Bahan Bakar Dan Pelumasan
-
Upload
ipong-darma-putra-tamba -
Category
Documents
-
view
312 -
download
16
description
Transcript of Bahan Bakar Dan Pelumasan
1
PAPARAN KULIAH
BAHAN BAKAR DAN PELUMAS
Disusun untuk perkuliahan Bahan bakar dan pelumas
Disusun Oleh:
Drs. Supraptono, MPd.
TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG
2004
TINJAUAN MATA KULIAH
2
A. Nama dan Kode Mata Kuliah : Bahan Bakar dan Pelumas. B. Jurusan/Program Studi : PTM S1/TM S1/TM D3. C. Deskripsi Mata Kuliah : Mahasiswa dapat menguasai tentang dasar
pengertian yang berkaitan dengan bahan bakar dan pelumas beserta fungsi dan kegunaan bagi kehidupan.
D. Kegunaan Mata Kuliah : dapat mengetahui energi yang ditimbulkan
oleh pembakaran bahan bakar yang meliputi pengenalan bahan bakar, hakekat bahan bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan.
E. Tujuan Instruksional Umum : mahasiswa dapat mengetahui tentang
fungsi bahan bakar dan pelumas dalam pemakaian. F. Susunan dan materi pengajaran: pengenalan bahan bakar, hakekat bahan
bakar, energi dan pembakaran, analisa pembakaran, kebutuhan udara pembakaran, pelumas dan sistem pelumasan, karakteristik minyak pelumas, dan sistem pelumasan
G. Petunjuk Pelajaran Bagi Mahasiswa: pembelajaran dilakukan dengan multi
media, buku ajar, diskusi, dan tugas-tugas sebagai pengayaan materi sehingga diharapkan mahasiswa mempersiapkan diri sebelum perkuliahan dilaksanakan. Untuk memperlajari mata kuliah ini mahasiswa harus sudah menempuh mata kuliah kimia teknik.
3
DAFTAR ISI
PENGANTAR………. DAFTAR ISI………… DAFTAR TABEL…… DAFTAR GAMBAR… BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR Pengertian bahan bakar Macam-macam bahan bakar Cara perolehan bahan bakar Syarat bahan bakar dalam pemakaian BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR Komposisi bahan bakar Sifat-sifat bahan bakar Tara kalor mikanik BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN Dasar pengertian pembakaran Unsur yang terkandung dalam bahan bakar Proses pembakaran dan hasilnya BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN Nomenklatur Stoichiometri massa dan volume Emisi gas buang BAB V. KEBUTUHAN UDARA PEMBAKARAN Udara pembakar Pengaruh pencemaran lingkungan Persyaratan kesehatan BAB VI. PELUMAS DAN SISTEM PELUMASAN Dasar pengertian pelumasan Macam minyak pelumas Guna dan fungsi minyak pelumas BAB VII. KARAKTERISTIK MINYAK PELUMAS Sifat fisika dan kimia minyak pelumas Aditif, fungsi dan kegunaannya Karakteristik minyak pelumas BAB VIII. SISTEM PELUMASAN Macam-macam teknik pelumasan Pelumasan pada otomotif.
4
DAFTAR PUSTAKA BAB I.
PENGENALAN BAHAN BAKAR Bahan bakar adalah bahan–bahan yang di gunakan dalam proses
pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin dapat berlangsung. Jenis bahan bakar yang dikenal dalam kehidupan sehari–hari, digolongkan berdasar asal bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga, yaitu: (1) bahan bakar nabati, (2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Berdasarkan bentuknya, digolongkan menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2) bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas.
DESKRIPSI Materi dalam bab 1. akan dipelajari tentang: (1) Pengertian bahan bakar,
(2) Macam-macam bahan bakar, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat bahan bakar dalam pemakaian.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS Setelah mempelajari materi pada bab 1. mahasiswa dapat mengetahui: (1)
Dasar pengertian bahan bakar, (2) Macam-macam bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, (3) Cara perolehan bahan bakar, dan (4) Syarat-syarat yang harus dipenuhi bahan bakar dalam pemakaian.
5
BAB I. PENGENALAN BAHAN BAKAR
A. Pengertian Bahan Bakar
Bahan bakar adalah bahan–bahan yang di gunakan dalam proses
pembakaran. Tanpa adanya bahan bakar tersebut pembakaran tidak akan mungkin
dapat berlangsung. Banyak sekali jenis bahan bakar yang kita kenal dalam
kehidupan kita sehari–hari. Penggolongan ini dapat dibagi berdasar dari asalnya
bahan bakar dapat di bagi menjadi tiga golongan, yaitu: (1) bahan bakar nabati,
(2) bahan bakar mineral, dan (3) bahan bakar fosil. Apabila dilihat dari bentuknya,
maka bahan bakar di bagi menjadi tiga bentuk, yaitu: (1) bahan bakar padat, (2)
bahan bakar cair, dan (3) bahan bakar gas. Namun demikian hingga saat ini bahan
bakar yang paling sering di pakai adalah bahan bakar mineral cair. Hal ini
dilakukan karena banyaknya keuntungan–keuntungan yang di perolah dengan
menggunakan bahan bakar dengan jenis mineral tersebut.
Setiap bahan bakar memiliki karakteristik dan nilai pembakaran yang
berbeda–beda. Karakteristik inilah yang menentukan sifat–sifat dalam proses
pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat di sempurnakan
dengan jalan menambah bahan-bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut,
dengan harapan akan mempengaruhi daya anti knocking atau daya letup dari
bahan bakar, dan dalam hal ini menunjuk apa yang dinamakan dengan bilangan
oktan (octane number). Proses pembakaran bahan bakar dalam motor bensin atau
mesin pembakaran dalam sangat di pengaruhi oleh bilangan tersebut, sedangkan
di motor Diesel sangat di pengaruhi oleh bilangan setana (cetane number).
Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh
energi yang di sebut dengan energi panas (heat energy). Hasil pembakaran bahan
bakar yang berupa energi panas dapat di bentuk menjadi energi lain, misalnya :
energi untuk penerangan, energi mekanis dan sebagainya. Dengan demikian setiap
hasil pembakaran bahan bakar akan di dapatkan suatu bentuk energi yang lain
yang dapat di sesuaikan dengan kebutuhan. Sisa–sisa hasil pembakaran dalam
bahan bakar harus di perhatikan. Oleh karena itu sisa dari hasil pembakaran yang
kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatif terhadap lingkungan. Sisa
6
pembakaran ini akan mengandung gas-gas beracun, yang terutama di timbulkan
oleh pembakaran pada motor bensin. Sedangkan hasil pembakaran yang di
timbulkan oleh motor Diesel akan dapat menimbulkan gas asap yang berwarna
gelap yang akan mengotori lingkungan. Namun pada kenyataanya, polusi yang di
timbulkan oleh pembakaran pada motor Diesel ini tidak berbahaya bagi
lingkungan, jika di bandingkan dengan gas sisa hasil pembakaran pada motor
bensin.
B. Pengertian Bahan Bakar Minyak
Bahan bakar minyak adalah bahan bakar mineral cair yang di peroleh
dari hasil tambang pengeboran sumur – sumur minyak, dan hasil kasar yang di
peroleh di sebut dengan minyak mentah atau crude oil. Hasil dari pengolahan
minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam bahan bakar yang memiliki
kualitas yang berbeda-beda. Minyak dalam hal ini merupakan bahan bakar yang di
Indonesia pemakaianya telah lama kita pergunakan dalam kehidupan sehari–hari.
Sebelumnya, lebih banyak di gunakan orang dengan istilah minyak tanah, yang
artinya minyak yang di hasilkan dari dalam tanah (R.P. Koesoemadinata : 1980).
Berdasar asal-muasalnya yaitu dengan di ketahuinya minyak tanah atau
minyak mentah itu terdapat bersama–sama dengan gas alam, maka istilah yang
lazim digunakan sekarang ini adalah minyak dan gas bumi.dalam beberapa bahasa
lain, misalnya : petroleum (Bahasa Inggris) yang berasal dari kata “petro” yang
berarti batu dan “oleum” yang berarti minyak. Jadi dengan kata lain petrolium
berarti minyak yang berasal dari batu. Sebenarnya istilah minyak bumi lebih tepat
digunakan, sebab minyak terdapat di bumi dan bukan dalam tanah, atau juga tepat
apabila disebut sebagai minyak mentah, artinya minyak yang belum di kilang.
Istilah lain yang biasa di pakai adalah natural gas atau gas alam.
Adapun istilah minyak tanah kita kenal sebagai kerosin, yaitu salah satu
hasil pengilangan minyak bumi, yang juga sering di sebut sebagai minyak latung,
yang dalam hal ini latung berarti batu, dengan demikian minyak latung sama
pengertiannya petro-oleum.
7
Komposisi Minyak Bumi
Kebanyakan senyawa yang ditemukan dalam minyak bumi adalah
gabungan dari hydrogen dan carbon. Material-material ini disebut hidrokarbon,
senyawa lain yang ada seperti belerang, oksigen, dan nitrogen. Pengoperasian
fisik dari kilang minyak seperti: penguapan, penggesekan, dan pendinginan untuk
menentukan jenis hidrokarbon yang besar karena dalam material tersebut
merupakan bagian yang penting dalam minyak, tetapi pengoperasian secara
kimiawi, seperti: pengilangan dan penyaringan, hal ini dilakukan untuk
mengelompokkan senyawa belerang, oksigen dan nitrogen, dengan metode yang
sama seperti sejumlah hidrokarbon aktif untuk menyediakan senyawa-senyawa
tersebut. Minyak mentah Rusia dan minyak “naphtane utama” sebagian besar
berisi oksigen. Oksigen yang terdapat di dalamnya sering berkombinasi dalam
bentuk asam naphtene. Nitrogen juga sering ditemukan dalam “minyak naphtane
utama” dan pada umumnya seperti bentuk senyawa dasar yang mirip dengan alkil
quiolin. Belerang yang ada biasanya merupakan belerang bebas, hydrogen sulfida
atau sebagai senyawa organic, seperti: thiophenes, asam sulfonik, mercaptan, alkil
sulfida. Beberapa senyawa-senyawa belerang ditemukan di dalam minyak mentah,
tetapi senyawa-senyawa tersebut dihasilkan dari senyawa lain selama pengilangan
dan destilasi. Senyawa belerang biasanya menyebabkan masalah karena bersifat
korosif. Sebagian besar dari senyawa metal organic berisi besi, nikel, vanadium,
arsenik dan lain-lain, senyawa-senyawa tersebut di antaranya ditemukan di dalam
minyak, beberapa diantaranya beracun dan bersufat katalis.
Berbagai jenis rangkaian dari hidrokarbon ditemukan pada minyak mentah
dan jenis rangkaian lain dihasilkan dengan pemecahan dan hidroginasi. Banyak
jenis rangkaian tersebut diantaranya adalah jenis yang telah teridentifikasi di
dalam minyak dengan rumus kimia sebagai berikut: CnH2n+2, CnH2n, CnH2n-2,
CnH2n-4, CnH2n-6, CnH2n-8, CnH2n-10, CnH2n-14, CnH2n-20. Beberapa dari
senyawa tersebut mempunyai tingkatan yang tidak pernah dihasilkan secara
sintetis atau untuk kepentingan penelitian, dalam hal komposisi n = 5 s/d 16 . Hal
ini terdapat beberapa senyawa sebagai pembanding tingkatan dalam minyak.
Namun pemisahan senyawa-senyawa murni sangat sulit karena sifat dari masing-
8
masing tingkatan tersebut berbeda dan titik didihnya berbeda, yang mana tidak
bisa dipisahkan dengan fraksinasi dan prevalent. Kesulitan pemisahan dan
kemajemukan dari hidrokarbon tersebut menjadikan minyak sebagai obyek
penelitian yang menarik di bidang kimia perminyakan.
Jenis rangkaian hidrokarbon, dari jenis rangkaian hidrokarbon yang
terdapat dalam perminyakan hanya beberapa yang telah diteliti melalui
pengembangan komersiil yang cukup berhasil. Jenis terbaik dan telah diketahui
adalah paraffin, olefin, nephtane, aromatis, diolefin, dan asetilen.
Jenis rangkaian paraffin (CnH2n+2), senyawa ini mempunyai sifat yang
stabil. Penamaan dalam senyawanya diakhiri dengan “ane” methane, ethane,
hexane, dan hexadekane. Dalam suhu ruangan jenis-jenis ini tidak tereaksi oleh
penguapan asam belerang, terkonsentrasi alkali, asam nitris atau bahkan oleh
asam krom oksida kuat, kecuali yang berisi sebuah atom karbon tersier. Mereka
bereaksi secara lambat dengan klorin dalam sinar mata hari dan begitu juga blorin,
apabila terdapat katalis. Reaksi biasanya terjadi dari substitusi unsur dan senyawa
kimia atom hydrogen. Tingkatan terendah telah teridentifikasi disebagian besar
minyak mentah, tetapi menurut Mabery , bahwa Mahoning County, Ohio, minyak
mentah tidak berisi hidrokarbon paraffin. Jenis tingkatan paraffin yang lebih
tinggi dimungkinkan menghasilkan minyak yang lebih banyak walaupun minyak
mentah itu masuk secara bebas dari bak yang tidak berisi hidro karbon paraffin
yang bertitik didih rendah. Bak paraffin mungkin terdiri dari urutan berantai
hidrokarbon paraffin lurus dan bercabang. Egloff, Schaad dan Lowry telah
membuat penelitian melalui pembusukan hidrokarbon paraffin.
