MESIN CARNOT DAN UPAYA MENGURANGI BUANGAN HASIL PEMBAKARAN KENDARAAN RODA DUAFitri Handayani*, Nunung CahyaningsihLab. Kimia Fisika Jurusan Kimia Universitas Negeri SemarangGedung D8 Lt 2 Sekaran Gunungpati Semarang, Indonesiafhandayani8@gmail.com, 085713040627AbstrakEra globalisasi menuntut mobilitas yang tinggi bagi masyarakat. Sepeda motor menjadi pilihan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan mobilitas karena ukurannya yang ramping sehingga dapat berjalan di jalanan yang sempit. Selain itu juga karena harganya yang terjangkau oleh kantung masyarakat. Meningkatnya penggunaan sepeda motor berbanding lurus dengan meningkatnya tingkat polusi udara yang ditimbulkan dari sisa pembakaran yang tidak sempurna oleh sepeda motor. Artikel ini bertujuan untuk mengetahui proses-proses yang terjadi dalam sepeda motor ketika melakukan perubahan energi, penyebab timbulnya zat polutan dari sepeda motor serta cara-cara yang dapat digunakan untuk mengurangi zat polutan tersebut. Setelah kita mengetahui proses-proses yang terjadi dalam sepeda motor diharapkan kita dapat menemukan cara untuk mengurangi jumlah zat polutan yang ditimbulkan oleh sepeda motor. Upaya pengurangan zat polutan lebih ditekankan pada upaya preventif, yaitu dilakukan terhadap sistem yang bekerja pada sepeda motor. Cara-cara yang dipilih merupakan cara-cara yeng berkaitan dengan Prinsip Carnot karena prinsip tersebut diterapkan pada sepeda motor. Pada dasarnya, zat-zat polutan dapat dikurangi dengan membuat proses pembakaran menjadi lebih sempurna sehingga mampu meningkatkan efisiensi sepeda motor.Kata Kunci: Efisiensi; Prinsip Carnot; Sepeda Motor.Globalization era lead to high mobilities for the people. Motor bicyle became peoples choice to get the mobilities because its size and its cost. The rise of the use of motor bicycle followed by the rise of pollution level. This article is purposed to know all the processes that happened inside the motor bicycles system when it changes the energy, the cause of the pollution subtances from the motor bicyle, and to find all the way to reduce the pollution. After we know all the processes inside the motor bicyle we can determined tha way to reduce its pollution as well. Preventive way is the best way to reduce. The way that choosed is the way that related to Carnot Principle because it aplicated in motor bicycle system. The pollution subtances can be reduced by make perfect combustion process that can rise the efficiency.

Keywords: Carnot Principle; Efficiency; Motor Bicycle.PendahuluanDewasa ini mobilitas setiap manusia menjadi semakin tinggi. Meningkatnya mobilitas manusia ini disebabkan karena pengaruh era globalisasi. Guna mendukung mobilitas yang tinggi tersebut, manusia membutuhkan sebuah alat transportasi yang cepat dan tepat. Alat transportasi yang paling banyak digunakan adalah kendaraan roda dua (sepeda motor). Banyak orang memilih untuk naik sepeda motor karena dianggap lebih efisien. Efisien dalam arti bahwa sepeda motor dapat melewati jalan kecil karena ukurannya yang ramping sehingga ketika jalanan sedang macet, kendaraan ini dapat menerobos diantara barisan mobil. Hal ini tentu sangat menguntungkan dari segi waktu. Selain itu, harganya juga lebih terjangkau oleh masyarakat.Sepeda motor sebagai transportasi yang banyak dipilih oleh masyarakat menyumbang peranan besar terhadap timbulnya pemanasan global. Sumbangan kendaraan ini adalah gas