TEORI DASAR

2.1. Bahan Bakar dan Pembakaran

2.1.1. Bahan bakar

Bahan bakar adalah semua bahan atau mineral yang apabila dibakar akan meneruskan proses

pembakaran dengan sendirinya disertai dengan pengeluran /pelepasan kalor.

Macam-macam bahan bakar:

• Bahan bakar fosil

Batu bara minyak bumi dan gas

• Bahan bakar nuklir

Uranium dan plutonium

• Bahan bakar lain

Sisa tumbuhan dan minyak nabati

Bahan bakar untuk motor diesel sebagian besar terdiri dari senyawa hidrokarbon dan senyawa

non hidrokarbon.senyawa hidrokarbon yang dapat ditemukan bahan bakar diesel antara lain

parafinik, naftenik,olefin dan aromatic sedangkan senyawa non hidrokarbon terdiri dari senyawa

yang mengandung unsure non logam yaitu S,N,O dan unsur logam vanadium, nikel dan besi.

Karakteristik yang perlu diketahui untuk menilai kinerja bahan bakar diesel antara lain:

a) Viskositas (µ)

b) Berat jenis (spesifik gravity) (γ) n/m3

c) Angaka setana

d) Nilai kalori

e) Titik tuang (pour point)

f) Titik didih

g) Titik nyala (flash point)

h) Kadar abu

i) Air dan endapan

j) Kadar residu karbon (carbon residu)

k) Kandungan belerang (surfur content)

l) Bau

m) Warna

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar

2.1.2. Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dengan bahan/material yang dapat

terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran sempurna adalah

pembakaran dimana semua unsure yang terdapat didalam bahan bakar membentuk gas CO2,

H2O dan SO2 sehingga tidak adalagi bahan yang tersisa, sedangkan pembakaran yang tidak

sempurna adalah pembakaran yang menyisahka n CO2, H2O dan SO2 dan lain-lain. Pembakaran

spontan adalah pembakaran dimana bahan bakar mengalami oksidasi secara perlahan, sehingga

kalor yang dihasilkan tidak dikelompokan akan tetapi dipakai untuk menaikkan suatu bahan

secara perlahan sampai mencapai suhu nyala.

Pada motor diesel kadang terdapat ruang bakar tambahan yang menyebabkan bahan bakar yang

disemprotkan nosel tidak langsung masuk pada ruang bakar utama, karena itu dikenal dua tipe

motor diesel yaitu direct injection (peninjektian langsung) indirect injection (peninjektian tidak

langsung). Untuk motor tipe direct injection (peninjektian langsung) dapat digol;ongkan menjadi

dua, yaitu:

a. Sistem kamar muka

Kamar tipe ini bervolume tidak lebih dari 50% dari volume sisa, dan dihubungkan dengan ruang

bakar utama 3-4 saluran sempit dengan diameter 3-4 mm

b. Sistem kamar pusar

Kamar tipe ini besar volumenya tidak juga lebih dari 50% volume tetapi jalan penghubung

dengan kamar utamanya lebih besar tipe muka dan menaikkan performance pada putaran tinggi

tidak mudah untuk distart.

Ada tiga klasifikasi kecepatan pembakaran yaitu :

1). Explosive adalh suatu proses pembakaran dimana laju pembakaran terjadi sangat cepat tapi

tidak menampakkan adanya ledakkan “combustion wave”

2). Deflagration yaitu perambatan api pembakaran yang terjadi padsa ruang bakar dengan

kecepatana subsonic.

3). Detonation yaitu perambatan api yang terjadi pada ruang bakar dengan kecepatan supersonic.

Ketepatan saat terjadinya pembakaran merupakan factor yang sangat menentukan baik buruknya

performa mesin yang dihasilkan. Ketepatan saat pembakaran menyebabkan bahan bakar yang

terbakar menjadi lebih efektif dan tenaga yang dikeluarkan sesuai, waktu 100% energy dari

bahan bakar yang terbakar tersebut menjadi tenaga.(

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran)

2.2. Motor bensin

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam

yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan

bakar bensin atau yang sejenis.

Mesin bensin berbeda dengan mesin diesel dalam metode pencampuran bahan bakar dengan

udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.Pada

mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara

tersebut terpanaskan, bahan bakar disuntikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi

untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara,

jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar

tersebut akan terbakar dengan sendirinya.

Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang

bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke

silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang

ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem

injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan

sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder,

tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut

EFI

Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja :

1. Kompresi ruang bakar yang cukup.

2. Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang sesuai.

3. Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan waktu penyalaan/timing ignition)

Dalam proses pembakaran tenaga panas bahan bakar diubah ketenaga mekanik melalui

pembakaran bahan bakar didalam motor. Pembakaran adalah proses kimia dimana

Karbondioksida dan zat air bergabung dengan oksigen dalam udara. Jika pembakaran

berlangsung maka diperlukan : a)Bahan bakar dan udara dimasukkan kedalam motor b)Bahan

bakar dipanaskan hingga suhu tinggi Pembakaran menimbulkan panas dan menghasilkan

tekanan, kemudian menghasilkan tenaga mekanik. Campuran masuk kedalam motor

mengandung udara dan bahan bakar. Perbandingan campuran kira kira 12-15 berbanding 1 setara

12-15 kg udara dalam 1 kg bahan bakar. Yaitu karbon dioksida 85% dan zat asam (Oksigen) 15

% atau 1/5 bagian dengan karbon dioksida dan zat air. Zat lemas (N) tidak mengambil bagian

dalam pembakaran.