Jenis rangkaian olefin atau etilen (CnH2n). Senyawa ini mempunyai
komposisi hidro karbon tak jenuh contohnya jenis dari rangkaian ini
memungkinkan mengelompok secara langsung dengan material yang lain seperti
klorin, bromin, asam hidroklorin dan asam belerang tanpa salah penempatan asam
hydrogen. Nama-nama dari hidrokarbon ini adalah berakhiran “ene”, sebagai
etana (etilen), propena (propilen), dan butana (butilen). Senyawa-senyawa yang
tak jenuh bereaksi dan larut dalam asam belerang dan berubah dari minyak bumi
9
tapi mereka berada dalam hasil yang terpecah. Egloff, Schaad dan Lowry teleh
membuat penelitian yang sangat luar biasa dari literature hidrokarbon olefin.
Jenis rangkaian naptin (CnH2n) . Rangkaian ini mempunyai jenis rumus
yang sama pada jenis olefin hanya saja pada senyawa ini mempunyai sifat-sifat
yang berbeda. Naptin adalah senyawa lingkaran atau siklik, mengingat olefin
adalah senyawa rantai yang lurus, dimana dua ikatan tersebut menghubungkan
atom-atom karbon. Naptin adalah senyawa-senyawa jenuh dan olefin adalah
senyawa tak jenuh. Senyawa tak jenuh dapat bereaksi dengan senyawa kombinasi
serta bahan-bahan yang lain, tetapi senyawa jenuh hanya dapat bereaksi oleh
penempatan hydrogen bahan-bahan lain. Banyak literatur kimia menyebutkan
bahwa naptin disebut metilen. Contohnya, tetrametilen, pentametilen, dan
heksametilen. Hal ini mengingat penamaan yang ada sekarang adalah siklobutana,
siklopentana, dan sikloheksana. Sebagaimana contoh tersebut hubungan dari
rangkaian ke rangkaian siklik yang lain mempertimbangkan benzana dan
sikloheksana. Baik senyawa-senyawa berisi enam (6) atom-atom karbon per
molekul, tapi enam atom hydrogen itu harus ditambahkan benzana untuk
menghasilkan sikloheksana. Molekul sikloheksana bersifat jenuh, tetapi molekul-
molekul benzana adalah sangat tak jenuh, jadi molekul-molekul benzana tersebut
mempunyai tiga kombinasi dari tiga atom karbon. Ikatan-ikatan tripel yang
terbentuk adalah benzana yang sangat aktif sehingga disebut bahan yang sangat
aktif, namun sikloheksana tidak mempunyai ikatan yang ganda dan juga tidak
bereaksi. Bagaimanapun kebanyakan dari reaksi-reaksi benzana adalah dengan
mensubstitusikan dari pada mengkombinasi. Naptana tidak seperti isomer-
isomernya olefin, mereka tidak dapat larut dengan mudah dalam asam belerang.
Neptana telah banyak diketemukan di semua jenis minyak mentah. Tapi sekali
lagi minyak mentah Mahoning County adalah sebuah pengecualian. Minyak
mentah ini berisi rangkaian hidrokarbon CnH2n-2 dan CnH2n-4, tapi tidak ada
paraffin atau neptana yang sederhana. Egloff, Bollman dan Levinson telah
melakukan riset dari siklohidrokarbon yang menghasilkan formulasi sebagai
terlihat pada gambar di bawah ini.
10
H H H H H H H H H H H H
l l l l l l l l l l l l
H – C – C – C – C – C – C – H H – C – C – C – C – C = C
l l l l l l l l l l l
H H H H H H H H H H H
Gb. (a) Normal Heksana C6H14 Gb. (b) Normal Heksana C6H12
H
H H C
H H H C C H
C
H – C C - H
H – C C H H C C H
C
H H C
H H
H
Gb. (c) Cycloheksana C6H12 Gb. (d) Benzena
C6H6
H H H H H H H H H H H
l l l l l l l l l l l
C = C - C - C - C = C H – C - C - C - C - C - H
l l l l l l l l
H H H H H H H H
H - C - H
I
H
Gb. (e) Heksadiena –1,5, C6H10. Gb. (f) Isomeric isofarafin compound
11
Jenis rangkaian Aromatik (CnH2n-6), formula ini biasa disebut seri
benzena yang merupakan kimia aktif. Hidrokarbon ini mudah untuk melakukan
oksidasi dengan formasi asam organic. Aromatik tersebut bisa ditambahkan atau
disubstitusikan dengan produk tergantung pada reaksinya. Hanya beberapa jenis
minyak mengandung sejumlah kecil dari aromatik bertitik didih rendah seperti
benzena dan toluene. Mabery menemukan kuantitas relatif yang lebih banyak dari
aromatik dalam minyak di Ventura, Coalinga, Poentehills dan Chalifornia.
Beberapa minyak mentah di bagian Sumatra dan Kalimantan juga kaya akan
aromatik tersebut. Seri ini ditemukan pada bensin dengan katalis dan kandungan
yang tinggi untuk kualitas anti ketukan (knocking).
Jenis rangkaian Diolefin (CnH2n-2), formula ini seperti pada jenis olefin
memiliki dua atom hydrogen untuk mengadakan dua ikatan ganda dalam molekul
masing-masing. Ikatan ganda ini disebabkan karena sifatnya yang sangat reaktif.
Diolefin dikerjakan pada polimeresasi atau kombinasi dengan beberapa bentuk
ikatan molekul sangat berat dalam bentuk larutan padat diolefin dan karet, dari
proses ini tidak dikerjakan dengan pemecahan gaselin, tetapi kemungkinan tidak
ditemukan dalam petroleum mentah. Proses polemerisasi dibuat dengan asam
sulfur.
Jenis siklik dengan formulasi CnH2n-2, CnH2n-4, CnH2n-8. Masih
ada beberapa formulasi lain dengan komposisi yang tak begitu dikenal, namun
demikian banyak literature menyebutkan jenis-jenis yang menguasai dalam
minyak dengan titik didih tinggi, minyak gas, dan minyak pelumas. Sebagian
besar hidrokarbon dalam minyak pelumas adalah jenuh. Menurut Seyr bahwa
antara 20 % dari minyak pelumas larut dalam sulfur dioksida. Berdasar penelitian
Doubtles menemukan bahwa sekitar 20 % terikat dalam hidrokarbon jenuh.
Kandungan isomeric. Kerancuan pada pemahaman sering muncul yang
disebab kan adanya perbedaan kandungan tetapi memiliki formula molekul yang
sama. Kandungan isomeric memiliki formula molekul yang sama karena
perbedaan internal dalam struktur. Kandungan dari formula tipe CnH2n bisa jenuh
atau terserap. Formula dari kandungan jenuh cyclohehance dan kandungan terisap
hexane-1 dapat dijelaskan bahwa formula dari n-hexane, 2-metil pentane, dan 2-
12
dimetil butana, memiliki tipe formula yang sama yaitu CnH2n+2 atau C6H14 .
Kelompok atom seperti kelompok metil menurut kandungannya biasa disebut
alkil group atau radikal. Bagian-bagian ini mengacu pada kelompok atom-atom
karbon dan hidrogen yang berada dalam satu unit, karena atom ini berperan
seperti kelompok dalam reaksi kimia. Atom-atom tersebut didefinisikan sebagai
hidrokarbon menovalent yaitu kelompok yang memiliki formula secara umum
CnH2n+1 . Biasanya kelompok radikal terdiri dari metil (CH3), etil (C2H5) dan
propile (C3H7). Radikal-radikal tersebut bukan kelompok ikatan individu karena
harus selalu ditarik radikal lainnya, elemen seperti kelompok atom lain.
Ada dua isomer butana yang mungkin yaitu viz n-butana dan 2-metil
propana, 3 pentana, 5 heksana, 9 heptana. Jumlah isomer hidrokarbon yang
mungkin tersebut dapat meningkat secara cepat sesuai dengan jumlah atom-atom
karbon yang meningkat, ikatan-ikatan dari atom-atom yang mempunyai jenis
rumus kimia CnH2n-4 memungkinkan pembentukan isomer. Rangkaian ini
mengindikasikan sejumlah isomer yang mungkin tapi tak jenuh, molekul
hidrokarbon tinggi yang kuat dalam minyak yang mungkin sedikit atau isolasi dari
ikatan tersebut adalah komplek yang membuktikan jumlah hidrokarbon isomer
yang munkin (CnH2n+2) berupa rangkaian yang terpisah-pisah.
Sejumlah kemungkinan dari alifatik (CnH2n+2) hidrokarbon isomerik.
Atom Karbon Isomer
6 5
7 9
8 18
9 35
12 355
15 4.347
18 60.523
25 36.797.588
40 62.491.178.805.831
13
C. Macam–macam Bahan Bakar Minyak
1. Bensin
Bensin berasal dari kata benzana, lazim sebenarnya zat ini berasal dari gas
tambang yang mempunyai sifat beracun dan merupakan persenyawaan dari
hidrokarbon tak jenuh, artinya dapat bereaksi dengan mudah terhadap unsur–
unsur lain. Bentuk ikatan adalah rangkap, dan senyawa molekulnya di sebut
alkina. Bahan bakar jenis ini biasa disebut dengan kata lain gasoline. Bensin pada
dasarnya adalah persenyawaan jenuh dari hidro karbon, dan merupakan komposisi
isooctane dengan normal-heptana.Serta senyawa molekulnya tergolong dalam
kelompok senyawa hidrokarbon alkana. Kualitas bensin dinyatakan dengan angka
oktan, atau octane number.
Angka oktan adalah prosentase volume isooctane di dalam campuran
antara isooctane dengan normal heptana yang menghasilkan intensitas knocking
atau daya ketokan dalam proses pembakaran ledakan dari bahan bakar yang sama
dengan bensin yang bersangkutan. Isooctane sangat tahan terhadap ketokan atau
dentuman yang kita beri angka oktan 100, heptane yang sangat sedikit tahan
terhadap dentuman di beri bilangan 0. Pada motor percobaan, bermacam–macam
bensin di bandingkan dengan campuran isooctane dan normal heptana tersebut.
Bilangan oktan untuk bensin adalah sama dengan banyaknya prosen isooctane
dalam campuran itu. Semakin tinggi ON bahan bakar menunjukkan daya bakarnya
semakin tinggi. Bensin yang ada di pasaran di kenal ada tiga kelompok : (1)
Regular–grade, (2) Premium–grade, dan (3) Third-grade Gassoline. Adapun di
Indonesia pertamina mengelompokkanya menjadi : bensin, premium, aviation gas
dan super 98.
2. Minyak Tanah
Minyak tanah merupakan campuran kompleks antara beratus- ratus macam
hidro karbon dalam minyak tanah terdapat karbon tak jenuh, tetapi hasil kracking
yaitu penyulingan pada suhu dan tekanan yang tinggi terjadi pula senyawa hidro
karbon yang tidak jenuh. Adapun terjadinya minyak tanah ini berdasarkan
pertimbangan geologis maupun dasar pertimbangan kimia yang telah di ketahui,
14
menyatakan bahwa minyak tanah terjadi dari sisa – sisa hewan dan tumbuhan. Hal
ini nampak dalam beberapa fraksi minyak tanah mempunyai kegiatan optik dan
terdapatmya porpirin yang ada hubunganya dengan khlorofil maupun hemin.
Sehingga dapat di simpulkan bahwa sisa–sisa tumbuhan mengandung khlorofil,
sedang sisa–sisa hewan mengandung haemoglobin.
Pengambilan minyak tanah dilakukan dengan jalan pengeboran minyak
bumi sampai dengan lapisan tertentu, kemudian di lakukan penyulingan. Hasil
dari penyulingan meperoleh sejumlah fraksi yang berhasil di pisahkan,antara lain :
(1) Petroleum eter, fraksi pertama yang mendidih antara 35°C sampai dengan
80°C, (2) Gassoline / bensin, fraksi kedua yang mendidih antara 50°C sampai
dengan 220°C, (3) Kerosin, fraksi ketiga yang mendidih antara 200°C sampai
dengan 300°C, (4) Parafin padat, cair, petroleum, fraksi yang mempunyai
temperatur tertinggi, dan (5) Residu, fraksi yang terakhir.
3. Minyak Solar
Minyak solar adalah bahan bakar minyak hasil sulingan dari minyak bumi
mentah, bahan bakar ini mempunyai warna kuning cokelat yang jernih. Minyak
solar ini biasanya digunakan sebagai bahan bakar pada semua jenis motor Diesel
dan juga sebagai bahan bakar untuk pembakaran langsung di dalam dapur–dapur
kecil yang menghendaki hasil pembakaran yang bersih. Minyak ini sering di sebut
juga sebagai gas oil, ADO, HSD, atau Dieseline. Pada temperatur biasa, artinya
pada suhu kamar tidak menguap, dan titik nyalanya jauh lebih tinggi dari pada
bahan bakar bensin.
Kualitas solar dinyatakan dengan angka setane atau cetane number (CN).