buangan hasil pembakaran bahan bakar yang mengandung gas hidrokarbon, CO, CO2, dan nitrogen oksida. Gas-gas hasil pembakaran bahan bakar ini selain menimbulkan pemanasan global juga dapat menyebabkan penyakit Infeksi Sistem Pernapasan Akut (ISPA). Hal ini tentu perlu menjadi perhatian khusus bagi kita untuk mengurangi gas hasil pembakaran bahan bakar pada sepeda motor. Untuk dapat mengurangi gas hasil pembakaran tersebut kita perlu mengetahui bagaimana prinsip kerja yang terjadi pada mesin kendaraan roda dua tersebut. Dengan mengetahui prinsip kerjanya, kita tentu dapat mengetahui faktor yang menyebabkan dihasilkannya gas hasil pembakaran yang berlebih, sehingga kita dapat menentukkan solusi yang tepat bagi permasalahan ini.Berdasarkan proses kerja yang dilakukannya sepeda motor dibagi menjadi dua jenis, yaitu sepeda motor 2 takt dan sepeda motor 4 takt. Sepeda motor 2 takt merupakan sepeda motor generasi pertama. Sebagai suatu sistem pembakaran mesin pada kedua sepeda motor tersebut selalu mengeluarkan gas dan partikel hasil pembakaran. Dibutuhkan usaha untuk mengurangi gas dan partikel tersebut agar masalah lingkungan dan kesehatan yang timbul dapat berkurang. Jumlah gas dan partikel yang dikeluarkan mesin sepeda motor tersebut terkait dengan efisiensi sepeda motor. Menurut hasil penelitian yang telah dilakukan oleh berbagai lembaga, sepeda motor 2 takt memiliki hasil gas buangan yang lebih pekat dibandingkan dengan sepeda motor 4 takt.Masalah yang berusaha dipecahkan dalam artikel ini ada 3: 1) bagaimana langkah kerja mesin sepeda motor, 2) Apa penyebab pencemaran udara pada mesin sepeda motor secara teknis, dan 3) Bagaimana cara mengurangi gas dan partikel hasil proses pembakaran bahan bakar yang diproduksi mesin sepeda motor. Melalui penjelasan ini diharapkan dapat menambah pemahaman mengenai aplikasi Hukum Termodinamika II pada mesin kendaraan roda dua.Melalui penyusunan artikel ini kita diharapkan dapat: 1) mengetahui cara kerja mesin sepeda motor 4 tak, 2) Mengetahui penyebab timbulnya zat-zat pencemar udara dari sepeda motor secara teknis, dan 3) Mengetahui cara-cara untuk mengurangi zat-zat pencemar udara yang berasal dari pembakaran bahan bakar sepeda motor.PembahasanEnergi merupakan komponen penting bagi kita, lingkungan kita dan seluruh sistem yang ada didalamnya. Energi membuat sebuah sistem dapat berjalan. Bentuk energi sangat beragam, diantaranya adalah energi panas, kimia, listrik, kinetik dan mekanik.Termodinamika merupakan ilmu yang mengkaji segala sesuatu yang berhubungan dengan energi termasuk bentuk-bentuk energi, perubahan bentuk energi dan hasil dari perpindahan serta perubahan bentuk energi tersebut. Melalui hasil percobaan yang telah dilakukan oleh beberapa ahli terbentuklah 2 hukum dasar sebagai prinsip dasar termodinamika. Hukum tersebut adalah Hukum I dan Hukum II Termodinamika. Hukum-hukum ini berkaitan dengan perubahan bentuk energi.Hukum I Termodinamika merupakan hasil turunan dari Hukum Kekekalan Energi yang telah diungkapkan sebelum ditemukannya struktur atom. Secara umum hukum I Termodinamika dinyatakan sebagai berikut: Bila energi diubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya, banyaknya energi yang diubah adalah tetap (Ginting, 1989). Contohnya pada mesin sepeda motor, terjadi perubahan energi kimia menjadi energi kinetik. Energi kimia berupa bahan bakar diubah menjadi energi kinetik berupa pergerakan sepeda