BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar HidrokarbonBahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Pada proses pembakaran terbuka, umumnya bahan bakar yang digunakan tersususun dari bahan hidrokarbon seperti solar dan kerosin yang di peroleh dari hasil proses penyulingan minyak bumi atau minyak mentah ( Gambar 2.1 ).

Gambar 2.1 Penyulingan Minyak(Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Kilang_minyak)

2.2 Bahan Bakar DieselBahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 oC340 oC.Minyak solar inibiasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel. Minyak solar ini digunkan untuk bahan bakar mesin Compression Ignition (udara yang dikompresi menimbulkan tekanan dan panas yang tinggi sehingga membakar solar yang disemprotkan oleh injektor). Indonesia menetapkan solar dalam peraturan Ditjen Migas No. 3675K/24/DJM/2006.

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Diesel (Solar)Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Minyak solar sebagai bahan bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti Cetane Number (CN), penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala.

a. Cetane Number (CN)Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan alpha-metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52% alpha- metyl naphthalene. Angka CN yang tinggi menunjukkan bahwa minyak soloar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah dan sebaliknya angka CN yang rendah menunjukkan minyak solar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi.

b. Penguapan (Volality)Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya.

c. Residu karbonResidu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %.

d. ViskositasViskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya.

e. Belerang atau SulfurBelerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun; kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0,5 %-1,5 %.

f. Kandungan abu dan endapanKandungan abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.

g. Titik nyalaTitik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 oC.

h. Titik TuangTitik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 oC.

i. Sifat korosifBahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa.

j. Mutu penyalaanNama ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang paling penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.Minyak solar yang dihasilkan harus memiliki standar dan mutu (spesifikasi) yang memenuhi persyaratan yang bisa dilihat dalam tabel 2.1 di bawah ini :Tabel 2.1 Spesifikasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675K/DJM/2006NoKarakteristikUnitBatasanMetode Uji ASTM/lain

MINMAXASTMIP

1Angka Setana45-D-613

2Indeks Stana48-D4737

3Berat Jenis pada 15oCKg/m3815870D-1298 / D-4737

4Viskositas pada 40oCMm2/sec2.05.0D-445

5Kandungan Sulfur% m/m-0.35D-1552

6Distilasi : T95oC-370D-86

7Titik NyalaoC60-D-93

8Titik TuangoC-18D-97

9Karbon Residu Merit-Kelas ID-4530

10Kandungan AirMg/kg-500D-1744

11Biological Grouth-Nihil

12Kandungan FAME%v/v-10

13Kandungan Metanol & Etanol%v/vTak TerdeteksiD-4815

14Korosi bilah tembagaMerit-Kelas ID-130

15Kandungan Abu% m/m-0.01D-482

16Kandungan Sedimen% m/m-0.01D-473

17Bilangan Asam KuatmgKOH/gr-0D-664

18Bilangan Asam TotalmgKOH/gr-0.6D-664

19PartikulatMg/l--D-2276

20Penampilan Visual-Jernih dan Terang

21WarnaNo.ASTM-3.0D-1500

2.4 Magnet2.4.1 Asal KemagnetanKata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Kemagnetan adalah suatu penomena material yang memperlihatkan suatu pengaruh gaya tarik atau gaya tolak terhadap material lain. Gaya bekerja pada sustu jarak tertentu dan dapat dianalisis dalam bentuk medan magnet. Seluruh material yang mempunyai sifat magnet seperti besi, nikel, dan kobalt, mempunyai kutub utara (N, north) dan kutub selatan (S, south). Kutub yang sejenis akan tolak-menolak dan kutub yang tidak sejenis akan tarik menarik. Gambar 2.2 berikut memperlihatkan peristiwa ini.