Bilangan setane yaitu besar prosentase volume normal cetane dalam campuranya
dengan methylnapthalene yang menghasilkan karakteristik pembakaran yang
sama dengan solar yang bersangkutan (Drs. Warsowiwoho : 1976). Secara umum
solar dapat diklasifikasikan sebagai berikut: (1) Light Diesel Fuel (LDF)
mempunyasi CN = 50, (2) Medium Diesel Fuel (MDF) mempunyasi CN = 50, dan
(3) Heavy Diesel Fuel (HDF) mempunyasi CN = 35.
15
LDF dan MDF sering dikatakan sebagai solar no.1 dan 2. Kedua jenis
solar ini sebenarnya letak perbedaanya adalah pada efek pelumasanya saja. LDF
dalam hal ini lebih encer, jernih, dan ringan, sedang MDF lebih gelap, berat, dan
dan dalam pemakaianya dealam motor bakar di perlukan syarat- syarat khusus.
4. Minyak Diesel
Minyak Diesel adalah bahan bakar minyak jenis penyulingan kotor yang
mengandung fraksi–fraksi berat atau campuran dari jenis destilase dengan fraksi
yang berat (residual fuel oil) dan berwarna hitam dan gelap, tetapi tetap cair pada
suhu rendah. Minyak Diesel ini banyak di gunakan sebagai bahan bakar mesin
Diesel yang berputar sedang atau lambat dan juga sebagai bahan bakar untuk
pembakaran langsung dalam dapur–dapur industri. Bagi kehidupan sehari-hari
minyak ini sering disebut sebagai MDF (Medium Diesel Fuel).
5. Minyak Bakar
Minyak bakar adalah bahan bakar yang bukan berasal dari hasil
penyulingan, tetapi jenis residu. Minyak ini mempunyai tingkat kekentalan yang
tinggi dan juga titik tuang (pour point) yang lebih tinggi dari pada minyak Diesel,
serta berwarna hitam gelap. Bahan bakar jenis ini banyak di pergunakan sebagai
bahan bakar pada sistem pembakaran langsung dalam dapur–dapur industri yang
besar. Pembakaran langsung yang di maksud adalah pada sistem eksternal
combustion engine atau mesin pembakaran luar, misalnya: pada mesin uap, dapur-
dapur baja, dan lain sebagainya. Minyak ini di sebut juga sebagai MFO (Medium
Fuel Oil).
6. Bensol
Bensol adalah bahan bakar hasil tambahan dari pada industri gas batu bara
dan pabrik kokas. Bensol dapat di peroleh dengan cara mencuci gas yang keluar
dari dapur dengan ter yang ringan. Bahan bakar minyak ini sangat baik di gunakan
pada kendaraan bermotor, karena sangat tahan terhadap knocking atau dentuman,
sehingga memenuhi syarat pada motor dengan kompresi tekanan yang tinggi.
16
Kadang–kadang di pakai sebagai campuran bensin untuk mempertinggi sifat anti
dentuman (knoking). Bensol membeku pada temperatur 5°C di bawah nol.
Dengan menambahkan tuluol dan xylol titik beku dari bahan bakar ini dapat di
turunkan.
D. Cara Perolehan Bahan Bakar
1. Bahan bakar yang berasal dari tumbuhan
Sebenarnya bahan bakar, terutama bahan bakar minyak telah lama di kenal
oleh bangsa Indonesia. Hanya saja pada saat itu minyak hanya di gunakan sebatas
sebagai penerangan rumah tangga di waktu malam hari. Namun pengenalan
minyak masih sangat sederhana, misalnya pada penggunaan obor, yang semua itu
sebenarnya merupakan bahan bakar minyak yang di pergunakan dalam bentuk
yang lain. Bahan bakar minyak ini dapat diperoleh melalui proses peragian atau
dengan jalan penggilingan yang berasal dari tumbuh–tumbuhan yang telah
terkubur sekian tahun lamanya. Adapun proses terjadinya adalah sebagai berikut,
di tinjau bagaimana benih suatu tumbuhan mulai tumbuh dari lembaganya, maka
benih tersebut keluar akar yang kemudian masuk ke dalanm tanah, sedagkan
batangnya muncul di udara. Akar dari tumbuhan ini mengambil makanan dari
dalam tanah. Daun pada batang mengambil makanan dari udara atau sebagai
dapur untuk memasak makanan tersebut. Akan tetapi sebelumnya bibit kecil itu
memerlukan persediaan makanan sedikir sekali sebagai bekalnya. Modal
tumbuhan itu terdapat di dalam benihnya. Sesungguhnya makanan sebenarnya
adalah sebagian besar merupakan benih tumbuhan, misalnya tanaman padi yang di
tumbuk atau di giling menjadi beras, buah–buahan yang bertempurung seperti
kelapa, pala, kemiri dan sebagainya adalah benih pohon atau selubung benih
tempat makanan persediaan untuk tumbuhan tadi. Bahan makanan yang
mengandung minyak mudah di simpan dan di timbun dalam jangka waktu yang
cukup lama. Demikian juga pada tumbuh-tumbuhan yang menyimpan makananya
dalam bentuk minyak pada bijihnya. Itulah sebabnya hampir semua bahan bakar
yang berbentuk minyak nabati berasal dari benih tumbuh-tumbuhan. Apalagi
benih tumbuhan yang mengandung minyak tadi, misalnya : kenari, kemiri, kacang
17
tanah dan sebagainya jika dikeringkan maka akan terdapat minyak yang dapat di
bakar hingga memberi nyala api. Namun perlu di ketahui bahwa minyak jenis
seperti itu sangatlah terbatas jumlahnya, sehingga bahan bakar yang demikian itu
sangat mahal harganya di pasaran, maka sebagian orang tidak lagi menggunakan
bahan bakar yang semacam itu karena dianggap kurang ekonomis. Untulk
menanggulangi hal itu, maka sekarang ini banyak di produksi jenis minyak
tersebut dengan jalan peragian (arsenium), misalnya tetes tebu, ketela pohon,
kentang dan sebagainya.
Bahan bakar jenis ini banyak di gunakan untuk bahan pembuatan alkohol.
Walaupun pembuatanya menggunakan fasilitas yang relatif lebih murah, namun
produksinya sangat rendah, sehingga kurang memadai apabila di bandingkasn
dengan jumlah penggunanya. Bahan bakar yang di hasilkan dengan jalan seperti
di atas sering di sebut sebagai bahan bakar alkohol dan spiritus.
2. Bahan bakar mineral
Bahan bakar minyak mineral ini di dapatn dari tambang sehingga sering
juga di sebut sebagai minyak bumi ataun minyak mineral atau juga minyak
tambang. Bahan bakar mineral ini sangat penting artinya bagi kehidupan manusia,
karena dunia memerlukanya begitu banyak sehingga manusia mencari di mana-
mana. Adanya kebutuhan yang banyak itu maka eksploitasi terhadap minyak bumi
dilakukan secara besar-besaran. Keadaan yang seperti itu, dikhawatirkan akan
memacu terjadinya kelangkaan minyak dunia. Teknologi modern tentang
pengolahan minyak telah ditemukan dengan cara melakukan penyulingan
terhadap minyak bumi. Proses dimulai dengan memasukkan saluran pipa ke dalam
sumur galian yang di dalamnya mengandung minyak, gas dan air. Pipa tersebut
kemudian di hubungkan dengan menara destilasi, yang mana di dalam menara itu
minyak mentah dan gas alam akan di proses dengan temperatur yang tinggi agar
mencair dan dapat dipisahkan menjadi jenis bahan bakar yang berbeda-beda.
18
E. Syarat Bahan Bakar dalam Pemakaian
Ada beberapa tipe bahan bakar dan pelumas yang digunakan pada
kendaraan bermotor. Beberapa diantaranya berisi racun dan zat kimia yang mudah
terbakar dan ini harus di tangani dengan hati–hati. Penggunaan tipe bahan bakar
atau pelumas disesuaikan dengan karaktristik terhadap kebutuhan, agar tidak
terjadi kesalahan yang menyebabkan kerusakan pada mesin pembangkit tenaga.
Pemakaian bahan bakar yang tidak sesuai dengan karakter mesin mungkin dapat
menyebabkan kerusakan pada sistem kerja mesin maupun efek yang lain, yaitu
berupa polusi lingkungan. Oleh karena itu sangatlah penting bagi kita untuk
mengetahui perbedaan tipe karakteristik pelumas dan bahan bakar, beserta cara
penangananya yang benar. Sampai saat ini bahan bakar yang biasa di gunakan
pada mobil dan sebagian kendaraan bermotor adalah bensin dan solar (Diesel),
dan beberapa negara ada yang menggunakan alkohol, LPG dan bahan bakar
lainya. Namun demikian secara garis besar penjelasan dan penggunaan tentang
bahan bakar yang ada dipasaran umum, yaitu berupa bensin dan solar (Diesel).
1. Bahan bakar bensin
Bensin mengandung hidro karbon hasil sulingan dari produksi minyak
mentah. Bensin mengandung gas yang mudah terbakar, umumnya bahan bakar ini
di pergunakan untuk mesin dengan pengapian busi. Sifat yang di miliki bensin
antara lain : (1) Mudah menguap pada temperatur normal, (2) Tidak berwarna,
tembus pandang dan berbau, (3) Titik nyala rendah (-10° sampai -15°C), (4) Berat
jenis rendah (0,60 s/d 0,78), (5) Dapat melarutkan oli dan karet, (6) Menghasilkan
jumlah panas yang besar (9,500 s/d 10,500 kcal/kg), dan (7) Setelah di bakar
sedikit meninggalkan karbon.
Adapun syarat–syarat bensin yang baik dan memberikan kerja mesin yang
lembut, yaitu : (1) Mudah terbakar, artinya mampu tercipta pembakaran serentak
di dalam ruang bakar dengan sedikit knocking atau dentuman, (2) Mudah
menguap, artinya bensin harus mampu membentuk uap dengan mudah untuk
memberikan campuran udara dengan bahan bakar yang tepat saat menghidupkan
mesin yang masih dingin, (3) Tidak beroksidasi dan bersifat pembersih, artinya
19
sedikit perubahan kualitas dan perubahan bentuk selama di simpan. Selain itu juga
bensin harus mencegah pengendapan pada sistem intake, (4) Angka octane, adalah
suatu angka untuk mengukur bahan bakar bensin terhadap daya anti knock
characteristic. Bensin dengan nilai oktan yang tinggi akan tahan terhadap
timbulnya engine knocking.
2. Bahan bakar Diesel
Bahan bakar Diesel biasa juga di sebut debgan light oil atau solar, yaitu
suatu campuran dari hidro karbon yang telah di destilase setelah bensin dan
minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 200°C sampai 340°C. Bahan
bakar jenis ini atau biasa disebut sebagai bahan bakar solar sebagian besar di
gunakan untuk menggerakkan mesin Diesel. Bahan bakar Diesel mempunyai sifat
utama sebagai berikut : (1) Tidak berwarna atau sedikit kekuning-kuningan dan
berbau, (2) Encer dan tidak menguap di bawah temperatur normal, (3) Titik nyala
tinggi (40°C sampai 100°C), (4) Terbakar spontan pada 350°C, sedikit di bawah
bensin, (5) Berat jenis 0,82 s/d 0,86, (6) Menimbulkan panas yang besar (10,500
kcal/kg), dan (7) Mempunyai kandungan sulfur yang lebih besar di banding
dengan bensin.
Syarat–syarat pengunaan solar sebagai bahan bakar harus memperhatikan
kualitas solar, antara lain adalah sebagai berikut: (1) Mudah terbakar, artinya
waktu tertundanya pembakaran harus pendek/singkat, sehingga mesin mudah di
hidupkan. Solar harus memungkinkan kerja mesin yang lembut dengan sedikit
knocking, (2) Tetap encer pada suhu dingin (tidak mudah membeku), menunjukan
Solar harus tetap cair pada suhu rendah sehingga mesin akan mudah di hidupkan
dan berputar lembut, (3) Daya pelumasan, artinya Solar juga berfungsi sebagai
pelumas untuk pompa injeksi dan nossel. Oleh karena itu harus mempunyai sifat
dan daya lumas yang baik, (4) Kekentalan, berkait dengan syarat melumas dalam
arti Solar harus memiliki kekentalan yang baik sehingga mudah untuk dapat di
semprotkan oleh injektor, (5) Kandungan sulfur, karakteristik Sulfuir yang dapat
merusak pemakaian komponen mesin sehingga mempersyaratkan kandungan
sulfur solar harus sekecil mungkin (< 1 %), dan (6) Angka cetane, Yaitu suatu
20
cara untuk mengontrol bahan bakar solar dalam kemampuan untuk mencegah
terjadinya knocking, tingkat yang lebih besar memiliki kemampuan yang lebih
baik.
Ringkasan simpulan.
Berdasar uraian di atas dapat di ambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Bahan bakar adalah bahan–bahan yang diperlukan untuk pembakaran
2. Bahan bakar yang di pakai di masyarakat beraneka macam, maka harus pandai
memilih bahan bakar yang baik dan tepat untuk proses pembakaran.