Prinsip Dasar Motor Bensin :

1. Langkah Hisap

Dalam langkah ini, campuran bahan bakar dan bensin ke dalam silinder. Katup hisap membuka

sedangkan katup buang tertutup. Waktu torak bergerak ke bawah, menyebabkan ruang silinder

menjadi vakum dan menyebabkan masuknya campuran udara dan bahan bakar ke dalam silinder

yang disebabkan adanya tekanan udara luar.

2. Langkah Kompresi

Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan. Katup hisap dan katup

buang tertutup. Waktu torak naik dari titik mati bawah (TMB) ke titik mati atas (TMA),

campuran bensin yang dihisap tadi dikompresikan. Akibatnya tekanan dan temperaturnya akan

naik, saat ini percikan api dari busi terjadi sebingga akan mudah terbakar. Poros engkol berputar

satu kali ketika torak mencapai TMA.

3. Langkah Usaha

Dalam langkah ini, mesin menghasilkan tenga untuk menngerakkan kendaraan. Sesaat torak

mencapai TMA pada saaat langkah kompresi,busi atau meberi loncatan api pada campuran yang

telah dikompresikan. Dengan adanya pembakaran, kekuatan dari tekanan gas pembakaran yang

tinggi mendorong torak ke bawah. Usaha ini yang menjadi tenaga mesin.

4. Langkah Buang

Dalam langkah ini, gas yang terbakar, akan dibuang dalam siinder. Katup buang terbuka dan

torak bergarak dari TMA ke TMB, mendorong gas bekas keluar dari silinder. Ketika torak

mencapai TMA, kan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah berikutnya, yaitu langkah

hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh dalam satu siklus yang terdiri dari empat

langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1 langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang

merupakan dasar kerja dari pada mesin empat langkah.

(http://dexzrecc.wordpress.com/2008/11/17/prinsip-kerja-motor-bensin/)

2.3. Emisi Gas Buang

Polusi udara oleh gas buang dan bunyi pembakaran motor diesel merupakan gangguan terhadap

lingkungan. Komponen-komponen gas buang yang membahayakan itu antara lain adalah asap

hitam (angus), hidro karbon yang tidak terbakar (UHC), karbon monoksida (CO), oksida

nitrogen (NO), dan NO2. NO dan NO2 biasa dinyatakan dengan NOx(W Aris munandar

2002:51). Namun jika dibandingkan dengan motor bensin, motor diesel tidak banyak

mengandung CO dan UHC. Disamping itu, NO2 sangat rendah jika dibandingkan dengan NO.

Jadi boleh dikatakan bahwa komponen utama gas buang motor diesel yang membahayakan

adalah NO dan asap hitam.

Selain dari komponen tersebut diatas beberapa hal berikut yang merupakan bahaya atau

gangguan meskipun bersifat sementara. Asap putih yang terdiri dari atas kabut bahan bakar atau

minyak pelumas yang terbentuk pada saat star dingin, asap biru yang terjadi karena adanya

bahan bakar yang tidak terbakar sempurna terutama pada periode pemanasan mesin atau beban

rendah, serta bau yang kurang sedap merupakan bahaya yang mengganggu lingkungan.

Asap hitam membahayakan lingkungan karena mengeruhkan udara sehingga mengganggu

pandangan, tetapi juga karena adanya kemungkinan mengandung karsinogen. Motor diesel yang

mengeluarkan asap hitam yang sekalipun mengandung partikel karbon yang tidak terbakar tetapi

bukan karbon monoksida (CO). Jika angus yang terjadi terlalu banyak, gas buang yang keluar

dari mesin akan berwarna hitam dan mengotori udara.

Menurut nakoela soenarta (1995:39) factor-faktor yang menyebabkan terbentuknya jelaga atau

angus pada gas buang motor diesel adalah :

a) Konsentrasi oksigen sebagai gas pembakar kuran.

b) Bahan bakar yang disemprotkan kedalam ruang bakar terlalu banyak.

c) Suhu didalam ruang bakar terlalu tinggi.

d) Penguapan dan pencampuran bahan bakar dan udara yang ada didalam silinder tidak dapat

berlangsung sempurna.( www.interro.com/techtips.htm)

PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan Teknologi, maka kemajuan di bidang industri

terutama dalam bidang permesinan, berbagai alat diciptakan untuk mempermudah dan

menambah kenyamanan manusia dalam memenuhi kebutuhan. Salah satunya adalah di bidang

otomotif, dimana dalam penggunaanya diperlukan pengetahuan tentang mesin tersebut dengan

baik supaya selama pengoperasian mesin dapat berjalan seefektif dan seefisien mungkin.