Gambar 2.2 Kutub-kutub magnet(Sumber : http://sistimlistrikaliranatas.blogspot.com/2013/01/medan-magnet.html)Sifat kemagnetan suatu bahan ditentukan oleh spin elektron dan gerak elektron mengelilingi inti. Spin elektron membentuk momen magnetik yang merupakan magnet-magnet kecil (magnet elementer). Spin elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan sifat kemagnetan, karena arah spinnya berlawanan sehingga saling meniadakan. Spin elektron yang tidak berpasangan bersifat sebagai magnet kecil. Sebuah magnet merupakan gabungan dari spin elektron (magnet-magnet kecil) yang arah spin (utara-selatan)-nya sama2.4.2 Medan MagnetMedan magnet adalah daerah disekitar magnet yang dipengaruhi oleh gaya magnet. Area medan magnet itu biasa ditunjukkan dengan garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet tersebut saling bertemu di ujung kedua kutubnya. Efek kemagnetan dapat dihasilkan melalui berbagai macam cara. Melalui eksperimen, orang mendapatkan bahwa arus listrik (muatan) yang bergerak menimbulkan medan magnet. Peristiwa ini dimanfaatkan untuk membuat elektromagnet, yaitu magnet yang bekerja apabila dialiri arus listrik. Elektromagnet digunakan dalam motor listrik, dalam bel listrik, dan juga dalam generator listrik.Medan magnet juga dapat dihasilkan oleh sebatang magnet permanen, yang sifat kemagnetannya tidak tergantung dari ada atau tidaknya aliran listrik. Magnet permanen dibuat melalui sebuah proses khusus sehingga kekuatan magnetnya tidak akan hilang sekejap dan dapat bertahan dalam jangka waktu yang cukup lama. Berikut ini (Gambar 2.3) medan magnet dan garis gaya magnet.

Gambar 2.3 Garis-garis gaya magnet(Sumber : http://materisdn.blogspot.com/2014/12/pengertian-medan-magnet.html)

Medan magnet yang dihasilkan dari magnet permanen dapat dijelaskan melalui teori mengenai atom. Atom tersusun dari partikel-partikel yang bermuatan, yakni proton dan elektron yang bergerak konstan dan simultan. Kejadian yang menyebabkan timbulnya medan magnetik pada atom adalah:1. Spin inti. Beberapa inti, seperti atom hidrogen, memiliki keadaan spin tetap yang menghasilkan medan magnet2. Spin elektron. Elektron mempunyai spin yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam atau - Spin dari partikel bermuatan dapat menimbulkan medan magnet kecil atau momen magnet.3. Pergerakan Orbital Elektron. Elektron yang berputar mengelilingi intinya akan menimbulkan medan magnet.Setiap benda yang memiliki sifat kemagnetan dapat disebut magnet. Bila magnet diletakkan pada serbuk besi, serbuk besi akan menempel pada ujung-ujung dari magnet dan tidak ada yang menempel pada bagian tengah magnet. Bagian magnet yang mempunyai kemagnetan yang kuat disebut kutub magnet. Kutub magnet ada dua macam yaitu Utara (U) dan Selatan (S).Bila serbuk besi ditaburkan di atas kaca dan sebuah magnet yang berbentuk tapal kuda ditempatkan di bawah kaca, serbuk besi akan membentuk formasi seperti gambar dibawah. Ini menandakan bahwa serbuk besi dipengaruhi oleh kedua kutub utara (U) dan selatan (S) dari magnet tersebut.

Gambar 2.4 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet(Sumber : https://fembrisma.wordpress.com/science/kemagnetan/)

Serbuk besi nampaknya tersebar disepanjang garis-garis yang tidak terlihat. Garis-garis ini disebut garis gaya magnet [magnetic line) dan secara keseluruhan disebut fluksi magnet {magnetic flux). Garis-garis gaya magnet akan selalu ada meskipun serbuk besi tidak ditaburkan di sekeliling magnet.Bila kutub U suatu magnet dan kutub S magnet lainnya didekatkan satu dengan yang lainnya di bawah sepotong kaca, dengan serbuk besi tersebar di atasnya, dengan mudah dikatakan bahwa saling tertarik satu dengan yang lainnya, Karakteristik yang dimiliki oleh Fluksi magnet diantaranya adalah :1. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet.2. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada dalam fluksiSeperti halnya sabuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar dari poros U-S.