3. Bahan bakar yang sering di pakai adalah bensin, solar dan minyak tanah.
Untuk mengetahui bensin yang baik dengan melihat angka octan-nya, sedang
solar yang baik dapat di lihat dari angka cetan-nya.
21
BAB II.
HAKEKAT BAHAN BAKAR Komposisi bahan bakar, hingga saat ini bahan bakar cair merupakan
bahan bakar yang banyak digunakan, mengingat segi keuntungan yang ada untuk keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Komposisi bahan bakar dapat dikenali dengan Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon.
Sifat-sifat bahan bakar, pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi, karaterisik ini menentukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar tersebut. Tara kalor mikanik, tujuan pembakaran bahan bakar untuk memperoleh energi yang disebut energi panas (heat energy), yang dapat diubah menjadi bentuk energy mechanich. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar harus diperhatikan, karena pembakaran yang kurang sempurna mengandung gas-gas beracun dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungan.
DESKRIPSI: Materi dalam bab II. akan dipelajari tentang: (1) Komposisi bahan bakar,
(2) Sifat-sifat dan karakteristik bahan bakar, dan (3) Tara kalor mikanik. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat mengetahui: (1) Komposisi struktur bahan bakar, (2) Sifat-sifat bahan bakar yang digunakan dalam kehidupan, dan (3) Kesetaraan energi dalam tara kalor mekanik.
22
BAB II. HAKEKAT BAHAN BAKAR
Pendahuluan
Bahan bakar adalah bahan-bahan yang digunakan dalam proses
pembakaran. Jika ditinjau menurut asalnya, bahan bakar digolongkan menjadi tiga
golongan, yaitu bahan bakar nabati, bahan bakar mineral dan bahan bakar fosil.
Sedangkan ditinjau menurut bentuknya, maka bahan bakar dapat dibagi menjadi
tiga kelompok yaitu bahan bakar berbentuk padat, cair dan gas.
Hingga saat ini bahan bakar cairlah yang merupakan bahan bakar yang
banyak dipergunakan diseluruh dunia. Hal ini mengingat banyak segi keuntungan
yang ada bahan bakar mineral cair ini sebagian besar dipergunakan untuk
keperluan-keperluan pada motor bakar pembakaran dalam (Internal Combustion
Engine)
Pada setiap bahan bakar mempunyai karateristik dan nilai pembakaran
yang berbeda-beda. Karaterisik inilah yang akan menentukan sifat-sifat dalam
proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat
disempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia kedalam bahan bakar
tersebut.
Adapun tujuan dari pembakaran bahan bakar adalah untuk memperoleh
energi yang disebut energi panas. Sisa-sisa hasil pembakaran bahan bakar didalam
motor bakar harus diperhatikan. Oleh karena itu sisa dari pembakaran yang
kurang sempurna akan dapat berpengaruh negatip terhadap lingkungannya. Sisa
pembakaran yang kurang sempurna akan mengandung gas-gas beracun, yang
terutama ditimbulkan oleh pembakaran pada motor bensin.
A. Karakteristik Minyak
Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntungan, baik
ditinjau dari segi teknik maupun segi ekonomi. Keuntungan bahan bakar minyak
dibanding dengan bahan bakar yang lain terutama disebabkan karena berbagai
sifat fisika yang ada pada minyak tersebut. Adapun sifat-sifat minyak yang
menguntungkan antara lain :
23
1. Sifat cair bahan bakar minyak
Sifat ini ditinjau dari segi teknik sangat menguntungkan, yaitu cairan
mudah sekali mengalir dan mudah sekali menyesuaikan dengan tempat
penampungan. Cairan mudah sekali ditransportasikan dengan memompakannya
melalui pipa sehingga mengalir sendiri, mudah disimpan dalam bentuk tangki
yang bagaimanapun. Misalnya saja pada pengilangan minyak, transportasi dengan
kapal tangker yang relatif lebih praktis dan tidak memakan tempat. Sifat mengalir
sendiri tidak memerlukann peralatan pembantu yang rumit dan perawatan yang
relatif murah dibanding dengan bahan bakar padat. Jadi dengan sifat cair bahan
bakar minyak cenderung lebih praktis dalam pemakaian.
2. Bahan bakar minyak mempunyai nilai kalor tinggi
Bahan bakar minyak memiliki kalor yang tinggi dibandingkan bahan bakar
yang lain dalam jumlah kg yang sama. Misalnya 1 kg solar akan menghasilkan
kalori yang lebih tinggi dari pada 1 kg batu bara atau kayu.
Tabel 1 Nilai kalor macam-macam bahan bakar (RP. Koesoemadinata : 1980)
Bahan bakar Kalori / gram
Kayu 3.990 – 4.420
Arang kayu 7.260
Batu bara muda / lignit 3.328 – 3.339
Batu bara subbitumina 5.289 – 5.862
Batu bara bitumina 5.650 – 8.200
Lemak hewan 9.500
Minyak nabati 9.300 – 9.500
Alkohol 6.456
Aspal 5.295
Minyak mentah 10.419 – 10.839
Minyak bunker 10.283 – 10.764
Solar 10.667
Minyak tanah 11.006
Bensin 11.528
24
Besarnya nilai kalor yang dihasilkan pada bahan bakar dapat dilihat pada tabel
berikut di atas tersebut.
3. Minyak menghasilkan beberapa macam bahan bakar
Berdasar minyak mentah hasil pengeboran dapat diperoleh berbagai
macam fraksi destilasi yang merupakan bahan bakar untuk keperluan bermacam-
macam mesin pula. Hal ini sangat menguntungkan dalam perancangan model
mesin termasuk sistem bahan bakarnya, sehingga kebutuhan bahan bakar dapat
disesuaikan dengan masing-masing jenis mesin tersebut. Misalnya saja hasil dari
penambangan explorasi yang dipisahkan dengan penyulingan diperoleh sejumlah
fraksi-fraksi yaitu : fraksi 1 Petroleum eter, fraksi ke 2 Gasoline, fraksi ke 3
Kerosine, fraksi ke 4 Parafine cair, Petroleum dan Parafine padat, dan fraksi
terakhir residu.
4. Minyak mineral dapat menghasilkan macam-macam pelumas
Perlu diketahui bahwa hasil dari penambangan minyak mineral dapat juga
diperoleh berbagai minyak pelumas, yang memungkinkan pembuatan macam-
macam jenis pelumas mesin, misalnya : pelumas motor bensin, pelumas motor
diesel, pelumas veresneliing, pelumas gardan, pelumas pesawat dan macam-
macam pelumas sebagai pencampur bahan bakar pada motor bakar.
5. Minyak pelumas dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemicals.
Minyak dapat pula sebagai bahan petrokimia, yaitu bahan sintetis dalam
pembuatan barang seperti bahan plastik, tekstil, dan lainya. Plastik sebagai alat
pembungkus telah memegang peranan dalam kehidupan, praktis penggunaannya
dan relatif lebih murah. Tekstil seperti nylon dan sebagainya dibuat dari bahan
minyak mineral juga. Selain itu juga pipa-pipa dan bejana banyak yang terbuat
dari plastik, bukan lagi dari besi.
B. Sifat Fisika Minyak Mineral
Seperti halnya zat cair, kuantitas bahan bakar minyak diukur berdasarkan
volumenya. Adapun ukuran yang dipakai di Indonesia adalah M3 atau juga Ton,
sedangkan pada perdagangan international digunakan satuan Barrel yang besarnya
kira-kira 159 liter.
25
1. Berat Jenis
Berat jenis merupakan sifat minyak yang penting yang memiliki nilai
dalam perdagangan. Berat jenis disebut juga grafitasi jenis atau specific grafity,
adalah suatu perbandingan berat dari bahan bakar minyak dengan berat dari air
dalam volume yang sama, dengan suhu yang sama pula (600 F). Bahan bakar
minyak pada umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 – 0,96 dengan kata lain
minyak lebih ringan dari pada air.
Dalam perdagangan international, berat jenis dinyatakan dalam API
Grafity atau derajat API (American Petroleum Institute)
5,1315,141060
60
0 −=Fberatjenis
API
Api menunjukan kualitas dari minyak tersebut, makin kecil berat jenis atau
makin tinggi derajat API berarti makin baik pula kualitasnya, karena lebih banyak
mengandung bensin. Sebaliknya jika semakin rendah derajat API maka mutu
minyak tersebut kurang baik karena banyak mengandung lilin/aspal residu. Selain
derajat API dapat juga dipakai derajat Baume.
130140060
60
0 −=Fberatjenis
Baume
Tabel 2 Konversi Berat Jenis, 0API dan 0Baume
Berat jenis 0 Baume 0 API
1,0000 10,0 10,0
0,9655 15,0 15,1
0,9333 20,0 20,1
0,9032 25,0 25,2
0,8750 30,0 30,2
0,8485 35,0 35,3
0,8235 40,0 40,3
0,8000 45,0 45,4
0,7778 50,0 50,4
26
Pada tabel berikut di atas dapat dilihat dengan jelas konversi dari berat jenis, 0API
dan 0Baume pada suhu 600 F.
2. Viskositas
Viskositas adalah suatu ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk
mengalir atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair.
Satuan viskositas adalah centi poise. Pada umumnya makin tinggi derajat API,
makin kecil viskositasnya, begitu pula sebaliknya. Cara mengukur viskositas
dengan jalan menghitung lama waktu mengalirnya suatu minyak yang banyaknya
telah ditentukan melalui lubang viskometer.
Viskositas/kekentalan sangat penting artinya bagi penggunaan bahan bakar
minyak untuk motor bakar maupun mesin industri, karena akan berpengaruh
terhadap bentuk dan tipe mesin yang menggunakan bahan bakar tersebut.
3. Nilai Kalori
Nilai kalori bahan bakar minyak adalah jumlah panas yang ditimbulkan
oleh suatu gram bahan bakar tersebut dengan meningkatkan temperatur 1 gr air
dari 3,50 C – 4,50 C, dengan satuan kalori (RP. Koesoemadinata : 1980). Dengan
kata lain nilai kalor adalah besarnya panas yang diperoleh dari pembakaran suatu
jumlah tertentu bahan bakar di dalam zat asam. Makin tinggi berat jenis minyak
bakar, makin rendah nilai kalori yang diperolehnya. Misalnya bahan bakar minyak
dengan berat jenis 0,75 atau grafitasi API 70,6 mempunyai nilai kalori 11.700
kal/gr.
4. Titik Tuang
Titik tuang suatu minyak adalah suhu terendah minyak yang keadaanya
masih dapat mengalir karena berat sendiri. Titik tuang diperlukan sehubungan
dengan kondisi dari pengilangan dan pemakaian dari minyak tersebut, sehingga
diharapkan minyak masih dapat dipompakan atau mengalir pada suhu yang berada
di bawah titik tuang.
27
5. Titik Didih
Titik didih minyak berbeda-beda sesuai dengan grafitasinya. Untuk
wilayah dengan grafitasi API-nya rendah, maka titik didihnya tinggi karena
mempunyai berat jenis yang tinggi. Sedangkan untuk grafitasi API-nya tinggi
maka titik didihnya rendah.
6. Titik Nyala
Titik nyala adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat
menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar
minyak tersebut dipercikan api. Pada bahan bakar minyak dengan grafitasi API
tinggi maka titik didihnya rendah, sehingga titik nyalanya juga rendah artinya
bahan bakar minyak tersebut akan mudah terbakar, demikian juga sebaliknya.
7. Kadar Abu
Kadar abu adalah sisa-sisa bahan bakar minyak yang ketinggalan setelah
semua bagian yang dapat terbakar dalam proses pembakaran minyak terbakar
habis. Berdasar kadar abu ini dapat diperkirakan banyaknya logam-logam yang
terkandung dalam minyak maupun elemen-elemen yang ada.
8. Air dan Endapan
Air dan endapan yang dipersyaratkan dalam minyak tidak boleh lebih dari
0,5 %. Air yang banyak terkandung pada minyak bakar dapat menyebabkan
pembakaran tidak sempurna, sedangkan endapan pada minyak akan dapat
memperbanyak jumlah gas sisa pembakaran dan abu.
9. Warna
Warna pada bahan bakar minyak berhubungan dengan berat jenisnya.
Untuk berat jenis tinggi, warnanya hijau kehitam-hitaman dan untuk berat jenis
rendah warnanya coklat kehitam-hitaman. Warna ini disebabkan adanya berbagai
kotoran dan endapan, misalnya senyawa Hidrokarbon yang disertai ikatan
berbagai jenis unsur-unsur logam ataupun yang lainnya.
28
10. Bau
Bahan bakar minyak ada yang berbau sedap dan tidak sedap. Hal ini
dipengaruhi oleh molekul aromat. Bahan bakar minyak yang berasal dari
Indonesia biasanya berbau tidak sedap karena mengandung senyawa Nitrogen
atau Belerang dan juga H2S.
C. Komposisi Bahan Bakar Minyak Mineral
Umumnya bahan bakar minyak atau hampir seluruhnya merupakan ikatan
Hidrokarbon, yang terdiri dari unsur Carbon (C), dan Hidrogen(H) yang
tergabung sebagai senyawa hidrokarbon. Jadi hal ini C dan H merupakan unsur
yang pokok didalam bahan bakar minyak mineral. Di samping unsur C dan H
didalamnya terdapat juga unsur-unsur lain seperti Sulfur (S), Nitrogen (N),
Oksigen (O) dan logam - logam dalam jumlah kecil. Komposisi dari pada minyak
yang telah dihilangkan air dan garamnya adalah terdiri dari unsur mayor Carbon
(C) 83–87 % dan impuritis 0-5% Nitrogen (N) 0-1% dan Oksigen (O2) 0-1%.