Diesel berasal dari nama seorang insinyur dari Jerman yang menemukan mesin ini pada tahun

1893, yaitu Dr. Rudolf Diesel. Pada waktu itu mesin tersebut tergantung pada panas yang

dihasilkan ketika kompresi untuk menyalakan bahan bakar. Bahan bakar ini diteruskan ke

silinder oleh tekanan udara pada akhir kompresi. Pada tahun 1924, Robert Bosch, seorang

insinyur dari Jerman, mencoba mengembangkan pompa injeksi daripada menggunakan metode

tekanan udara yang akhirnya berhasil menyempurnakan ide dari Rudolf Diesel. Keberhasilan

Robert Bosch dengan mesin dieselnya tersebut sampai saat ini digunakan oleh masyarakat.

Dalam mesin diesel, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar pada akhir langkah

kompresi. Sebelumnya udara yang diisap telah dikompresi dalam ruang bakar sampai tekanan

dan temperatur menjadi naik. Naiknya tekanan dan temperatur mengakibatkan bahan bakar

menyala dan terbakar sendiri. Untuk memperoleh tekanan kompresi yang tinggi saat putaran

mesin rendah, banyaknya udara yang masuk ke dalam silinder harus besar tanpa

menggunakan throttle valve untuk membatasi aliran dari udara yang dihisap.Dengan demikian

dalam sebuah mesin diesel, output mesinnya dikontrol oleh pengontrol banyaknya bahan bakar

yang diinjeksikan.

Dengan perkembangan pompa rotari yang lebih kecil penampilannya juga bobotnya yang lebih

ringan yang dikembangkan oleh Vernon Rosa pada tahun 1950-an. Motor diesel akhirnya

memasuki perkembangan pemakaian dan pemasaran yang lebih luas. Perkembangan lain dari

motor diesel adalah dengan penambahan sebuah turbocarjer yaitu alat untuk memasukkan

(memompakan) udara ke dalam saluran masuk (intake manifold). Pompa turbocharger ini

digerakkan oleh gas buang yang kedalam turbocarjer tersebut. Dengan adanya turbocarjer ini

maka akan menurunkan asap gas buang. Akhirnya motor diesel seperti ini keadaanya sekarang

menjadi motor yang benar-benar efisien, ringan dan bebas polusi udara.

Banyaknya udara yang masuk ke silinder pada mesin diesel memiliki pengaruh besar terhadap

terjadinya pembakaran sendiri (self-ignition) yang dapat menentukan output. Efisiensi

pengisapan adalah suatu hal yang penting. Untuk bahan bakar mesin diesel menggunakan

minyak diesel (solar). Bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar, dan dapat terbakar secara

spontanitas oleh adanya temperatur udara yang tinggi. Tingginya temperatur udara yang

dikompresikan dapat mempermudah bahan bakar untuk terbakar secara spontanitas. Nilai

kemampuan bahan bakar diesel untuk cepat terbakar adalah angka cetane (cetane number).

Untuk mesin diesel yang berkecepatan tinggi yang digunakan pada kendaraan truk dan mobil-

mobil angka cetane yang umumnya digunakan sekurang-kurangnya 40-45.

1.2    Tujuan Pengujian

Adapun tujuan dari praktikum prestasi mesin ini adalah sebagai berikut:

1.    Menyelidiki prestasi mesin bensin yang meliputi beberapa sarana seperti momen putar

sebagai fungsi putaran. Daya output sebagai fungsi putaran. Konsumsi bahan bakar spesifik,

konsumsi udara dan perbandingannya, udara dan bahan bakar sebagai fungsi putaran.

2.    Menyelidiki emisi gas buang yang dihasilkan selama operasi mesin berlangsung.

BAB II 

TEORI DASAR

2.1  Bahan Bakar dan Pembakaran

2.1.1        Bahan Bakar

Bahan bakar adalah semua bahan atau mineral yang apa bila di bakar dapat meneruskan proses

pembakaran dengan sendirinya disertai pengeluaran/pelepasan panas.

1.    Jenis-jenis bahan bakar :

a)    Bahan bakar berdasarkan asalnya

·   bahan bakar nabati /biomassa

·   bahan bakar mineral

·   bahan bakar fosil

b)   Bahan bakar berdasarkan wujudnya

·   Bahan bakar padat

·   Bahan bakar cair

·   Bahan bakar gas

c)    Bahan bakar berdasarkan perose tebentuknya

·   Bahan bakar alamia

·   Bahan bakar non-alamia

2.    Macam-macam bahan bakar:

-          Bahan bakar fosil

Misalnya ; Batu bara minyak bumi dan gas

-          Bahan bakar nuklir

Misalnya ; Uranium dan plutonium

-          Bahan bakar lain

Misalnya ; Sisa tumbuhan dan minyak nabati

Kriteria utama yang harus dipenhi bahan bakar yang akan digunakan dalam motor bakar adalah

sebagai berikut :

-          Proses pembakaran bahan bakar dalam silinder harus secepat mungkin dan panas yang

dihasilkan harus tinggi.

-          Bahan bakar yang digunakan harus tidak meninggalkan endapan atau deposit setelah

pembakaran karena akan menyebabkan kerusakan pada dinding silinder.