2.4.3 Magnetic Flux DensityMagnetic Flux Density (magnetic field strengh) adalah jumlah fluks magnet yg keluar dari kutub magnet tiap satuan luas. Dapat dinyatakan dalam satuan Tesla atau Gauss (1 T = 10" G). Kuat medan magnet ini menunjukkan energi magnet yang dapat diberikan oleh suatu sumber magnet. Dalam penggunaannya sebagai penghemat bahan bakar, besar kuat medan magnet yang optimal sangatlah bervariasi, terutama sekali tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan, laju aliran bahan bakar, dan volume silinder (cc) mesin yang menggunakannya. Magnetizer Inc. secara umum menyebutkan nilai gauss rata-rata antara 1000 - 3500 untuk kendaraan yang berbahan bakar bensin. Ronald J. (US Patent no. 5,829,420) menyarankan nilai 1500 - 1750 Gauss untuk bahan bakar hidrokarbon umum. Sedangkan Peter Kulish merekomendasikan kekuatan gauss 4500 - 12000 untuk mengubah bentuk isomer dari parahidrogen menjadi orto.

2.4.4 Sifat kemagnetan BahanSifat magnetik bahan dipengaruhi oleh elektron dalam atom. Momen magnetik dihasilkan karena lintasan mengelilingi inti memberikan sifat diamagnetik. Momen magnetik karena putaran elektron pada sumbunya menyebabkan sifat paramagnetik dan feromagnetik. Seperti diketahui, semua elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti atom, dan karena tiap elektron berputar terus-menerus pada sumbunya, maka semua atom dapat diduga juga akan memperlihatkan sifat kemagnetan.Sifat kemagnetan bahan bermacam-macam, ada yang lemah, sedang dan bahkan ada pula yang kuat. Sifat kemagnetan secara langsung dipengaruhi juga oleh arah spin elektron yang dimiliki oleh atom-atom penyusun material tersebut. Sifat-sifat kemagnetan yang secara umum dikenal adalah :1. Diamagnetik. Bahan diamagnetik keseluruhan spin elektronnya saling berpasangan sehingga keadaan akhir spinnya seimbang. Komponen diamagnetik akan mengalami penolakan secara lemah oleh magnet. Contohnya: Bismuth, timbal, antimon, air raksa, emas, air, phosphor, dan tembaga.2. Paramagnetik. Bahan paramagnetik memiliki beberapa elektron yang spin-spinnya tidak berpasangan. Komponen paramagnetik akan ditarik oleh magnet, namun tidak akan terlalu kuat. Contoh: platina, magnesium, dan alumunium3. Ferromagnetik. Pada substansi dasar ferromagnet terdapat spin-spin elektron yang tidak berpasangan dan tertahan dalam posisi sejajar oleh proses yang disebut kopling ferromagnetik (ferromagnetic coupiing). Komponen Ferromagnetik seperti baja secara kuat tertarik menuju magnet. Contoh : nikel, baja, besi, dan kobalt.

2.5 Efek Magnetisasi Pada Bahan Bakar Solar2.5.1 Reaktifitas MolekulAdanya medan magnet statis yang besar, awan elektron mengelilingi molekul sehingga molekul tersebut bersifat magnet terpolarisasi dan memberikan kenaikan pada medan kecil. Posisi inti atom, pada medan tersebut sesungguhnya tidak tergantung sekitarnya, akan tetapi juga sekeliling molekul sendiri. Pada keadaan cair, reorientasi molekul terjadi secara acak.Jika atom diletakkan dalam magnet yang seragam, elektron yang mengelilingi inti menjadi berputar. Perputaran ini menyebabkan medan magnet sekunder yang arahnya berlawanan dengan arah medan magnet yang diberikan. Dibeberapa unit struktur molekul, elektron banyak terlokalisasi di beberapa bagian. Medan magnet yang diberikan menyebabkan perputaran di lain bidang denagan beragam. Pada bahan bakar solar, ketika solar masih berada dalam tangkinya, molekul hidrokarbon yang merupakan penyusun utama bensin cenderung untuk saling tertarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Pengelompokkan ini akan terus berlangsung, sehingga menyebabkan molekul-molekul hidrokarbon tidak saling terpisah atau tidak terdapat cukup waktu untuk saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen di dalam ruang bakar. Akibat buruk yang ditimbulkannya adalah ketidaksempurnaan pembakaran yang dapat dibuktikan secara sederhana dengan ditemuinya kandungan HC pada gas buang.Adanya suatu medan magnet permanen yang cukup kuat pada molekul hidrokarbon yang bersifat diamagnetik akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon (declustering) sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul hidrokarbon. Hal tersebut akan meningkatkan interaksi antara molekul hidrokarbon dengan oksigen. Partikel-partikel atom yang membentuk molekul hidrokarbon tersebut akan terpengaruh oleh medan magnet sehingga arahnya akan semakin sejajar atau tereorientasi sesuai dengan arah medan magnet.