Adapun senyawa–senyawa Hidrokarbon yang terdapat di dalam minyak
dapat berbentuk:
1. Senyawa Hidro karbon parafinik (Cn H2n+2), yang jenis minyak ini Hidro
karbon mempunyai rumus gabungan berbentuk lurus dan dapat bercabang.
2. Senyawa Hidrokarbon Naftenik atau Naphta (Cn H2n ) minyak jenis ini disebut
juga siklo parafin, yang ikatan Hidrokarbonya yang mempunyai rumus bangun
membentuk suatu rangkaian tertutup atau siklus.
3. Senyawa Hidrokarbon aromatik, jenis ini rumus bangun dari ikatan
Hidrokarbonnya merupakan ikatan tertutup dari benzena bersama dengan
derivatif-derevatifnya.
Selain ketiga bentuk senyawa hidrokarbon tersebut di dalam produk bahan
bakar minyak masih terdapat juga senyawa yang lain yaitu senyawa Hidrokarbon
olifin (Cn H2n ) dan juga senyawa hidrokarbon diolifin (Cn H2n-2 ). Ikatan-ikatan ini
dikenal dengan ikatan hidrokarbon tidak jenuh, dimana secara alamiah tidak ada
pada minyak mentah. Di samping adanya penggolongan jenis bahan bakar
minyak, yaitu minyak mineral dan yang lain, masih memiliki sifat-sifat yang
29
khusus. Sifat-sifat ini bergantung dari lokasi tempat di perolehnya bahan bakar
minyak tersebut. Hal inilah yang kadang-kadang menyulitkan dalam menentukan
sifat fisika maupun sifat-sifat kimianya.
D. Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon.
Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling
sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C (satu) sampai molekul yang
beratom C (empat) adalah memiliki nama yang khusus (CnH2n+2):
Untuk n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4
n = 2, dinamakan etana dan rumus amolekulnya C2H6
n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8
n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C6H10
Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C (lima)
yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan dengan menggunakan
bilangan Yunani. Kadang-kadang penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberi
nama sebagai derivatif dari metana, dimana hidrogen disubstitusi dengan gugusan
alkali. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut:
Nama pentana, n = 5 untuk atom C
H H H H H ! ! ! ! ! H- C – C – C – C – C - H ! ! ! ! ! H H H H H Isomer dengan pentana H H H H H ! ! ! ! H C H H- C - C – C – C – H H ! H ! ! ! ! H C – C – C H H HCH H H H ! H H H C H H
Iso pentana 2 metil butana neo pentana 2, 2 dimetil
Dimetil etil metana propana tetra metil metana
30
Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan
lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari
deret tersebut yang masing-masng mempunyai sifat fisika dan kimia sama disebut
deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) atom C primer, yaitu atom
carbon tersebut hanya mengikat satu carbon lainnya, (2) atom C sekunder, yaitu
atom carbon yang mengikat dua atom carbon lainnya, (3) atom C tertier, yaitu
atom carbon yang mengikat tiga atom carbon lainnya, dan (4) atom C kwartener,
yaitu atom Carbon yang mengikat empat atom carbon lainnya.
Contoh. C C 1 = atom C primer 4 ! ! 2 = atom C sekunder C -C – C - C – C – C 3 = atom C tertier ! 3 2 1 4 = atom C kwartener C
Apabila suatu hidrocarbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen maka
membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian
biasa dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah:
CH3 – disebut gugus metil
CH3 – CH2 disebut gugus etil
CH3 – CH2 – CH2 disebut gugus n- propil
CH3
CH-
CH3
CH3 – CH2 – CH2 - CH2 adalah gugus n – butil
CH3 – CH2-CH – CH3 adalah gugus sekunder butil CH3 – CH- CH – adalah gugus isbutil ! CH3
CH3 ! CH3- C - adalah gugus tertier butil ! CH3
31
Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkali tersebut biasanya ditulis
dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.
E. Tara Kalor Mekanik
Tara kalor mekanik adalah suatu panas sejumlah 1 kilo kalori setara
dengan usaha sebesar 427 kgm, artinya untuk mengangkat beban seberat 427 kg
dengan jarak lintasan 1 m, atau 1 kg beban sejauh 427 m diperlukan energy
sebanyak 1 kilo kalori, dapat dikatakan bahwa 1 kkal sama dengan 427 kgm. Hal
ini deapat diketahui bahwa:
Usaha = Gaya x Jarak , dalam hal ini Usaha (Joule), Gaya (Newton atau
kgm /s2 ) dan Jarak (meter).
a. Bahan bakar bensin
Bensin merupakan bahan bakar motor, hasil dari pemurnian minyak kasar,
bensin mempunyai Bj 0,7 dan nilai pembakarannya=10.000 kkal, artinya bila 1 kg
bensin dibakar dengan sempurna menghasilkan kurang lebih 10.000 kilo kalori,
jadi (10.000 x 427) kgm = 4.270.000 kgm. Aplikasi, karena bahan bakar ini
menyala pada suhu yang rendah maka kompresi yang diijinkan pada motor bensin
adalah terbatas yaitu antara (4 -5) atmosfir.
b. Bahan bakar gas
Menurut asalnya bahan bakar gas dapat dibedakan menjadi: (1) Gas dari
sumber minyak. Bahan bakar ini sering disebut pula dengan gas bumi dan
mempunyai nilai pembakaran 6500 kkal. Bahan bakar ini baik sekali digunakan
untuk bahan bakar gas. Maka konversinya (6500 x 427) kgm = 2.775.500 kgm.
(2) Gas air, Gas air adalah campuran dari monoksid arang (CO), dioksid arang
(CO2) dan zat air (H2) untuk membuat gas air ini digunakan uap air yang dialirkan
melalui kokas yang menyala pada suhu 1200o C – 1600o C dan mempunyai nilai
pembakaran 2000 - 2200 kkal. Jadi nilai pembakaran gas air tersebut setara
dengan (2000 x 427) kgm = 954.000 kgm dan atau sama dengan (2200 x 427)
kgm = 939.400 kgm.
32
c. Gas generator.
Gas ini dapat diperoleh dari pembakaran kokas di dalam dapur generator.
Hasil dari gas generator ini adalah sangat panas dan mempunyai nilai pembakaran
700-1000 kkal. Jadi nilai kalori dari pembakarannya, apabila disetarakan menjadi
(700 x 427) kgm = 298.900 kgm, dan atau (1000 x 427) kgm = 427.000 kgm. Gas
generator kebanyakan dipakai untuk pemggerak turbin gas.
Ringkasan/simpulan Penggunaan minyak sebagai bahan bakar memiliki beberapa keuntumgan,
baik ditinjau dari segi teknik maupun dari segi ekonomi. Setiap bahan bakar mempunyai karakteristik dan nilai pembakaran yang berbeda-beda. Karakteristik tersebut mementukan sifat-sifat dalam proses pembakaran, di mana sifat yang kurang menguntungkan dapat disempurnakan dengan jalan menambahkan bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut.
Adapun sifat-sifat yang menguntungkan antara lain adalah: (1) sifat cair sehingga di dalam pemakaian lebih praktis, (2) mempunyai nilai kalor tinggi dibandingkan dengan bahan bakar yang lain dalam jumlah kilogram yang sama, (3) dapat menghasilkan beberapa macam bahan bakar , dan (4) dapat berfungsi sebagai bahan baku petrochemical.
Sifat-sifat fisika bahan bakar minyak antara lain: (1) Berat jenis, bahan bakar minyak umumnya mempunyai berat jenis antara 0,82 sampai 0,96. Dunia perdagangan terutama yang dikuasai oleh perusahaan Amerika, dinyatakan dalam API (American Petroleum Institute), (2) Viskositas, adalah ukuran dari besar perlawanan zat cair untuk mengalir, atau ukuran dari besarnya tahanan geser dalam dari suatu bahan cair, (3) Nilai kalori, yang dimaksud dengan niali kalori adalah jumlah panas yang ditimbulkan oleh pembakaran satu gram bahan bakar minyak tersebut untuk meningkatkan temperatur (3,50 s/d 4,50) Celcius pada satu gram air dan satuannya adalah kalori, (4) Titik tuang, titik tuang adalah suhu terendah minyak yang kadarnya masih dapat mengalir karena berat sendiri, (5) Titik didih, minyak dengan gravitas API rendah maka titik didihnya tinggi, sedang untuk gravitas tinggi maka titik didihnya rendah, (6) Titik nyala, flash point adalah suhu terendah dari bahan bakar minyak yang dapat menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar minyak tersebut
33
dipercikan api, (7) Kadar abu, adalah sisa-sisa pembakaran yang ditinggalkan setelah semua bagian yang dapat terbakar dalam minyak terbakar habis, kadar abu tidak boleh lebih (0,05 %) dari beratnya, (8) Air dan endapan yang terdapat dalam bahan bakar minyak adalah sangat sedikit yang dipersyaratkan tidak boleh lebih (0,5 %) dari beratnya, (9) Warna, bahan bakar minyak mempunyai macam-macam warna yaitu hitam dan ada kalanya justru tidak berwarna atau netral, (10) Bau, ada yang berbau sedap dan tak sedap (Indonesia) karena mengandung senyawa nitrogen ataupun belerang (sulphur), dan juga disebabkan adanya H2S. Pada umumnya bahan bakar minyak merupakan ikatan hidrokarbon yang terdiri dari unsur karbon dan hidrogen. Di samping unsur C dan H juga terdapat unsur–unsur lain seperti sulfur (S), nitrogen (N2), oksigen (O2) dan logam-logam lain dalam jumlah yang kecil. Adapun senyawa-senyawa hidrokarbon dalam minyak dapat berbentuk: (1) senyawa hidrokarbon parafinik (Cn H2n +2 ), (2) senyawa hidrokarbon naftenik atau naphta ( Cn H2n ), (3) senyawa hidrokarbon aromatik. Memiliki tara kalor mekanik, yaitu bahwa dalam 1 kilo kalori mempuyai kesetaraan 427 kgm (bahwa usaha sama dengan gaya kali jarak).
34
BAB III.
ENERGI DAN PEMBAKARAN
Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas (heat energy). Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran. Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Untuk memahami energi dan pembakaran harus diketahui pengertian pembakaran beserta unsur yang terkandung dalam bahan bakar dan kebutuhan udara dalam pembakaran dengan proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.
DESKRIPSI:
Materi dalam bab III. akan dipelajari tentang peri hal: (1) Pengertian Pembakaran, (2) Unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Udara, (4) Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Tujuan instruksional khusus, setelah mempelajari materi pada bab 1I. mahasiswa dapat: (1) Menyebutkan dasar pengertian tentang pembakaran, (2) Mengetahui unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar, (3) Mengetahui tentang Udara pembakar, (4) Menghitung Kebutuhan udara dalam pembakaran, dan (5) Menganalisa proses pembakaran dengan analisa massa dan analisa volume.
35
BAB III. ENERGI DAN PEMBAKARAN
Pengertian Pembakaran
Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan
bakar dengan zat asam yang kemudian menghasilkan panas dan disebut heat
energy. Oleh karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam
dan suhu yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran.
Pembakaran dapat berlangsung secara sempurna namun dapat juga
berlangsung secara tidak sempurna. Hal ini tergantung dari unsur-unsur yang
terkandung pada bahan bakar tersebut dan proses pembakarannya. Apabila pada
bahan bakar tidak mengandung unsur-unsur yang tidak dapat terbakar maka
pembakaran akan berlangsung sempurna, sehingga hasil pembakaran berupa gas
bekas pembakaran yang tidak berbahaya bagi kehidupan dan lingkungannya.
Akan tetapi apabila pada bahan bakar tersebut mengandung unsur-unsur yang
tidak terbakar, maka akan tersisa yang berakibat sisa-sisa pembakaran tersebut
dapat menimbulkan gas yang berbahaya (beracun) bagi kesehatan dan lingkungan.
Untuk mendapatkan pembakaran yang sempurna dilakukan usaha-usaha sebagai
berikut: (1) Diusahakan dengan membuat ruang pembakaran sedemikian rupa
sehingga tidak terdapat ruangan atau sudut-sudut mati yang disebut ruang rugi, (2)
Pemasukan bahan bakar dalam silinder (untuk pembakaran dalam) diusahakan
dalam bentuk kabut yang sangat halus sehingga bahan bakar dapat kontak lebih
sempurna dengan udara pembakaran, (3) Diusahakan pencampuran yang baik
(homogen) antara bahan bakar dengan udara sehingga pembakaran dapat ber-
langsung dengan cepat, dan (4) Memberikan jumlah udara lebih dari jumlah
kebutuhan minimal sehingga setiap bagian bahan bakar mendapat cukup udara
36
untuk dapat membakar dalam waktu yang cepat, dan (5) Mempertinggi kecepatan
pembakaran yaitu memperpendek waktu pembakaran. Misalnya, untuk motor
diesel kurang dari 0,1 detik dan untuk motor bensin kurang dari 0,005detik, dan
untuk pembakaran pada ketel uap (external combustion) dengan cara memberikan
hembusan-hembusan udara pembakar melalui pemancar-pemancarnya.