-          Gas sisa pembakaran harus tidak bebahaya pada saat dilepas keatmosfer.

2.1.2        Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dengan bahan/material yang dapat

terbakar, dengan temperaturnya lebih besar dari titik nyala disertai timbulnya cahaya dan

menghasilkan kalor.Untuk memperoleh daya maksimum dari suatu operasi hendaknya komposisi

gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin,

sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak dan mengurangi terjadinya

detonasi. Komposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas

pembakaran dan akan berpengaruh terhadapperformance mesin dan emisi gas buang.

Untuk melakukan pembakaran diperlukan 3 (tiga) unsur, yaitu :

1.      Bahan bakar

2.      Udara

3.      Suhu untuk memulai pembakara

Dalam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran yang digambarkan dalam sebuah

grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik

tingkatan pembakaran :

Gambar 2.1. Tingkat pembakaran dalam sebuah mesin

Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau

periode yang terpisah. Periode-periode tersebut adalah :

1.      Keterlambatan pembakaran (Delay Periode)

Periode pertama dimulai dari titik 1 yaitu mulai disemprotkannya bahan bakar sampai masuk

kedalam silinder, dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut

a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan melebihi kompresi udara yang

dihasilkan oleh torak. Dan bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel.

Pada titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar, yang dipecah halus dan  sebagian

menguap kemudian siap untuk dilakukan pembakaran. Ketika bahan bakar dinyalakan yaitu pada

titik 2, akan menyala dengan cepat yang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai

pada titik 3 tercapai. Peri ode ini sesuai dengan perjalanan sudut engkol b. yang membentuk

engkol kedua.

2.      Pembakaran Cepat

3.      Pembakaran Terkendali

Setelah titik 3, bahan bakar yang belum terbakar dan bahan bakar yang masih tetap disemprotkan

(diinjeksikan) terbakar pada kecepatan yang tergantung pada kecepatan penginjeksian serta

jumlah distribu nsi oksigen yang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah yang disebut

dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit yang akan berakhir

pada titik 4 dengan berhentinya injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik, konstan ataupun

turun. Periode ini sesuai dengan perjalanan engkol sudut c, dimana sudut c tergantung pada

beban yang dibawa beban mesin, semakain besar bebannya semakin besar c.

4.      Pembakaran pasca (after burning)

Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirnya terbakar. Pada

pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram, dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan

turunnya tekanan meskipun panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar.

Ada 3 (tiga) klasifikasi kecepatan pembakaran yaitu:

1.      Explosive adalah suatu proses pembakaran dimana laju pembakaran terjadi sangat

cepat tapi tidak menampakkan adanya   ledakan “ Combustion wave”.

2.      Deflagration yaitu perambatan api pembakaran yang terjadi pada ruang bakar dengan

kecepatan subsonic.

3.      Detonation yaitu perambatan api yang terjadi pada ruang bakar dengan kecepatan

supersonic.

Untuk melakukan pembakaran diperlukan 3 (tiga) unsur, yaitu :

1.      Bahan bakar

2.      Udara

3.      Suhu untuk memulai pembakaran

2.2  Motor Diesel

Motor diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal

combustion engine). Penggunaan motor diesel bertujuan untuk mendapatkan tenaga mekanik

dari energi panas yang ditimbulkan oleh energi kimiawi bahan bakar, energi kimiawi tersebut

diperoleh dari proses pembakaran antara bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar.

Pada motor diesel ruang bakarnya bisa terdiri dari satu atau lebih tergantung pada tujuan

perancangan, dan dalam satu silinder dapat terdiri dari satu atau dua torak.

Tekanan gas hasil pembakaran akan mendorong torak yang dihubungkan dengan poros engkol

menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik (reciprocating). Gerak

bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh poros engkol. Dan sebaliknya gerak

rotasi poros engkol juga diubah menjadi gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua, yaitu motor

diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa dengan siklus

dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa dengan siklus diesel

sedangkan motor bensin dianalisa dengan siklus otto.

Diagram P-V siklus diesel dua langkah

Perbedaan antara motor diesel dan motor bensin yang nyata adalah terletak pada proses

pembakaran bahan bakar, pada motor bensin pembakaran bahan bakar terjadi karena adanya

loncatan api listrik yang ditimbulkan oleh dua elektroda busi, sedangkan pada motor diesel

pembakaran terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar hingga

mencapai temperatur nyala akibat kompresi torak. Karena prinsip penyalaan bahan bakarnya

akibat tekanan maka motor diesel juga disebut compression ignition engine sedangkan motor

bensin disebut spark ignition engine.

Gambar 2.2 Motor diesel

Keunggulan motor diesel dibandingkan pembakaran yang lain adalah :

1.    Motor diesel lebih irit dalam pemakaian bahan bakar dengan motor bensin, motor diesel

lebih efisien 20-30%.

2.    Motor diesel lebih kuat dan mempunyai daya tahan yang lebih lama.

3.    Motor diesel lebih besar tenaganya sehingga Motor diesel dapat menjadi motor penggerak

(primover).