2.5.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan BakarPenggunaan magnet ditujukan untuk menghemat bahan bakar dikarenakan di dalam saluran bahan bakar yang dipasang magnet terjadi proses magnetisasi. Proses magnetisas diperlukan agar bahan bakar lebih mudah mengikat oksigen selama proses pembakaran dan mengurangi produk unburned hydrocarbon hasil proses pembakaran bahan bakar. Hal inidisebabkan ukuran struktur molekul bahan bakar akan berubah menjadi ikatan yang lebih kecil akibat magnetisasi. Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan berakibat pada semakin mudahnya proses pembakaran dalam ruang bakar. Dengan kata lain proses magnetisasi pada bahan bakar akan membuat pembakaran lebih sempurna.

Gambar 2.5 Mekanisme kerja magnet(Sumber : http://www.chem-is-try.org/wp-content/uploads/2009/09/gambar_14_21.JPG)

Pada saat bahan bakar melalui selang, kekuatan magnetisasi didalam magnet yang di tempel di saluran bahan bakar menyebabkan terpecahnya ikatan karbon dalam bahan bakar menjadi bagian-bagian kecil ikatan ion. Ion positif akan tertarik oleh kutub negatif magnet sedangkan untuk ion negatif akan tertarik oleh kutub positif magnet sehingga ion positif dan ion negatif akan mengalir secara teratur setelah melewati medan magnet. Ikatan kecil dan beraturan inilah yang menyebabkan mudahnya oksigen bereak si dengan bahan bakar pada proses pembakaran. Efeknya bahan bakar akan lebih mudah terbakar didalam ruang bakar atau terjadinya pembakaran sempurna.2.6 Catalytic ConverterMeningkatnya jumlah kedaraan bermotor saat ini berimbas pada kualitas udara yang buruk di daerah perkotaan menuntut pabrikan motor berinovasi, salah satunya adalah catalytic converter yang terdapat pada mobil keluaran saat ini. Alat tersebut diperkenalkan ke publik pada tahun 1975 di Amerika Serikat, kebijakan tersebut sejalan dengan niat EPA dalam mengurangi intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses pembakaran kendaraan bermotor.Catalytic converter pada knalpot kendaraan bermotor ditempatkan dibelakang exhaust manifold atau antara muffler dengan header, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6, dengan pertimbangan agar catalytic converter cepat panas ketika mesin dinyalakan.

Gambar 2.6 Catalitic Converter (Sumber : http://www.automotive-emissions-troubleshooting.com/images/converter.gif)Ada dua jenis catalytic converter dipasaran. Tipe universal fit dapat dipilih berdasarkan ukuran yang sesuai kemudian dilas di bagian saluran gas buang. Tipe direct fit merupakan tipe catalytic converter yang hanya menggunakan baut untuk memasangnya di area saluran gas buang. Tipe universal merupakan jenis termurah daripada tipe direct fit, akan tetapi tipe direct fit lebih mudah pemasangannya daripada tipe universal fit.2.6.1 Tipe Tipe Katalitik KonverterKatalitik Konverter dibagi menjadi 2 berdasarkan jumlah polutan yang direaksikan : 1. Two WaykonverterDidalam converter jenis ini terdapat dua reaksi simultan:a. Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksidab. Oksidasi senyawa hidrokarbon (yang tidak terbakar / terbakar parsial) menjadi karbon dioksida dan air. Konverter jenis ini secara luas dipakai pada mesin diesel.