motor. Hukum I Termodinamika hanya menyatakan hubungan yang terjadi antara banyaknya energi dan perubahan yang terjadi. Hukum ini tidak menjelaskan mengenai arah perubahan tersebut berjalan serta proses yang terjadi apakah reversible ataukah irreversible. Hukum II Termodinamika selanjutnya menjelaskan mengenai hal-hal yang belum terpecahkan pada Hukum I Termodinamika. Tidak terdapat bunyi hukum secara umum pada hukum ini, namun dikenal 2 pernyataan ahli yang sering digunakan yaitu, pernyataan Clausius dan pernyataan Kelvin-Planck. Pernyataan yang diungkapkan Clausius berbunyi: Tidak mungkin suatu sistem bekerja dalam satu siklus dengan hanya melulu perpindahan panas dari benda yang dingin ke benda yang lebih panas. Singkatnya, panas tidak mengalir dengan sendirinya dari benda yang dingin ke benda yang lebih panas. Dalam pernyataan tersebut tersurat bahwa terdapat faktor-faktor lain dari dalam sistem yang mempengaruhi perpindahan panas. Ginting (1989: 182-183) dalam bukunya menuliskan pernyataan Kelvin-Planck dengan bunyi: Tidak mungkin suatu sistem bekerja dalam satu siklus untuk merubah panas dengan hanya satu reservoir dan menghasilkan sejumlah kerja positif yang ekuivalen. Pernyataan tersebut mengungkapkan bahwa tidak semua panas dapat diubah menjadi kerja secara terus menerus. Sebagian panas tersebut harus dikeluarkan ke reservoir lain yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Sehingga tidak mungkin terdapat mesin termal yang mempunyai efisiensi termis 100%.Hukum II Termodinamika dapat digunakan menentukan kemampuan maksimal secara teori dari sebuah sistem yaitu dengan membandingkan kemampuan sebenarnya terhadap kemampuan teoritis. Kemampuan maksimal sebuah sistem dilihat dari proses-proses yang terjadi pada sistem tersebut. Terdapat 2 proses yang mungkin terjadi pada sistem yaitu proses reversible dan proses irreversible.Proses reversible adalah proses yang sistem dan lingkungannya dapat kembali seperti keadaan semula setelah menjalankan suatu proses. Menurut Kelvin-Planck terdapat panas yang dikeluarkan ke reservoir lain dengan temperatur yang lebih rendah. Dua reservoir yang memiliki selisih temperatur yang mendekati nol, maka perpindahan panas akan mendekati reversible. Pada proses ini tidak ada entropi yang diproduksi. Pada siklus Carnot terjadi proses reversible.Proses irreversible adalah proses yang sistem dan lingkungannya tidak dapat kembali seperti keadaan semula setelah menjalankan suatu proses. Pada proses ini diproduksi entropi. Pencampuran dua gas dan perpindahan panas dari benda dengan temperatur tinggi menuju benda dengan temperatur yang lebih rendah merupakan contoh proses irreversible (Reynolds dan Perkins: 1994).Siklus CarnotSiklus ini diungkapkan oleh Nicholas Leonard Sadi Carnot. Proses yang terjadi pada siklus Carnot adalah proses reversible. Sebagai sebuah siklus, tahapan yang terjadi pada siklus Carnot terdiri dari 4 tahap; 2 tahap isotermis dan 2 tahap adiabatis. Seperti pernyataan yang telah diungkapkan oleh Kelvin-Planck bahwa dalam suatu sistem bahwa terdapat panas yang harus dikeluarkan atau dibuang dari sistem. Hal ini menyebabkan tidak ada mesin termal yang memiliki efisiensi sebesar 100%. Mesin termal adalah alat yang bekerja pada siklus Carnot sehingga seringkali disebut Mesin Carnot. Mesin Carnot diaplikasikan penggunaanya pada mesin sepeda motor. Pada siklus Carnot terjadi 2 proses adiabatik dan 2 proses isotermis.