Unsur yang terkandung dalam bahan bakar.
Kebanyakan bahan bakar terdiri atas hidrogen (H2) dan karbon (C) baik
bahan bakar tersebut berbentuk padat (misalnya arang, batu bara), cair (misalnya
minyak tanah, premium, solar) atau gas (misal gas bumi, bio gas). Bahan bakar
berbentuk padat adalah sisa-sisa endapan tanaman dari zaman geologi yang silam.
Komponen-komponennya yang dapat terbakar terutama adalah karbon (C),
hidrogen (H2) dan sebagian kecil zat belerang (S). Akan tetapi kadang kala
terdapat komponen yang tidak dapat terbakar berupa nitrogen (N), air (H2O) dan
abu (As).
Bahan bakar cair merupakan campuran yang komplit dari sejumlah
hidrokarbon, yang terdiri dari unsur karbon (C), dan hidrogen (H2). Kebanyakan
bahan bakar cair adalah campuran hidrokarbon yang diperoleh dari minyak
mentah melalui proses destilasi (penyulingan), dan pemecahan (cracking). Hasil
yang diperoleh dapat berupa bensin, premium, kerosin, solar, minyak diesel, dan
bahan bakar lain. Perbedaan antara jenis-jenis bahan bakar ini dapat dilihat dari
kurva destikasi. Kurva destilasi diperoleh dengan memanaskan perlahan-lahan
sejumlah bahan bakar hingga menguap, kemudian mengembangkannya dan
memisahkan uap yang tertinggal. Penyulingan yang dilakukan pada minyak
mentah dapat menghasilkan berbagai kualitas minyak terhadap pembakaran
maupun energi yang dihasilkan oleh pembakaran minyak tersebut. Hal ini
37
dilakukan agar dalam pemakaian disesuaikan terhadap karakteristik peralatan
yang digunakan dengan kepentingan yang diharapkan.
Gambar 1: kurva destilasi untuk bahan bakar hidrokarbon
38
Gambar 2: Skema eksplorasi minyak dan alat penyulingan.
Tabel 3. Fraksi hidrokarbon hasil penyulinagn minyak bumi
Fraksi Ukuran Molekul Titik Didih (0C) Kegunaa
n
Gas
Eter petroleum
Bensin
(gasoline)
Kerosin,
minyak
diesel/solar
Minyak
pelumas
Parafin
Aspal
C1-C5
C5-C7
C5-C12
C12-C18
C16 ke atas
C20 ke atas
C25 ke atas
-160-30
30-90
30-200
180-400
350 ke atas
merupakan zat padat
dengan titik cair
rendah
residu
Bahan bakar (LPG)
Sumber hidrogen
Pelarut, binatu
kimia (dry cleaning)
Bahan bakar motor
Bahan bakar mesin
diesel
Bahan bakar
industri untuk
cracking
Pelumas
Membuat lilin dan
lain-lain
Bahan bakar dan
untuk pelapis jalan
raya.
Bahan bakar yang berbentuk gas, dapat diperoleh dari sumber-sumber gas
alam dan proses pengolahan. Beberapa jenis hidrokarbon dalam endapan minyak
39
tanah terdapat dalam bentuk gas pada tekanan atmosfer. Contoh yang umum
dijumpai adalah metana (CH4) yang dikenal sebagai gas rawa. Tetapi bahan bakar
gas yang paling banyak digunakan adalah yang diperoleh dari pemanasan batu
bara dan proses pembuatan berupa gas bio.
Proses pembakaran bahan bakar selalu menghasilkan heat energi atau
energi panas dan gas bekas yang dalam hal ini merupakan faktor/unsur-unsur
tambahan yang ada pada setiap bahan bakar. Adanya unsur yang demikian sangat
mempengaruhi panas yang dihasilkan beserta kadar abu sisa pembakaran. Panas
tersebut biasa dihitung dalam satuan kalori atau kilo kalori, yang apabila diubah
menjadi suatu bentuk usaha disebut tara kalor mekanik. Besaran kesetaraannya
adalah bahwa untuk setiap kilo kalori dapat menghasilkan usaha kilogram meter
sebesar 427 kgm, disingkat 1kkal = 427 kgm.
Adapun unsur-unsur lain yang terkandung dalam bahan bakar di dapati
sangat kecil bila dibandingkan dengan dua unsur di atas. Namun demikian dapat
menentukan proses pembakaran yang sedang berlangsung. Hal ini disebabkan
unsur-unsur tadi ada yang menguntungkan (memperbesar nilai-nilai pembakaran)
dan ada yang tidak menguntungkan (terjadi reduksi panas). Unsur-unsur yang
dimaksud adalah: (1) Sulphur (S), (2) Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4)
Air (H2o). Dengan demikian setiap 1 kg bahan bakar mengandung unsur-unsur
Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air), Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam),
Nitrogen (zat lemas) dan air.
Table 4. Unsur-unsur yang terkandung dalam bahan bakar.
Unsur-unsur dalam bahan bakar Simbol Berat atom Berat
Molekul
Carbon (zat arang)
Hydrogen (zat air)
C
H2
12
1
-
2
40
Sulphur (belerang)
Oksigen (zat asam)
Nitrogen (zat lemas)
Water (air)
Sebab
O2
N2
H2O
32
16
14
-
-
32
28
18
Udara.
Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara
terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja
tetapi juga gas lain. Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada
udara:
a. zat pembakar (zat asam) ± 21 %
b. zat lemas (nitrogen) ± 79 %
c. gas + kotoran ± 1 %
Prosentase menurut beratnya gas-gas yang terkandung dalam udara:
a. zat pembakar (zat asam) ± 23,2 %
b. zat lemas (nitrogen) ± 76,8 %
c. gas lain + kotoran ± 1 %.
Udara yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuia dengan
kebutuhan agar didapat campuran yang baik antara bahan bakar dan udara. Oleh
karena itu mengetahui kebutuhan udara dalam proses pembakaran merupakan hal
yang sangat penting.
Kebutuhan Udara dalam Bahan Bakar.
Kebutuhan udara tergantung dari unsur-unsur yang ada dalam bahan
bakar. Apabila 1 kg bahan bakar mengandung unsur C %, H %, dan S %, maka:
Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 322 kg O2 atau 11,5 kg udara
Reaksi pembakaran : C(s) + O2 (g) → CO2 (g) + panas
41
Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara
Reaksi pembakaran : 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O(l)
Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara
Reaksi Pembakaran : S(s) + O2 (g) → SO2 (g)
Jadi kebutuhan O2 untuk pembakaran bahan bakar yang mengandung C %,
H2 %, dan S % adalah = 2 ⅔ C + 8 H2 + S kg, kebutuhan O2 sebenarnya adalah
kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkandung dalam bahan bakar.
Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara adalah:
25,5 % {(2 ⅔ C + 8 H2 + S)} – O2} kg.
Kebutuhan udara untuk pembakaran adalah:
Gu = 233,01 {(2 ⅔ C + 8 H2 + S)} – O2} kg.
Atau
Gu = {(11,5 C + 3,4 H2 + 4,3 S)} – 4,3 O2} kg.
Proses Pembakaran dengan Analisa Massa dan Analisa Volume.
1. Pembakaran Hidrogen
Reaksi Pembakaran : 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2 O
Analisa massa:
Berat atom Hidrogen (H) = 1, Massa Hidrogen dalam proses 2 x 2 = 4
Berat atom Oksigen (O) = 16, Massa Oksigen dalam proses 2 x 16 =32
Massa air adalah 2 x (2 + 16) = 36, Dengan demikian dapat ditulis:
4 massa H2 direaksikan dengan 32 massa O2 menghasilkan 36 massa H2O
atau 1 massa H2 direaksikan dengan 8 massa O2 menghasilkan 9 massa H2O
Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi:
1 kg H2 + 8 kg O2 → 9 kg H2O
Kebutuhan udara untuk pembakaran 1 kg H2 adalah:
Oksigen 23,3 % untuk pembakaran 8 kg O2
42
= 233,08
= 34,5 kg Udara.
Dari 34,5 kg udara terdapat 8 kg O2 maka besarnya nitrogen adalah
= 34,5 kg – 8 = 26,5 kg N2
Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg H2 dibutuhkan 34,5 kg
udara akan menghasilkan 9 kg H2O dengan 26,5 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume:
Reaksi pembakaran : 2 H2 + O2 → 2 H2 O
Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan
perbandingan volume, maka reaksi pembakaran dapat ditulis:
1 m3 H2 + 0,5 m3 O2 → 1 m3 H2 O
Udara terdapat 21 % dari volume maka kebutuhan 0,5 O2 dibutuhkan udara
= 21,05,0
= 2,38 m3
Dengan demikian nitrogen yang dihasilkan
= 2,38 m3– 0,5 m3
= 1,88 m3 N2
Untuk pembakaran 1 m3 H2 akan menghasilkan 1 m3 H2 O, dan 1,88 m3 N2 .
2. Pembakaran Carbon
Analisa massa :
Reaksi Pembakaran : C + O2 → CO2
Berdasarkan massa: {12} + {(2 x 16)} →{12 + (2 x 16)}
Atau 1 + 2 ⅔ kg = 3 ⅔ kg CO2
Untuk 2 ⅔ kg O2 membutuhkan udara sebesar
43
= 233.0322
kg
= 11,5 kg
Besarnya nitrogen yang dihasilkan
= 11,5 – 2 ⅔
= 11,5 – 2,66
= 8,84 kg
Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 11,5 kg udara akan
menghasilkan 3,66 kg CO2 dengan 8,84 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume :
Reaksi pembakaran : C + O2 → CO2
Berdasarkan volume 1 m3 C + 1 m3 O2 → 1 m3 CO2
1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar 1 / 0,21 = 4,76 m3
Nitrogen yang dihasilkan → 4,476 – 1 = 3,76 m3
Dengan demikian untuk membakar 1 m3 C dibutuhkan 4,76 m3 udara
menghasilkan 1 m3 CO2 dan 3,76 m3 N2
3. Pembakaran Sulphur
Analisa massa
Reaksi Pembakaran : S + O2 → SO2
Berdasarkan massa {32} + {2 x 16} → {(32) + (2 x 16)}
32 + 32 → 64
1 + 1 → 2
44
Jadi 1 kg S + 1 kg O2 → 2 kg SO2
Untuk 1 kg O2 dibutuhkan udara sebanyak:
1 / 0,233 = 4,3 kg
Besarnya nitrogen = 4,3 – 1 = 3,3 kg
Dengan demikian 1 kg S + 4,3 kg udara → 2 kg SO2 + 3,3 kg N2
Dengan demikian untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 4,3 kg udara akan
menghasilkan 2 kg SO2 dengan 3,3 kg zat lemas (nitrogen)
Analisa volume
Reaksi pembakaran : S + O2 → SO2
Berdasarkan volume 1 m3 S + 1 m3 O2 → 2 m3 SO2
1 m3 O2 dibutuhkan udara sebesar
1 / 0,21 = 4,76 m3
Jumlah nitrogen yang terdapat dalam udara pembakar : 4,76 – 1 = 3,76 m3
Dengan demikian 4,76 m3 udara untuk membakar 1 m3 sulphur akan
menghasilkan 2 m3 SO2 ditambah hasil 3,76 m3 nitrogen (N2)
Ringkasan/simpulan
Pembakaran adalah persenyawaan secara kimia dari unsur-unsur bahan
bakar dengan zat asam yang menghasilkan panas dan disebut heat energy. Oleh
karena itu pada setiap pembakaran diperlukan bahan bakar, zat asam dan suhu
yang cukup tinggi untuk awal mulanya pembakaran.
Unsur-unsur yang ada dalam bahan bakar adalah: (1) Sulphur (S), (2)
Oksigen (O2), (3) Hydrogen (H2), dan (4) Air (H2o). Dengan demikian setiap 1
kg bahan bakar mengandung unsur-unsur Karbon (zat arang), Hydrogen (zat air),
Sulphur (belerang), Oksigen (zat asam), Nitrogen (zat lemas) dan air.
45
Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara
terdapat zat pembakar. Udara tidak hanya terdiri dari zat pembakar (zat asam) saja
tetapi juga gas lain.
46
BAB IV.
ANALISA PEMBAKARAN Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon berdasar konggres di
Geneva Switzerland pada tahun 1892, disebut dengan penamaan sistim Geneva. Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana, yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat atau lebih, adalah memiliki nama yang khusus. Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom di dalam molekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan diikuti oleh penyusunan kembali atom-atom tersebut dalam kombinasi molekul baru.
Pembakaran stoikiometrik adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan semua atom zat arang diubah menjadi CO2. Gas hasil pembakaran ditentukan oleh reaksi pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi.
Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi lingkungan dan kelestarian alam, karena adanya suatu bahan dalam konsentrasi ambang batas. Ada tiga komponen pokok dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu: (1) lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, (2) yang terkena dampak negatif secara langsung adalah manusianya, dan (3) di dalam lingkungan tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia.