2. Three way converterDi dalam converter jenis ini terdapat 3 reaksi simultan:a. Reaksi reduksi nitrogen oksida menjadi nitrogen dan oksigenb. Reaksi oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksidac. Reaksi oksidasi senyawa hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan airBerikut penjelasan tahapan kerja dari Catalytic Converter1. Tahap awal dari proses yang dilakukan pada katalitik konverter adalah reduction catalyst. Tahap ini menggunakan platinum dan rhodium untuk membantu mengurangi emisi NOx. Ketika molekul NO atau NO2 bersinggungan dengan katalis, sirip katalis mengeluarkan atom nitrogen dari molekul dan menahannya. Sementara oksigen yang ada diubah ke bentuk O2. Atom nitrogen yang terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya sehingga terbentuk format N2. Rumus kimianya sebagai berikut: 2NO => N2 + O2 atau 2NO2 => N2 + 2O2. 1. Tahap kedua dari proses di dalam katalitik konverter adalah oxidization catalyst. Proses ini mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang bakar dan CO dengan membakarnya (oxidizing) melalui katalis platinum dan palladium. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen yang ada di dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut; 2CO + O2 => 2CO2. 1. Tahap ketiga adalah pengendalian sistem yang memonitor arus gas buang. Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem injeksi bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum katalitik konverter dan cenderung lebih dekat ke mesin ketimbang konverter itu sendiri. Sensor ini memberi informasi ke Electronic Control System (ECS) seberapa banyak oksigen yang ada di saluran gas buang. ECS akan mengurangi atau menambah jumlah oksigen sesuai rasio udara-bahan bakar. Skema pengendalian membuat ECS memastikan kondisi mesin mendekati rasio stoikiometri dan memastikan ketersediaan oksigen di dalam saluran buang untuk proses oxidization HC dan CO yang belum terbakar.Setiap kendaraan memiliki jumlah sensor yang berbeda, tergantung dengan kebutuhan dan teknologi mesinnya. Umumnya kendaraan yang menggunakan sistem injeksi menggunakan dua sensor oksigen yang berbeda tempat. Sensor tersebut berfungsi memberikan informasi ke ECS agar mengatur kembali pasokan udara kedalam ruang bakar.2.6.2 Fungsi Lain Dari Katalitik KonverterKatalitik Konverter yang digunakan pada saluran buang mesin ato lebih dikenal dengan knalpot mesin atau kendaraan memiliki fungsi lain yakni sebagai pengurang kebisingan (noise silencer) dimana dilakukan modifikasi pada daerah sekitar exhaust muffler.Salah satu karakteristik sebuah muffler adalah seberapa besar backpressure/BP (tendangan balik) yang dihasilkan. Pada muffler knalpot bawaan pabrik motor yang beredar di tanah air umumnya terbentuk lubang, pemantul dan putaran pipa yang harus dilewati gas buang. Disain seperti ini diharapkan menghasilkan suara knalpot yang bersahabat dengan lingkungan, akan tetapi akibanya menghasilkan tendangan balik yang besar yang berakibat pada kurangnya daya mesin. Untuk mengatasi BP yang besar tersebut dirancanglah tipe muffler yang menghasilkan BP kecil yang disebut glass pack. Tipe muffler ini hanya mengandalkan penyerapan untuk mengurangi kebisingan dengan tanpa memberikan halangan bagi aliran gas buang. Gas buang menglir lurus melalui pipa yang berlubang yang terbungkus lapisan glass wool, sehingga BP-nya kecil dan sebagian kecil suara di redam oleh glass wool tsb.Tipe muffler secara umum dibagi menjadi 2, muffler berdasarkan sifatnya yaitu :1. Sound Absorption2. Sound Cancelation