4.    Motor diesel mengakibatkan polusi udara yang lebih kecil.

5.    Motor diesel tidak dipengaruhi oleh cuaca.

Kelemahan/ Kekurangannya antara lain adalah :

1.    Perbandingan tenaga terhadap berat motor masih lebih besar dibandingkan motor bensin.

2.    Motor diesel tetap lebih sukar dihidupkan pertama kali dibandingkan motor bensin.

3.    Harga inisial (dasar) Motor diesel lebih mahal  karena Motor diesel lebih kompleks dan

lebih berat dibandingkan motor bensin.

4.    Perawatan dan servis pada umumnya tidak dapat dikerjakan oleh bengkel lokal.

Penggunaan atau aplikasi Motor diesel sebagai motor penggerak (primover) sangatlah

berkembang pesat dan akan terus berkembang. Motor diesel banyak dipergunakan untuk

keperluan transportasi seperti truk,bis,kapal dll. Untuk kepentingan pertanian, Motor diesel

digunakan pada traktor untuk mengolah lahan pertanian. Pada industri kontruksi bangunan dan

pertambangan, Motor diesel digunakan sebagai primover untuk mesin-mesin pengeruk dan

pemindah tanah, buldozer dll.

2.2.1   Perinsip Kerja Motor Diesel

Mesin/motor diesel (diesel engine) merupakan salah satu bentuk motor pembakaran dalam

(internal combustion engine) di samping motor bensin dan turbin gas. Motor diesel disebut

dengan motor penyalaan kompresi (compression ignition engine)  karena penyalaan bahan

bakarnya diakibatkan oleh suhu kompresi udara dalam ruang bakar. Dilain pihak motor bensin

disebut motor penyalaan busi (spark ignition engine)karena penyalaan bahan bakar diakibatkan

oleh percikan bunga api listrik dari busi.

Meskipun untuk motor diesel tidak diperlukan sistem pengapian seperti halnya pada motor

bensin, namun dalam motor diesel diperlukan sistem injeksi bahan bakar yang berupa pompa

injeksi (injection pump) dan pengabut (injector) serta perlengkapan bantu lain. Bahan bakar yang

disemprotkan harus mempunyai sifat dapat terbakar sendiri (self ignition). Penampang mesin

diesel secara sederhana dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 2.3 Skema motor diesel

Jenis-jenis motor menurut jumlah langkah per siklus, untuk motor pembakaran dalam (Internal

Combustion Engine) dapat digolongkan menjadi dua golongan, yaitu :

1.    Motor Bakar Dua Langkah (2 Tak)

Motor Bakar dua langkah (2 Tak) adalah motor yang menyelesaikan satu siklus dalam dua

langkah torak,atau satu putaran poros engkol.Gerakan torak ke TMA adalah untuk mengadakan

proses ekspansi. Pengisian muatan segar ke dalam silinder dilaksanakan ketika tekanan muatan

itu melebihi tekana gas di dalam silinder. Pada keadaantersebut, saluran pengisi ada dalam

keadaan terbuka. Untuk itu muatan segar harus memiliki tekanan yang lebih tinggi dari tekanan

atmosfir.

 

                                      (a).                                         (b).

Gambar 2.5 : a) Penampang Motor Diesel 2 Tak

b). Diagram P – V Motor Diesel Dua Langkah

  Cara Kerja Motor Dua Langkah

Pengisian, dalam hal ini torak bergerak menuju TMA (gambar a), tetapi sebelum torak mencapai

kedudukan tersebut (masih dalam perjalanan menuju TMA),dimana lubang isap,lubang buang

masih dalam keadaan tertutp. Keadaan ini dalam ruang engkol terjadi vakum karena volumenya

membesar. Gerak torak selanjutnya akan mencapai kedudukan seperti (gambar b) pada suatu saat

lubang isap terbuka bertepatan dengan keadaan vakum dalam ruang engkol. Sebab itu udara luar

mengalir masuk ke dalam ruang engkol. Proses pengisian ini berlangsung selama lubang isap

dalam keadaan terbuka.

Bila torak bergerak dari TMA menuju TMB maka pada suatu saat lubang isap tertutup. Gerakan

torak ini memperkecil volume ruang engkol,sehingga tekanan udara yang ada di dalamnya

bertambah (gambar b). Pada kesempatan ini muatan yang terdapat dalam ruang engkol tadi

mengalir masuk ke dalam silinder melalui saluran pemindah . Muatan yang masuk ke dalam

silinder itu membentuk gerak melengkung ke atas, karena puncak torak dibuat berbentuk sudut

pengarah. Pemasukan muatan ke dalam silinder itu selain mengisi silinder dengan muatan segar

juga membersihkan silinder dari gas sisa pembakaran . Proses ini dinamakan Pembilasan.

Kompresi, dalam hal ini lubang buang dan lubang pemindah ditutup oleh torak yang bergerak

menuju TMA (gambar c). Sementara itu dalam ruang engkol terjadi vakum beberapa saat

sebelum torak mencapai TMA muatan dinyalakan sehingga terbakar .

Ekspansi, dalam hal ini torak didorong gas pembakaran sehingga bergerak ke TMB. Ini adalah

langkah usaha atau proses ekspansi. Proses ini terakhir sebelum torak mencapai TMB, yakni

ketika lubang buang mulai terbuka.