DESKRIPSI:
Materi dalam bab IV. akan dipelajari tentang: (1) Nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) Persamaan reaksi pembakaran, (3) Emisi gas buang, dan (4) Pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mempelajari materi pada bab 1V. ini maka mahasiswa dapat: (1) mengetahui komposisi struktur bahan bakar dengan nomenklatur senyawa hidrokarbon, (2) memahami persamaan reaksi pembakaran, (3) menyebutkan emisi gas buang, dan (4) mengetahui pengaruh emisi gas buang bagi lingkungan.
47
BAB IV. ANALISA PEMBAKARAN
Nomenklatur Senyawa Hidrokarbon
Nomenklatur atau penamaan senyawa hidrokarbon yang biasa dipakai
dalam komposisi kimia berdasar pada hasil kongres di Geneva Switzerland pada
tahun 1892, sehingga hal ini terkenal disebut dengan penamaan sistim Geneva.
Nomenklatur senyawa hidrokarbon dimulai dari molekul yang paling sederhana,
yaitu senyawa hidrokarbon beratom C satu sampai molekul yang beratom C empat
adalah memiliki nama yang khusus:
Untuk n = 1, dinamakan metana dan rumus molekulnya CH4
n = 2, dinamakan etana dan rumus molekulnya C2H6
n = 3, dinamakan propana dan rumus molekulnya C3H8
n = 4, dinamakan butana dan rumus molekulnya C4H10
Kemudian selanjutnya, mulai senyawa hidrokarbon yang beratom C lima,
yaitu disebut alkana sampai dengan berikutnya penamaan menggunakan bilangan
yunani (bilangan latin) dengan menambahkan akhiran “ana” misalnya yang
beratom C enam disebut heksana (C6H14) dan seterusnya. Kadang-kadang
penamaan untuk hidrokarbon bercabang diberinama sebagai derivatif dari metana,
dimana hidrogen disubtitusi dengan gugusan alkil. Sebagai contoh dapat dilihat
pada rumus senyawa hidrokarbon dengan atom C adalah lima (pentana ) dengan
rumus: C5H12. Adapun rumus strukturnya adalah sebagai berikut:
Nama pentana, n = 5 untuk atom C.
H H H H H
I I I I I
H---- C ----- C ----- C ------ C ----- C ----- H
I I I I
I
H H H H H
Isomer dengan pentana
48
H H H H
H
I I I I
H C H
H --- C ------ C ------C ----- C ----- H H I H
I I I I
H C --- C --- C H
H HCH H H
H I H H
H C H
H
Iso pentana Neo
pentana
2 metil butana 2, 2
dimetil propana
dimetil etil metana tetra metil
metana
Apabila diperhatikan dari anggota deret metana, rumus satu dengan
lainnya, membentuk suatu deret yang masing-masing berbeda dengan CH2, dari
deret tersebut masing-masing mempunyai sifat fisika dan kimia yang sama disebut
deret homolok. Di samping itu dikenal pula adanya: (1) Atom C primer, yaitu
atom karbon tersebut hanya mengikat satu atom karbon lainnya, (2) Atom C
sekunder, yaitu atom karbon yang mengikat dua atom kartbon lainnya, (3) Atom
C tertyier, yaitu atom karbon yang mengikat tiga atom karbon lainnya, dan (4)
Atom C kwartener, yaitu atom karbon yang mengikat empat atom karbon lainnya.
Contoh:
49
C C
1 = atom C primer
4 I I
2 = atom C sekunder
C ----- C ----- C ------ C ----- C ----- C 3 = atom C
tertier
I 3 2
1 4 = atom C kwartener
C
Apabila suatu hidro karbon (alkana) kehilangan satu atom hidrogen, maka
membentuk suatu gugus yang disebut gugus radikal. Gugus radikal yang demikian
dinamakan gugus alkil. Gugus radikal yang lazim adalah:
CH3 – lazim disebut gugus
metil.
CH3 – CH 2 disebut gugus etil.
CH3 – CH 2 – CH 2 disebut gugus n – profil .
CH3 CH - adalah gugus isopropil
CH3
CH3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 adalah gugus n – butil.
CH3 – CH 2 – CH – CH 3 adalah gugus sekunder butil.
CH3 – CH – CH adalah gugus isobutil.
I
CH3
CH3
I
CH 3 --- C --- adalah gugus tertier butil.
I
50
CH3
Penulisan dalam senyawa-senyawa organik gugus alkil tersebut biasanya ditulis
dengan lambang huruf R, yang artinya radikal.
CH
C H2
HC C -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- HC
CH -- CH2 -- CH2 – CH3
HC CH C H2
CH2
CH
C H2
Ikatan aromatik Ikatan
naftanik
Rumus bangun suatu molekul hidrokarbon kompleks.
1-(3 fenil propil ) –3 – propil siklo eksana yang meliputi satu ikatan aromatik
satu ikatan naftenik dan rantai panjang parafin.
B. Pembakaran
Analisis proksimat dari zat arang menghasilkan prosentase air,zat-zat yang
dapat menguap, karbon yang tetap (tak dapat bereaksi). Analisis ultimat dapat
memberikan jumlah prosentase zat arang, hidrogen, oksigen, belerang, nitrogen
51
yang dapat dinyatakan dengan dasar “basah” (as received) atau “kering”, yaitu
dengan uap yang ditentukan dalam analisis proksimat tidak disertakan.
Persamaan Stoikiometrik
Suatu reaksi kimia adalah proses dimana ikatan atom didalam molekul-
molekul zat-zat yang bereaksi dipecahkan,diikuti oleh penyusunan kembali atom-
atom tersebut dalam kombinasi molekul yang baru. Pembakaran stoikiometrik
adalah pembakaran dimana semua atom-atom hidrogen diubah menjadi H2O dan
semua atom zat arang diubah menjadi CO2.
Jadi untuk metana , CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
Persamaan diatas menyatakan bahwa satu mol metana bereaksi
dengan dua mol oksigen dan membentuk satu mol karbondioksida dan air.
Proses pembakaran oksigen diasalurkan sebagai udara dan bukan dalam
bentuk murni.Berdasarkan volume udara mengandung 21% oksigen dan
79% nitrogen yaitu untuk tiap mol oksigen terdapat 79 / 21 = (3.76 mol
nitrogen), sehigga reaksinya ditulis :
CH4 + {2 O2 + 2 (3.76) N2 } CO2 + 2 H2O + 7.52 N2
Berdasarkan dari persamaan diatas atom karbon diubah menjadi CO2 dan semua
atom hidrogen menjadi H2O dengan bersenyawa dengan oksigen dari udara.
Jumlah udara minimum yang memberikan oksigen yang cukup
untuk dioksidasi lengkap dari semua karbon,hidrogen,dan elemen-elemen
yanh dapat terbakar didalam bahan bakar yang sering disebut udara
teoretis. Secara teoretis pembakaran adalah perbandingan udara terhadap
bahan bakar (air fuel ratio) yaitu perbandingan antara massa udara dengan
massa bahan bakar. Sebagai salah satu contoh dalam persamaan
stoikiometrik adalah sebagai berikut :
1. Tentukan perbandingan udara / bahan bakar stoikiometrik dan produk-
produk pembakaran oktana,C8H18.
2. Bandingkan analisis molar dari produk pembakarannya dengan produk
yang diperileh bila C8H18 dibakar dengan 200% udara teoretis.
Penyelesaian :
52
1. Perbandingan udara bahan bakar stoikiometrik diperoleh dari persamaan ;
C8H18 + 12.5 O2 + {12.5 (3.76)N2 } 8CO2 + 9 H2O + 47 H2
Jumlah udara persatuan massa bahan bakar :
11428x47 325,12 +x =15 lbm udara / lbm bahan bakar.
Analisis molar dari produk pembakaran untuk pembakaran stoikiometrik :
Jumlah mol Prosetase volume CO2 8 12.5 H2O 9 14 N2 47 73.5
2. Persamaan pembakaran dengan 200% udara teoretis ;
C8H18 + 2 (12,5)O2 + 2 (12,5 + 3,76)N2 8 CO2 + 9H2 + 12,5 O2 + 94 N2
Analisis volumetrik dari produk pembakaran :
N X1 CO2 8 6,5 H2O 9 7,3 O2 12,5 10,1
Contoh ;
Analisis volumetrik dari suatu gas adalah 26% CO ,12% H2, 72% dan 55%
N2, udara sejumlah 1,3 ft3 digunakan untuk pembakaran tiap ft3 gas.
Berapa besar temperatur minimum yang diperbolehkan pada tiap
permukaan yang berhubunga dangan gas produk pembakaran supaya tidak
terjadi konbdensasi?
Penyelesaian ;
Reaksi ;
0.26 mol CO + 0,13 mol O2 = 0,26 mol CO2
0,12 mol H2 + 0,06 mol O2 = 0,12 mol NO
produk pembakaran ;
CO2 = 0,26 mol (dari pembakaran CO) + 0,07 mol (bersama-sama bahan
bakar) = 0,33 mol.
H2O = 0,12 mol ( dari pembakaran H2 )
53
O2 = 1,2 x 0,21 mol (dari udara ) – 0,19 mol (digunakan oksidasi CO
dan H2 )
N2 = 1,2 x 0,79 mol (dari udara) + 0,55 mol (dari bahan bakar)
= 1,449 mol.
Jumlah mol produk = 0,33 + 0,12 + 0,062 + 1,494 = 2,011 mol.
Tekanan persial uap H2O ;
011,212,0 =14,7 =0,876 psia.
3. Pembakaran Hidrogen
Pembakaran dari hidrogen dengan oksigen menghasilkan air. Proses
pembakaran ini dapat ditulis:
2 H2 + O2 = 2 H2O.
a. Analisa Massa.
Berat atom hidrogen (H) = 1, analisa massa hidrogen dalam proses = 2
x 2 = 4
Barat atom oksigen (O) = 16; maka massa oksigen dalam proses = 2 x
16 = 32.
Masa air adalah: = 2 x ( 2+16 ) = 36
Dengan demikian dapat ditulis:
4 massa H2 dicampur dengan 32 massa O2 = 36 massa H2O
atau:
1 massa H2 ditambah 8 massa O2 = 9 massa H2 O.
Untuk perbandingan 1 kg H2 menjadi:
1 kg H2 + 8 kg O2 = 9 kg H2 O
oksigen terdapat dalam udara sebesar 23,2% dari massa, sedang dalam
pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 8kg O2..
Kebutuhan udara untuk pembakaran 1kg H2 adalah = 8/0,232 =
34,5kg.
Dari 34,5 kg udara terdapat 8kg O2 , maka besarnya nitrogen adalah:
= 34,5 – 8 = 26,5kg.
54
Dengan demikian untuk pembakaran 1kg H2 dibutuhkan 34,5kg udara
akan menghasilkan 9kg air dengan 26,5kg zat lemas (nitrogen ).
b. Analisa Volume
Pembakaran hidrogen dengan oksigen adalah:
2 H 2 + O2 = 2 H2 O
Dari 2 H2 adalah 2 molekul H2 .
O2 adalah 1 molekul O2 .
2 H2O adalah 2 molekul H2 O .
Menurut Avogadro perbandingan besarnya molekul sama dengan
perbandingan volume, maka pada pembakaran ini dapat ditulis
1 m2 H2 + 0,5 m3 O2 = 1 m3 H2 O .
artinya pembakaran 1 m3 H2 dibutuhkan 0,5 m3 O2 akan menghasilkan
1,5 m3 gas dan 1 m3 air.
Udara terdapat 21 % O2 dari volume, maka kebutuhan 0,5 O2
dibutuhkan udara.
= 0,5 / 0,21 = 2,38 m3.
Dengan demikian Nitrogen yang dihasilkan
= 2,38 – 0,5 = 1,88 m3 N2 .
Jadi dari analisa volume, untuk pembakaran 1 m3 H2 akan
menghasilkan 1 m3 H2 O dan 1,88 m3 N2.
F. C. Emisi Gas Buang
Gas hasil pembakaran bahan bakar dapat ditentukan oleh reaksi
pembakaran unsur-unsurnya. Kandungan unsur-unsur pada senyawa pembakaran
tergantung pada persamaan rumus kimia yang ada pada bahan yang bereakasi.
Pembakaran 1 kg C menghasilkan 3,66 kg CO2 dan 8,64 kg N2.
Pembakaran 1 kg H2 menghasilkan 9 kg H2O dan 26, 5 kg N2.
Pembakaran 1 kg S menghasilkan 2 kg SO2 dan 3,3 kg N2.
55
Apabila bahan-bahan mengandung O2, maka juga mengandung N2 sebesar
232,1768,0 = x massa O2.
Atau = 3,3 x massa O2.
Untuk mudahnya diambil contoh seperti dibawah ini.
Contoh 1 :
1 kg bahan bakar mengandung 82 % C, 12 % H2.
2 % O2 , 1 % S dan 3 % N2.
Tentukan gas-gas hasil pembakaran dan prosentasenya.
Jawab :
Untuk unsur C mendapat CO2 = 0,82. (3,66)= 3,01 kg.
N2 = 0,82. (8,64)= 7,25 kg.