2.6.2.1 Sound Absorption Muffler/SilencerPada silencer terdapat material peredam suara (accoustical material) untuk menurunkan level gelombang suara. Ketebalan dari peredam tidak sembarangan, akan tetapi harus disesuaikan, dengan pada frekuensi berapa (penyebab berisik) yang harus diredam (perhitungan menyusul di artikel berikutnya). Bentuk yang umum dari silencer jenis ini seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.7 Sound Absorption Muffler/Silencer(Sumber: http://www.peerlessmfg.com/assets/pmfg/images/content/silencers/ImageC.jpg)

2.6.2.2 Sound Cancelation Muffler/SilencerDalam silencer ini terdapat beberapa elemen yang tersusun secara paralen dan serial yang bertujuan, untuk menghasilkan gelombang pantulan dengan fasa terbalik yang diarahkan kembali ke sumbernya, sehingga penjumlahan dari dua gelombang tersebut akan salingt menghilangkan (cancelation). Biasanya digunakan pada motor standart. Bentuknya seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.8 Sound Cancelation Muffler/Silencer(Sumber:http://s121.photobucket.com/user/mavin42/media/Vehicles/Muffler_Cutaway.jpg.html)

Namun saat ini telah umum dikembangkan muffler yang merupakan kombinasi dari tipe absorption dan cancelation, yang tujuannya adalah menghasilkan muffler dengan BP sekecil mungkin dan suara sesuai dengan standar perundangan yg berlaku. Bentuknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.9 Muffler yang merupakan kombinasi dari tipe absorption dan cancelation(Sumber : http://motogokil.files.wordpress.com/2013/10/hybrid-muffler2.jpg?w=480&h=320)Terlihat pada pinggirnya terdapat glass wool yang berfungsi sebagai penyerap energi suara yang masuk melalui dinding yng berlubang. Dan pada bagian tengah terdapat plat-plat yang berfungsi sebagai penghilang suara knalpot Sehingga suara (panah biru) yang keluar kecil, sementara aliran gas buang tidak terganggu.

2.7 Mesin DieselMesin 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. Mesin diesel pertama kali ditemukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1892. Prinsip kerja pembakaran motor diesel yaitu udara segar dihisap masuk kedalam silinder atau ruang bakar kemudian udara tersebut dikompressi oleh torak sehingga udara memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi, dan sebelum torak mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan ke ruang bakar dan terjadilah pembakaran. 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 0C. 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 (Kubota, S., dkk, 2001).Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).Menurut Willard W.P (1996) efisiensi termis motor diesel berada di bawah 50% sedangkan menurut Khovakh (1979), efisiensi termis berkisar pada 29% - 42% dan sisanya adalah kerugian-kerugian energi. Energi kalor yang dimanfaatkan oleh mesin tidaklah terlalu besar,sisanya merupakan kerugian - kerugian energi, diantaranya energi kalor yang hilang akibat pendinginan mesin, energi kalor yang hilang bersama gas buang, energi kalor yang hilang akibat pembakaran tidak sempurna, energi kalor yang hilang karena kebocoran gas, dan kehilangan lainnya akibat radiasi dan konveksi.

2.7.1 Prinsip Kerja Mesin DieselPrinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar disemprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :

Gambar 2.10 Prinsip kerja mesin diesel(Sumber : http://maotomotip5120.blogspot.com/2014/09/mesin-diesel.html)

Keterangan :1. Langkah IsapPada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2. Langkah kompresiPoros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur 500 - 800 (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

3. Langkah UsahaPoros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB.4. Langkah BuangPada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywhell 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.

2.7.2 Bentuk Ruang Bakar Mesin Diesel

Ruang bakar pada motor diesel lebih rumit dibanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang bakar tersebut dirancanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus. Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu:a. Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)b. Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)

2.7.2.1 Keuntungan Dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Langsung (Direct Combustion Chamber)Keuntungan ruang bakar langsung adalah: Efisiensi panas lebih tingi, pemakaian bahan bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana. Start dapat mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat bantu start busi pijar (glow plug). Cocok untuk mesinmesin besar karena konstruksi kepala silinder sederhana.Kerugian ruang bakar langsung adalah: Memerlukan kualitas bahan bakar yang baik Memerlukan tekanan injeksi yang lebih tinggi. Sering terjadi gangguan nozzle, umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole nozzle). Dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.