Pembuangan dan Pembilasan,(gambar d) pada waktu torak hampir mencapai TMB luang buang

terbuka gas hasil pembakaran keluar lewat lubang buang dan kemudian disusul oleh lubang

pemindah. Sementara itu muatan yang terdapat dalam ruang engkol mengalami pemampatan

sampai tekan 20 % lebih tinggi dari tekanan atmosfir.

2. Motor Bakar Empat Langkah (4 Tak)

Motor Bakar empat langkah (4 Tak) adalah motor yang menyelesaikan satu siklus dalam empat

langkah torak atau dua kali putaran poros engkol. Jadi dalam empat langkah itu telah

mengadakan proses pengisian, kompresi dan penyalaan, ekspansi serta pembuangan.

Dibandingkan motor 2 tak, motor 4 tak ini lebih sulit dalam pemeliharaannya mengingat lebih

banyaknya onderdil atau bagian mesinnya.

      (a).                                                    (b).

  Gambar 2.6 a). Penampang Motor Diesel 2 Tak

b). Diagram P – V Motor Diesel Dua Langkah

  Cara Kerja Motor Bakar Empat Langkah

Titik paling atas dapat dicapai oleh gerakan torak pada silinder disebut TMA. Sedangkan titik

terendah yang dapat dicapai oleh ujung atas torak pada silinder disebut TMB. Bila torak bergerak

dari TMA sampai ke TMB atau sebaliknya, dikatakan bahwa torak melakukan satu langkah.

Untuk setiap siklus, pada motor empat langkah terdapat empat langkah torak, yaitu dua langkah

naik dan dua langkah turun. Akibatnya selama siklus itu berlangsung, poros engkol akan

berputar dua kali.

1.    Langkah Isap

  Gambar  Langkah Isap

Pada langkah hisap, udara dimasukkan kedalam silinder. Piston membentuk kevakuman didalam

silinder. Piston bergerak kebawah dari titik mati atas ke titik mati bawah. Katup hisap terbuka

selama langkah ini dan katup buang tertutup.

2.    Langkah Kompresi

Gambar  Langkah kompresi

Pada langkah kompresi, udara dihisap kedalam silinder kemudian dimampatkan, posisi kedua

katup baik hisap maupun buang tertutup, sehingga suhunya naik.

3.    Langkah Kerja

Gambar Langkah Kerja

Pada akhir langkah kompresi, bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar. Posisi kedua

katup masih tertutup,karena suhu tinggi dari udara yang dimampatkan tadi maka bahan bakar

akan terbakar. Suhunya semakin tinggi diikuti dengan tekanannya tinggi juga sehingga

mendorong piston turun menuju TMB.

4.    Langkah Buang

Gambar Langkah Kerja

Setelah sampai di TMB piston bergerak naik menuju TMA, katup buang terbuka, sehingga sisa

gas hasil pembakaran dibuang keluar. Proses ini terjadi secara berulang-ulang sehingga

dihasilkan putaran yang kontinu.

2.2.2        Proses pembakaran mesin diesel

Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode:

a) Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A-B)

Pada periode ini disebut fase persiapan pembakaran, karena partikel-partikel bahan bakar yang

diinjeksikan bercampur dengan udara di dalam silinder agar mudah terbakar.

b) Periode 2: Perambatan api (B-C)

Pada periode 2 ini campuran bahan bakar dan udara tersebut akan terbakar di beberapa tempat.

Nyala api akan merambat dengan kecepatan tinggi sehingga seolah-olah campuran terbakar

sekaligus, sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering disebut periode

ini sering disebut pembakaran letup.

c) Periode 3: Pembakaran langsung (C-D)

Akibat nyala api dalam silinder, maka bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar.

Pembakaran langsung ini dapat dikontrol dari jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, sehingga

periode ini sering disebut periode pembakaran dikontrol.

d) Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E)

Injeksi berakhir di titik D, tetapi bahan bakar belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi telah

berakhir, pembakaran masih tetap berlangsung. Bila pembakaran lanjut terlalu lama, temperatur

gas buang akan tinggi menyebabkan efisiensi panas turun. 

Gambar 3. Proses pembakaran motor diesel

2.2.3        Klasifikasi Motor Diesel

A.    Klasifikasi Motor Diesel Menurut Konstruksinya.

Ada beberapa cara pengklasifikasian motor diesel yang dapat dibuat untuk mengetahui

perbedaan jenis atau tipe motor diesel dan pelayanan yang sesuai dengan jenis motor diesel

tertentu. Kebanyakan pengklasifikasian motor diesel yang paling lazim adalah menurut tenaga

yang dihasilkan. Ada motor diesel yang kecil dengan tenaga dari 3 tk. Adapula motor diesel yang

besar dengan kapasitas besar sampai menghasilkan tenaga 40.000 tk. Motor diesel juga

diklasifikasikan menurut jumlah silindernya. Dengan pengklasifikasian ini terdapat motor diesel

dengan jumlah silinder dari satu silinder hingga 24 silinder. Motor diesel brsilinder tunggal ( satu

) sering dipakai untuk penggerak yang kecil-kecil dan handi ( portable ) dan untuk keperluan

irigasi. Untuk keperluan komersial dan angkutan digunakan motor diesel bersilinder 4,6 dan 8

silinder. Untuk keperluan industri dan penggerak kapal kapal besar (ships) digunakan diesel

bersilinder yang lebih banyak missal dengan variasi jumlah silinder 12,16,20 dan 24.