Gambar 1. Siklus Carnot.Penjelasan proses yang terjadi pada Siklus Carnot adalah sebagai berikut:1. Proses a-b, ekspansi isotermal (gas menyerap panas dari reservoir dan menggerakan piston/torak).2. Proses b-c, ekspansi adiabatik (tidak ada panas yang diserap maupun dikeluarkan. Dalam proses ini temperatur gas turun dan melakukan usaha).3. Proses c-d, kompresi isotermal (gas melepas kalor dari reservoir dan mendapat usaha dari luar).4. Proses d-a, kompresi adiabatis (tidak ada kalor yang diserap maupun dikeluarkan. Dalam proses ini temperatur gas turun dan mendapat usaha)Sepeda Motor 4 TaktSiklus Carnot kemudian diaplikasikan pada mesin sepeda motor. Berdasarkan langkah kerja yang dilakukan, ada dua jenis sepeda motor yaitu sepeda motor 2 takt dan sepeda motor 4 takt. Namun sepeda motor 2 takt sudah tidak banyak digunakan lagi karena emisi yang dikeluarkan begitu pekat. Pekatnya emisi yang dikeluarkan oleh sepeda motor 2 takt disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna.Sepeda motor 4 takt mengeluarkan emisi yang lebih sedikit daripada sepeda motor 2 takt. Hal ini sebagai akibat dari langkah pembakaran yang ditempuh oleh sepeda motor 4 tak dilakukan sebanyak 4 langkah. Proses pambakaran pun menjadi lebih sempurna. Kelemahan yang dimiliki oleh sepeda motor 4 takt adalah kecepatan yang dihasilkan tidak setinggi sepeda motor 2 takt.Mesin pada sepeda motor ini menggunakan mesin 4 takt. Mesin ini melakukan 4 langkah kerja dalam satu siklus pembakaran. Empat langkah tersebut meliputi langkah pemasukkan (isap), kompresi, ekspansi, dan langkah buang. Secara keseluruhan langkah-langkah tersebut memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus.

Gambar 2. Langkah kerja mesin 4 takt.Penjelasan gambar tersebut adalah sebagai berikut:a. Langkah Pemasukan/Isap.Katup isap (KI) terbuka dan piston bergerak dari batas atas, titik saat kondisi tersebut disebut TMA (Titik Mati Atas). Dari atas kemudian menuju TMB (Titik Mati Bawah). Setelah katup terbuka kemudian campuran udara dan bahan bakar mesuk dan mengisi silinder.b. Langkah Kompresi.Katup masuk tertutup dan piston bergerak menekan campuran udara dan bahan bakar yang menimbulkan tekanan. Ketika piston mendekat pada TMA, akan timbul percikan api listrik yang dihasilkan oleh busi dengan dua ujung elektrodenya. Percikan api listrik tersebut membuat campuran udara dan bahan bakar terbakar sehingga mulai terjadi proses pembakaran.c. Langkah Ekspansi.Campuran udara dan bahan bakar yang telah terbakar secara berurutan menimbulkan tekanan yang semakin lama semakin maksimal. Tekanan maksimal ini berikutnya menekan piston ke bawah baik tekanan maupun suhu dari gas pembakaran mulai berkurang. Gaya gerak yang yang timbul dari gerakan pada piston ini diteruskan pada poros engkol melalui tangkai piston dan engko dan dengan demikian poros engkol dipaksa berputar mengatasi tahanan geseran.d. Langkah Buang.Katup buang (KB) terbuka dan gas sisa pembakaran ditekan keluar oleh piston yang bergerak ke atas dan dengan demikian selanjutnya dimulai lagi langkah pemasukan untuk siklus yang selanjutnya. Daya yang dihasilkan motor pembakaran ini tergantung dari isi silinder antara TMA dan TMB. Hali ini dikarenakan jumlah panas yang dihasilkan dari proses pembakaran campuran udara dan bahan bakar mengalir dari silinder tersebut pada tiap siklusnya (Soenarta & Furuhama: 1995).Proses pembakaran bensin sebagai bahan bakar sepeda motor tidak pernah berlangsung sempurna sebagaimana telah diungkapkan oleh Kevin-Planck. Selalu