pada -79oC. Gas CO2 terbentuk dari hasil pembakaran hidrokarbon dengan

oksigen yang terbakar secara sempurna. Juga dapat terbentuk dari proses

fermentasi alkoholik. Kandungan CO2 didalam gas buang rata-rata dibawah 15%.

Di daerah pedesaan yang jauh dari kota dan industri mempunyai kandungan rata-

rata 300 ppm. Sedangkan di kota dapat mencapai 600-700 ppm.

Kandungan dibawah 5% pada manusia tidak berakibat apa-apa,

selebihnya dapat menyesakkan pernafasan. Gas ini menyebabkan kenaikan

temperatur bumi, mencairnya es di kutub dan naiknya permukaan air laut. Dengan

Page 29: BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files/disk1/142/jtptunimus-gdl-bayupraset... · Berdasarkan prinsip kerja mesin dibedakan menjadi mesin

33

semakin banyaknya jumlah kendaraan bermotor dan semakin banyaknya jumlah

pabrik, berarti meningkat pula jumlah atau kadar CO2 di udara kita. Keberadaan

CO2 yang berlebihan di udara memang tidak berakibat langsung pada manusia,

sebagaimana gas CO. Akan tetapi berlebihnya kandungan CO2 menyebabkan

sinar inframerah dari matahari diserap oleh bumi dan benda – benda di sekitarnya.

Kelebihan sinar inframerah ini tidak dapat kembali ke atmosfer karena terhalang

oleh lapisan CO2 yang ada di atmosfer. Akibatnya suhu di bumi menjadi semakin

panas. Hal ini menyebabkan suhu di bumi, baik siang maupun malam hari tidak

menunjukkan perbedaan yang berarti atau bahkan dapat dikatakan sama. Akibat

yang ditimbulkan oleh berlebihnya kadar CO2 di udara ini dikenal sebagai efek

rumah kaca atau green house effect.

2.1.7.4. Oksida Nitrogen (NOx)

Nitrogen oksida sering disebut dengan NOx karena oksida nitrogen

mempunyai 2 bentuk yang sifatnya berbeda, yakni gas NO2 dan gas NOx. Sifat

gas NO2 adalh berwarna dan berbau, sedangakn gas NO tidak berwarna dan tidak

berbau. Warna gas NO2 adalah merah kecoklatan dan berbau tajam menyengat

hidung. Kadar NOx diudara daerah perkotaan yang berpenduduk padat akan lebih

tinggi dari daerah pedesaan yang berpenduduk sedikit. Hal ini disebabkan karena

berbagai macam kegiatan yang menunjang kehidupan manusia akan menambah

kadar NOx di udara, seperti transportasi, generator pembangkit listrik,

pembuangan sampah dan lain-lain . (Adly Havendri, 2007).