Cara lain dalam pengklasifikasian motor diesel adalah menurut prinsip/ proses kerjanya. Dengan

pengelompokan ini dikenal dua jenis motor diesel yaitu motor diesel empat langkah dan motor

desel dua langkah.

Cara pengaturan silinder motor juga sering digunakan untuk mengklasifikasikan motor diesel.

Yang paling popular adalah motor diesel tegak / vertical, dimana silinder motor diatur dalam satu

baris silinder motor. Jenis lain adalah dimana silinder motor dibuat baris yang berseberangan

bertolak belakang. Pada motor ini mungkin semua silinder motor dibuat pada satu sisi poros

engkol. Dengan jumlah silinder yang sama pada masing-masing sisi dikenal motor datar

bersilinder bertolak belakang ataupun motor bersilinder v. Motor diesel dengan pengaturan baris

membentuk v perlu dijelaskan besarnya sudut v untuk baris silinder yang bervariasi seperti : 45,

50, 55, 60 atau 90 derajat. Sudut v bergantung kepada jumlah silinder dan disain poros

engkol. Bentuk lain dari pengaturan silinder dengan baris yang berbentuk w dan x. Juga ada yang

membentuk segitiga atau delta.Pengklasifikasian lain dari motor diesel adalah menurut kerja

piston. Dalam pengelompokan ini diklasifikasikan motor diesel piston kerja tunggal, piston kerja

ganda dan piston berlawanan . Piston kerja tunggal adalah dimana satu sisi dari piston yang

berhubungan dengan gas pembakaran, sedang sisi yang lain berhubungan dengan poros engkol

melalui batang piston . Pada piston kerja ganda kedua sisi dari piston bekerja berhubungan

dengan gas pembakaran yang menghasilkan tenaga. Kedua sisi dari silinder digunakan untuk gas

pembakaran yang secara berganti-ganti kedua sisi piston menerima gas hasil pembakaran .

Tekanan gas pembakaran bekerja pada langkah keatas maupun kebawah. Pada piston berlawanan

yaitu dua piston pada silinder yang sama diantara kedua piston yang berlawanan itu terletak

ruang pembakarannya. Masing-masing piston mempunyai batang piston dan poros engkol

sendiri-sendiri. Jenis lain dari motor diesel adalah motor diesel dengan piston parallel atau sejajar

satu sama lain dengan dua poros engkol yang parallel. Motor ini dibuat oleh Sulzer Bros Ltd dari

Switzeland yang digunakan untuk lokomotif. Metode pengelompokan motor menurut

kecepatannya. Secara pasti tidak ada batas yang tertentu untuk mengklasifikasikan motor

kedalam kecepatan rendah, menengah, dan tinggi. Tetapi umumnya motor dengan kecepatan

kurang dari 1000 hingga 2500 sebagai motor dengan kecepatan rendah menengah. Motor dengan

kecepatan dari 2500 hingga kurang lebih 6000 ppm sebagai motor kecepatan tinggi.

B.     Klasifikasi Motor Diesel Menurut Bahan Bakarnya.

Ada 4 jenis bahan bakar dan dari bahan bakarnya motor itu disebut yaitu : motor bahan bakar

gas, motor bahan bakar campuran (dual fuel diesel engines), motor bahan bakar ganda (bi–fuel

engines) dan motor bahan bakar kombinasi (multi – fuel engines).

1.      Motor diesel bahan bakar gas.

Motor diesel bahan bakar gas menggunakan bahan bakar gas seperti gas natural / gas bumi

ataupun gas bahan bakar hasil produksi pembuatan gas. Gas bahan bakar tersebut kemudian

diinjeksikan kedalam silinder motor dan dinyalakan oleh panas hasil dari kompresi dalam

silinder motor pada langkah kompresi. Sistem pengijeksian bahan bakar gas memerlukan sistem

pemampatan gas atau kompressor agar bahan bakar gas dapat dimasukkan kedalam ruang

pembakaran pada akhir langkah kompresi dari motor diesel tersebut. Jenis lain dari motor diesel

gas adalah motor diesel yang dimampatkan adalah campuran gas dan udara dengan perbandinagn

kompresinya 12 aatu 13. kemudian penyalaanya dengan busi pada akhir kompresi.

Motor tersebut mirip dengan motor gas atau motor bensin. Motor jenis ini dikelompokkan

dengan motor diesel karena besarnya perbandingan kompresinya. Motor diesel gas dibuat

menurut proses kerja dua langkah dan proses empat langkah.