2.7.2.2 Keuntungan Dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Tambahan (Auxiliary Combustion Chamber)Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu:1) Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber)2) Ruang bakar pusar (swirl chamber)3) Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)

1. Ruang bakar mukaDalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi. Sebagian bahan bakr yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama.Keuntungan ruang bakar muka adalah: Jenis bahan bakar yang digunakan lebih luas, karena turbulensinya sangat baik untuk pengabutan. Perawatan pompa injeksi lebih mudah karena tekanan injeksi lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi. Detonasi berkurang serta mesin bekerja lebih baik karena menggunakan nozzle lubang banyak. Kerugian ruang bakar muka adalah: Biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan kepala silinder lebih rumit. Memerlukan motor starter yang besar dan kemampuan start lebih jelek sehingga harus menggunakan alat pemanas. Pemakaian bahan bakar boros.

2. Ruang bakar pusarRuang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran tersebut akan terbakar di tuang bakar utama.

Keuntungan ruang bakar pusar adalah: Dapat menghasilkan putaran tinggi, karena turbulensi yang sangat baik pada saat kompresi. Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin. Putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lebih lembut, menyebabkan jenis ini cocok untuk mobil. Kerugian ruang bakar pusar adalah: Konstruksi kepala silinder rumit. Efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung Penggunaan alat pemanas tidak begitu efektif, sebab ruang bakar sangat luas. Detonasi lebih besar pada kecepatan rendah.

3. Ruang bakar Air CellPada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruang bakar ini tidak memerlukan pemanas.

Keuntungan ruang bakar air cell adalah: Mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur. Tidak memerlukan pemanas. Gangguan nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.

Kerugian ruang bakar air cell adalah: Saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin. Suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang. Bahan bakar boros.

2.7.3 Performansi Motor Bakar2.7.3.1 TorsiTorsi 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. PB = . (2.1)T = . (2.2)

2.7.3.2 Daya PorosDaya 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 adalah :

Dimana :PB = daya ( W )T = torsi ( Nm )n = putaran mesin ( Rpm )

2.7.3.3 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)Energi yang masuk kedalam sebuah mesin berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut: (2.4) ..(2.5)

Dimana: massa udara di dalam silinder per siklus massa bahan bakar di dalam silinder per siklus laju aliran udara didalam mesin laju aliran bahan bakar di dalam mesin tekanan udara masuk silinder temperatur udara masuk silinder konstanta udara volume langkah (displacement) volume sisa

2.7.3.4 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. SFC = (2.6) (2.7)

Dengan :SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h)PB = daya (W)= konsumsi bahan bakarsgf = spesifik grafityt = waktu (jam)

2.7.3.5 Efisiensi Thermal 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 maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake ( brake thermal efficiency, b).Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka:b = ...... (2.8)

Laju panas yang masuk dapat dihitung dengan rumus berikut :Qf = (kW) .... (2.9)Dimana : LHV = Nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/Kg)Jadi eefisiensi termal dapat dihitung dengan rumus :b = 100 %................. (2.10)

2.7.3.6 Efisiensi VolumetrisEfisiensi Volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terhisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terhisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap.Efisiensi Volumetris ()= (2.11) (untuk mesin 4 langkah)

Dimana : = Laju aliran massa udara (kg/jam)N= Putaran mesin (rpm) = Densitas udara (kg/m3) = Volume langkah torak (m3) = 0,00023 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin]

2.8Nilai Kalor Bahan BakarReaksi 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). Bedasarkan 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 bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong :

HHV = 33950 + 144200 (H2-) + 9400 S (2.10)

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2= Persentase hidrogen dalam bahan bakar O2= Persentase oksigen dalam bahan bakar S= Persentase sulfur dalam bahan bakarNilai 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 satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya. 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, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV 2400 (M + 9 H2) (2.11)

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg) M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

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).

29