ada energi yang terbuang dalam proses perubahan energi kimia menjadi energi kinetik pada sepeda motor. Salah satu bentuknya dapat berupa zat-zat sisa pembakaran. Zat-zat sisa pembakaran ini yang menjadi polutan di udara. Hidrokarbon, karbonmonoksida, karbondioksida, dan nitrogen oksida merupakan zat-zat yang termasuk zat sisa pembakaran. Jumlah zat-zat sisa pembakaran ini terkait dengan efisiensi mesin. Efisiensi perubahan energi pada mesin termal diartikan sebagai perbandingan antara energi yang dikeluarkan terhadap energi yang dipasok (Kamil dan Ir. Pawito: 1983)Efisiensi dirumuskan dengan:

Pada sepeda motor, pembakaran yang tidak sempurna umumya disebabkan oleh1. Campuran bahan bakar dan udara yang gemuk dan bekerja pada daya yang rendah juga karena mendekati daya maksimum.2. Mesin tidak dapat menghisap campuran udara dan bahan bakar dalam jumlah banyak karena perbandingan ekspansinya kecil. Perbandingan ekspansi mempunyai arti sama dengan perbandingan kompresi.3. katup masuk yang tempat masuknya udara dan bahan bakar dan lubang buang tempat keluarnya hasil proses pembakaran tidak dilengkapi dengan katup. Sehingga gas murni yang belum terbakar pun ikut terbawa melewati lubang. Produksi gas buangan sisa pembakaran yang berlebih juga disebabkan oleh oli yang turut terbakar.4. Terjadinya proses pembilasan pada proses pembakaran bahan bakar.5. Rendahnya kualitas bahan bakar yang digunakan. Jika bahan bakar yang digunakan memiliki nilai oktan rendah, maka akan terjadi knocking.6. Adanya sisa karbon yang berada di ruang pembakaran. Karbon sulit mengalirkan panas, sehingga banyak karbon yang tertinggal. Hal ini membuat suhu pada ruang pembakaran menjadi tinggi. Campuran yang masuk ke ruang pembakaran pun menjadi bersuhu tinggi.Hasil dari proses pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna menghasilkan karbonmonoksida yang berbahaya bagi sistem peredaran darah manusia dan partikel lain yang juga berbahaya bagi tubuh manusia. Karbonmonoksida, karbondioksida, nitrogen oksida dan partikel lain diproduksi akibat proses pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna. Zat-zat tersebut dikeluarkan dalam bentuk gas dari knalpot sepeda motor. Untuk mencegah masalah lingkungan yang ditimbulkan oleh zat sisa hasil pembakaran, kita dapat melakukan langkah represif atau langkah penanggulangan. Langkah represif yang dapat kita lakukan diantaranya:1. Melakukan penanaman sejumlah tanaman penyerap karbon dan hidrokarbon disekitar jalan raya, sehingga ketika sepeda motor mengeluarkan zat-zat sisa pembakarannya, zat-zat tersebut dapat terserap. Penanaman ini diharapkan dapat mengurangi zat polutan dari kendaraan roda dua.2. Menggunakan masker ketika berada disekitar jalan raya, sehingga dapat megurangi zat-zat polutan yang masuk ke dalam sistem pernapasan kita.3. Mengurangi penggunaan kendaraan pribadi dan beralih ke kendaraan umum yang disediakan oleh pemerintah.Selain langkah represif diperlukan juga langkah preventif untuk mengurangi hasil buangan pembakaran pada kendaraan bermotor. Langkah preventif yang dapat dilakukan adalah melakukan inovasi terhadap sistem yang berjalan pada mesin kendaraan bermotor. Inovasi yang dilakukan terkait dengan efisiensi mesin.Jumlah emisi yang dikeluarkan oleh sepeda motor terkait dengan efisiensi mesin. Efisiensi mesin adalah besarnya kemampuan sebuah mesin dalam mengubah energi yang masuk dalam bentuk bahan bakar menjadi energi bentuk lain yang akan dikeluarkan dalam bentuk tenaga gerak. Semakin besar nilai