2.      Motor bahan bakar campuran (dual fuel diesel engines).

Motor diesel bahan bakar campuran ini memasukkan dan mengkompresi gas alam, gas buatan

atau gas bahan bakar yang lain ketekanan kompresi normal motor diesel. Udara murni

ditambahkan pada wakyu pemasukkan untuk mencegah kemungkinan penyalaan awal (pre

ignition). Proses pembakaran terjadi setelah penginjeksian bahan bakar gas utama. Motor diesel

bahan bakar campuran dibuat dengan prose kerja dua langkah dan empat langkah. Gas bahan

bakar dimasukkan kedalam silinder pada saat kurang ebih akan dimulai langkah kompresi.

Pemasukkan yang menyuplai 3 % sampai 5 % dari total keseluruhan panas yang ada dalam

silinder. Motor bahan bakar campuran dapat dioperasikan dalam campuran yang bervariasi

antara gas dan bahan bakar cair. Untuk motor diesel jenis bahan bakar campuran jenis 2 langkah,

desain yang banyak digunakan motor ini memiliki klep gas yang dapat dioperasikan secara

mekanik dan diatur pembukaannya hanya setelah silinder dibilas oleh udara murni dan lubang

buang tertutup. Motor diesel bahan bakar campuran gas jenis 4 langkah sering menggunakan

klep yang dioperasikan oleh nok untuk mengatur masuknya udara dan gas kedalam silinder.

Pembukaan klep gas dilakukan hanya setelah klep buang tertutup. Klep-klep itu pengoperasianya

dengan nok ataupun secara hidrolik. Untuk motor gas 4 langkah yang kecil, sering juga

dipakaikan karburator dan leburator gas untuk menyuplai bahan bakar gas.

3.      Motor bahan bakar ganda (bi-fuel engines).

Kedua dengan cara bahan bakar tambahan diinjeksikan segera didepan klep pemasukan dengan

menggunakan injector atau pengabut tekanan rendah.

4.      Motor bahan bakar kombinasi (multi – fuel engines).

Bahan bakar ini mempnyai variasi dari bahan bakar beroktan sedang hingga distilasi menengah.

Pada saat ini banyak dilakukan eksperimen pengembangan motor dengan berbagai bahan bakar

yang memiliki kemampuan memulai operasi atau kerja sejak memulai operasi. Motor diesel

dengan bahan bakar kombinasi terutama dikembangkan untuk kepentingan militer.

2.3  Emisi Gas Buang.

Emisi gas buang mempunyai pengaruh yang buruk terhadap manusia dan lingkungan,

berdasarkan data hasil pengujian emisi gas buang pada motor bensin terdapat 2 kondisi, dimana

untuk pembakaran yang baik CO, HC harus rendah sedangkan CO2 tinggi, sehingga analisa yang

didapat untuk kondisi pembakaran motor yang baik : aman terhadap manusia dan jelek terhadap

lingkungan(CO2), Untuk pembakaran motor yang jelek biasanya kadar CO, HC tinggi dan CO2

rendah, sehingga emisi gas buang baik terhadap lingkungan dan jelek terhadap manusia.

Polusi udara oleh gas buang dan bunyi pembakaran motor diesel merupakan gangguan terhadap

lingkungan. Komponen-komponen gas buang yang membahayakan itu antara lain adalah asap

hitam (angus), Hidrokarbon yang tidak terbakar (UHC), Karbon monoksida (CO), Oksigen

Nitrogen (NO) dan NO2, NO dan N2O, bisa dinyatakan dengan NOx (w Aris Munandar 2002;Si)

namun jika perbandingan dengan motor bensin dengan motor diesel tidk banyak mengandung

CO dan UHC.

Selain dari komponen tersebut diatas beberapa hal berikut yang merupakan bahaya dan gangguan

meskipun bersifat sementara. Asap yang putih dari atas kabut bahan bakar atau minyak pelumas

yang terbentuk pada saat star dingin asap biru yang terjadi karena adanya bahan bakar yang tidak

terbakar sempurna terutama pada periode pemanasan mesin atau beban rendah, serta bau yang

kurang sedap merupakan bahaya yang mengganggu lingkungan.

Menurut Nakoela Soenarta (1995:39) faktor-faktor yang menyebabkan terbentuknya jelaga atau

angus pada gas buang motor diesel adalah:

a.       Konsentrasi Oksigen sebgai gas pembakaran

b.      Bahan bakar disemprotkan kedalam ruang bakar terlalu banyak

c.       Suhu didalam ruang bakar terlalu banyak dan tinggi

d.      Penguapan dan pencampuran bahan bakar dan udara yang ada didalam silinder tidak dapat

berlangsung sempurna.

Beberapa faktor yang berperan di dalam ketidakpastian setiap analisis resiko yang dikaitkan

dengan gas buang kendaraan bermotor antara lain adalah :

-          Definisi tentang bahaya terhadap kesehatan yang digunakan

-          Relevansi dan interpretasi hasil studi epidemiologi dan eksperimental

-          Realibilitas dari data pajanan

-          Jumlah manusia yang terpajan

-          Keputusan untuk menentukan kelompok resiko yang mana yang akan dilindungi

-          Interaksi antara berbagai senayawa di dalam gas buang, baik yang sejenis maupunantara

yang tidak sejenis

-          Lamanya terpajan (jangka panjang atau pendek)