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
Embed
BAB II Tinjuan Pustaka 2.1. Motor Bakar 2.1.1. Definisi ...digilib.unimus.ac.id/files//disk1/142/jtptunimus... · a. Motor torak b. Motor rotary c. Motor jet Motor torak sendiri ada
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
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.
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
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:
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)
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.
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
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.
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
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).
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
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
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.
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
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
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
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
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 (- )
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 :