efisiensi mesin semakin besar pula kemampuan sebuah mesin dalam mengubah energi yang masuk. Sehingga gas buangan sisa pembakaran yang dihasilkan menjadi rendah dan pencemaran lingkungan juga menjadi rendah. Mesin bensin modern beroperasi pada rata-rata sekitar 20 sampai 30 persen efisiensi. Sisa 70 sampai 80 persen energi dari bensin dikeluarkan dari mesin baik sebagai panas, energi suara mekanik, atau gesekan.Langkah yang dapat dilakukan diantaranya adalah:1. Menangkap kembali energi yang terbuangSelalu ada energi yang terbuang dari setiap siklus yang terjadi. Energi yang terbuang dapat berupa panas, suara dan gesekan. Sebanyak 40 persen energi bahan bakar terbuang menjadi panas sebagai hasil sampingan pembakaran dalam mesin. Panas yang dihasilkan bisa mencapai lebih dari 700 derajat Celsius. Panas ini dapat ditangkap dengan sebuah alat yang terbuat dari bahan logam langka dan logam campuran super kuat. Dengan mekanisme tertentu, perangkat ini bisa menghasilkan listrik hingga ratusan watt.2. Meningkatkan Rasio Kompresi MesinRasio kompresi adalah perbandingan antara volume langkah piston dengan volume ruang bakar saat piston pada posisi TMA. 3. Menggunakan Bahan Bakar dengan Nilai Oktan Tinggi.Menurut Brusstar dalam Agrariksa, bensin dengan oktan lebih tinggi akan memungkinkan mesin untuk beroperasi dengan rasio kompresi yang lebih tinggi maka ketika mesin bekerja terjadi efisiensi.4. Melakukan pencampuran bahan bakar dengan ethanolPenambahan etanol ke dalam bahan bakar sepeda motor dapat menciptakan pembakaran yang lebih sempurna sehingga zat-zat sisa pembakaran menjadi lebih sedikit (Agrariksa: 2013).Kita telah mengetahui proses dan sistem yang ada pada sepeda motor. Pengetahuan ini dapat menjadi acuan kita dalam menyikapi permasalahan lingkungan yang ditimbulkan oleh sepeda motor itu sendiri. Sehingga bahaya yang ditimbulkan dari emisi yang dikeluarkan sepeda motor dapat dikurangi.SimpulanBerdasarkan pembahasan yang telah disampaikan, dapat disimpulkan bahwa sepeda motor 4 takt mengalami 4 langkah kerja yang meliputi langkah hisap (pemasukan), kompresi, ekspansi, dan langkah buang. Proses perubahan energi pada sepeda motor selalu mengeluarkan emisi berupa zat hidrokarbo, karbonmonoksida, karbondioksida, dan nitrogen oksida. Zat-zat tersebut timbul karena proses pembakaran yang tidak sempurna. Perlu dilakukan upaya pencegahan untuk mengurangi produksi zat-zat tersebut karena zat-zat tersebut berbahaya bagi kelangsungan hidup manusia. Mengurangi zat-zat yang ditimbulkan berhubungan dengan meningkatkan efisiensi sepeda motor. Efisiensi sepeda motor dapat ditingkatkan dengan meningkatkan rasio kompresi mesin, menggunakan bahan bakar dengan nilai oktan tinggi, menambahkan methanol pada bahan bakar, dan menangkap kembali energi panas yang dikeluarkan.Daftar PustakaAgrariksa, Fintas Afan dan Bambang Susilo dan Wahyunanto Agung Nugroho. 2013. Uji Performansi Motor Bakar Bensin (On Chassis) menggunakan Campuran Premium dan Etanol. Jurnal Keteknikan Pertanian Tropis dan Biosistem 1(3): 194-203.Ginting, Raja Ulungen.1989. Dasar-Dasar Termodinamika Teknik. Jakarta: Depdikbud Dirjen Dikti LPLPTK Kamil, Sulaiman dan Pawito. 1982. Termodinamika dan Perpindahan Panas. Jakarta: Depdikbud Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan.Soenarta, Nakoela dan Shochi Furuhama. 1995. Motor Serba Guna. Jakarta: Pradnya Paramita. Reynolds, C. William dan Henry C. Perkins. 1994. Termodinamika Teknik. Terjemahan oleh Filipo Harahap. Bandung: Gelora Aksara Pratama.