Untuk unsur H2 mendapat H2O = 0,12 . (9) = 1,08 kg
N2 = 0,12 (26,5) = 3,18 kg
Untuk unsur S mendapat SO2 = 0,01 . (2) = 0,02 kg
N2 = 0,01 . (3,3) = 0,033
kg
Untuk unsur O2 terdapat N2 = 0,02 . (3,3) = 0,066 kg
Jadi gas N2 = 7,25 + 43,18 + 0,033 = 0,066 + 0,03
=
10,427 kg
Gas hasil pembakaran 1 kg bahan bakar adalah :
3,01 kg CO2; 1,08 kg H2O; 0,02 kg SO2; 10,47 kg N2.
Jadi gas hasil pembakaran = 3,01 + 1,08 + 0,02 + 10,427 = 14,5437 kg
Gas hasil pembakaran 1 kg bahan bakar dalam prosen.
56
71,43% 100% x 14,53710,427 N
0,14% 100% x 14,537
0,02 OS
7,43% 100% x 14,537
1,08 OH
20,7% 100% x 14,537
3,01 OC
2
2
2
2
==
==
==
==
Menghitung hasil pembakaran berdasarkan volume dapat dijelaskan dengan
contoh : 5.
Contoh 5. 1 kg bahan bakar mengandung 14,2% CH4
5,9% CO2; 436% CO; 40,5% H2; 0,5% O2; 2,9% N2 dari volumenya.
Tentukan hasil-hasil gas pembakaran dari 1 m3 bahan bakar.
Jawab : Untuk pembakaran CH4 (0,142 m3 CH4)
mendapat :
0,142 x 1 = 0,142 m3 CO2
0,142 x 2 = 0,284 m3 H2O
0,142 x 7,52 = 1,608 m3 N2
Untuk pembakaran CO (0,36 m3 CO)
mendapat :
0,36 x 1 = 0,36 m3 CO2
0,36 x 1,88 = 0,676 m3 N2
Untuk pembakaran H2 (0,405 m3 H2)
mendapat :
0,405 x 1 = 0,405 m3 H2O
0,405 x 1,88 = 0,762 m3 N2
Dari O2 (0,005 m3 O2) mengandung juga.
23 N m 0,019
0,210,79 x 0,005 =
CO2 dari bahan bakar = 0,059 m3 CO2
N2 dari bahan bakar = 0,029 m3 N2
57
Jadi hasil pembakaran dari 1 m3 bahan bakar adalah :
gas N2 = 1,068 + 0,676 + 0,762 + 0,029 – 0,019
= 2,5435 – 0,019
= 2,526 m3/ m3 bahan bakar
gas CO2 = 0,142 + 0,436 + 0,059
= 0,561 m3/ m3 bahan bakar
gas H2O = 0,284 + 0,405
= 0,689 m3/ m3 bahan bakar
Jumlah total gas pembakaran :
= 2,516 + 0,561 + 0,689
= 43,766 m3/ m3 bahan bakar
Perhitungan dalam prosen.
66,8% 100% x 3,7662,561 N
18,28% 100% x 3,7660,689 OH
14,9% 100% x 3,7660,561 CO
2
2
2
==
==
==
D. Pengaruh Emisi Gas Buang Bagi Lingkungan Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya
ekologi lingkungan dan kelestarian alam. Ada tiga komponen pokok untuk
dapat disebut sebagai pencemaran, yaitu : (1) lingkungan yang terkena
adalah lingkungan hidup manusia, (2) yang terkena dampak negatif secara
langsung adalah manusianya, dan (3) di dalam lingkungan tersebut
terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia.
Berdasar dari ketiga komponen pokok tersebut, maka konsep
pencemaran lingkungan hidup berbunyi : Pencemaran akan terjadi apabila
dalam lingkungan hidup manusia, baik lingkungan fisik, biologi maupun
lingkungan sosialnya tedapat suatu bahan dalam konsentrasi sedemikian
besar, yang dihasilkan oleh proses aktivitas kehidupan sendiri, yang
akhirnya merugikan kehidupan manusia (Abdurrahman, 1989).
58
Pencemaran alam ini secara garis besar dapat diklasifikasikan menjadi :
pencemaran udara, pencemaran air, pencemaran tanah, pencemaran karena
penggunaan bahan-bahan sintetis, dan pencemaran akibat zat tambahan pada
makanan. Adapun sumber-sumber polusi yang utama adalah di lapangan sumur
minyak yang terjadi pertumpahan sejak dari pengeboran wel (sumur minyak),
sampai pada proses pengilangan, bahkan kadang-kadang pada langkah
transportasi terjadi bencana yang berakibat polusi atau pencemaran. Di samping
itu, gas buang dari kendaraan bermotor dan limbah industri adalah sangat
mencemari udara kota. Hal ini disebabkan partikel-partikel karbon gas buang
menyebabkan perubahan keseimbangan unsur-unsur alamiah udara, dan
menyebabkan tumbuh-tumbuhan kuang mampu berfotosinthesa, akibat penetrasi
cahaya matahari terhalang oleh bertambahnya partikel-partikel penyebab polusi
udara.
Gas buang hasil pembakaran dari motor bakar baik itu motor bensin
maupun motor diesel, kedua-duanya merupakan sumber penyebab pencemaran
udara. Hasil pembakaran bahan bakar (hidrokarbon) dengan udara (O2) yang
menghasilkan kalori sebagai daya untuk mesin itu sendiri, juga menghasilkan
sisa-sisa dari proses pembakaran yang berupa asap yang terdiri dari gas : CO2,
CO, H2O, N2, OH, NO, dan CH4 yang dampaknya dapat kita rasakan. Kalau kita
amati berdasar pada unsur-unsur yang terkandung pada gas asap, dapat diklasi-
fikasikan sebagai berikut : (1) Gas CO2 dan C akan menunjukkan warna asap yang
hitam, karena terlalu banyak karbon sebagai kemungkinan bahan bakar terbakar
tidak sempurna yang terjadi pada saat penambahan kecepatan dan daya pada
mesin kendaraan, ini disebut acselerasi, (2) Untuk gas H2O dan H2 akan
menyebabkan warna asap yang keputih-putihan, karena pada bahan bakar
mengandung air, dan (3) Gas asap yang banyak mengandung campuran H2O, H2,
dan CH4 yang cukup besar dengan CO2 dan C akan menunjukkan warna abu-abu,
hal ini terbukti adanya oli yang ikut terbakar.
59
BAB V.
UDARA PEMBAKARAN Udara dibutuhkan dalam proses pembakaran karena mengandung zat pembakar dan juga terdapat bermacam gas lain. Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada udara adalah: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 21%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 79%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%. Unsur-unsur kandungan udara berdasar prosentase beratnya: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 23,2%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 76,8%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%. Dengan demikian di dalam proses pembakaran dipelajari tentang udara pembakaran, Pengaruh pencemaran lingkungan, persyaratan kesehatan, dan adanya uji Coba dari Eropa.
DESKRIPSI: Materi yang akan dipelajari dalam bab V. Ini meliputi tentang: (1) Udara
pembakaran, (2) Pengaruh pencemaran lingkungan, (3) Persyaratan kesehatan, dan (4) Uji Coba dari Eropa tentang kelayakan pembakaran. TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS.
Setelah mempelajari materi pada bab V. mahasiswa dapat mengetahui tentang: (1) menyebutkan komposisi dan kebutuhan udara dalam pembakaran, (2) mengetahui adanya pengaruh pencemaran lingkungan oleh pembakaran, dan (3) mengetahui persyaratan pembakaran.
60
BAB V. UDARA PEMBAKARAN
A. Udara.
Udara sangat dibutuhkan dalam proses pembakaran karena dalam udara
terdapat zat pembakar. Di dalam udara luar tidak hanya terdiri dari zat
pembakar (zat asam) saja, tetapi juga terdapat bermacam gas lain.
Prosentase menurut volume gas-gas yang terkandung pada udara adalah:
(1) Zat pembakar (zat asam) ± 21%, (2) Zat lemas (nitrogen) ± 79%, dan
(3) Gas + kotoran ± 1%. Adapun unsur-unsur kandungan yang ada pada
udara dalam prosentase menurut beratnya atau gas-gas yang terkandung
dalam udara adalah: (1) Zat pembakar (zat asam) ± 23,2%, (2) Zat lemas
(nitrogen) ± 76,8%, dan (3) Gas + kotoran ± 1%
Untuk prosentase menurut beratnya, secara teoritis udara yang dipakai
dalam pembakaran biasa terdiri atas 23% zat asam dan 77% zat lemas. Udara
yang dimasukkan untuk proses pembakaran harus sesuai dengan kebutuhan, agar
di dapat campuran yang baik antara bahan bakar minyak dan udara, serta
membantu proses perambatan pembakaran yang menghasilkan energi panas. Jika
perbandingan antara bahan bakar minyak dan udara tidak benar, maka akan
menimbulkan gangguan pada proses pembakaran yang tidak sempurna. Akibatnya
mempengaruhi daya yang dihasilkan, oleh karena itu mengetahui kebutuhan udara
dalam proses pembakaran merupakan hal yang sangat penting.
1. Suhu
Suhu, yang dimaksud adalah merupakan temperatur awal pada proses
pembakaran terjadi, apabila yang diisap udara bertemperatur terlalu panas akan
terjadi detonasi karena campuran bahan bakar dengan udara akan terbakar
sebelum saat yang ditentukan. Suhu awal dari pembakaran dapat mempengaruhi
proses perambatan panas, sehingga sebaran panas yang diberikan dapat terjadi
seketika berupa ledakan yang mampu memberikan energi spontan yang cukup
besar. Di bagian lain kepadatan udara panas akan memuai, sehingga campuran
bahan bakar dengan udara di dalam pengisian silinder menjadi tinggi kerapatan
61
gasnya yang mempermudah proses pembakaran spontan. Walau demikian pada
titik suhu tertentu yang tinggi memungkinkan terjadi gejala pukulan atau knoking.
Kesulitan semacam ini akan timbul juga bila alat notspot pada motor yang sudah
panas masih bekerja seperti gambar di bawah ini. Kemungkinan dapat terjadi
bahwa campurannya sudah berubah seluruhnya menjadi gas pada waktu
memasuki lubang isian, sehingga pengisian silinder menurun dan disebabkan oleh
suhu batas flash point dapat memperbesar kemungkinan terbakar sendiri. Bila
motor sudah panas, alat hotspot jangan bekerja lagi
Gambar 5.1. Alat hotspot
2. Tekanan dari Udara
Besarnya tekanan udara tergantung dari letaknya terhadap permukaan laut.
Makin tinggi kita berada makin dinginlah udaranya, dengan perkataan lain,
mungkin berkuranglah kepadatannya.
62
Kebutuhan oktan dari motor pada bermacam-macam ketinggian di atas permukaan laut.
Akibatnya adalah bahwa pengisian udara ke dalam silinder berkurang
sehingga campurannya menjadi lebih kaya. Dengan demikian nilai kritis untuk
terbakar sendiri kurang dapat tercapai. Kelemahan dalam hal ini adalah bahwa
pengisian silinder berkurang yang menyebabkan tenaga motor makin menurun
pada putaran tinggi. Pengisian di bawah tekanan dengan kompresor, sehingga
kepadatan udara meningkat, memperbesar kemungkinan terbakar sendiri. Gambar
di atas menunjukkan sebuah grafik untuk kebutuhan oktan sebuah motor pada
bermacam-macam ketinggian, bila sebuah motor pada ketinggian permukaan laut
memerlukan bahan bakar dengan angka oktan 90, maka pada ketinggian 2000 m
hanya menjadi 75.
3. Kelembaban dari Udara
Pada peningkatan derajat kelemahan udara berkurang kemungkinan untuk
terbakar sendiri. Ini disebabkan oleh butir-butir air yang ikut terisap, dengan udara
mempunyai sifat mendinginkan campuran gas. Sebaliknya campuran tadi akan
menjadi lebih miskin, karena uap air menempati tempat bahan bakar. Ketetapan
pukulan yang menjadi lemah dapat diperbaiki oleh pendinginan butir-butir air
tersebut. Pada umumnya derajat kelembaban yang besar meningkatkan pengisian
silinder. Hal ini dapat dirasakan dengan jelas sewaktu motor berjalan.
4. Perbandingan Bahan Bakar Udara
Perbandingan antara bahan bakar dengan udara, terlepas dari kecepatan
pembakarannya ternyata bahwa kemungkinan besar untuk terbakar sendiri itu
menurut teori adalah 1 : 12 s/d 14,8. Apabila campurannya lebih kaya atau lebih
miskin, berkuranglah nilainya untuk dapat terbakar sendiri. Hal ini dapat dilihat
pada grafik, bahwa pemiskinan campuran meningkatkan daya terbakar sendiri
yang diakibatkan lebih lamanya waktu pembakaran dari gas yang miskin sehingga
bagian motor tertentu menjadi sangat panas. Dengan demikian akan terdapat
dampak sama seperti pada pengapian lambat. Demikian juga sebaliknya untuk
63
campuran yang gemuk, membuat tingkat kepekatan yang berat dengan masa gas
yang tinggi, sehingga memungkinkan ada sebagian gas yang belum terbakar ikut
terbuang bersama gas bekas. Pembakaran menjadi tidak sempurna dan gas bekas
banyak mengandung unsur-unsur bahan bakar yang terbuang tersebut.
5. Angka Kelebihan Udara
Yang dimaksud dengan angka kelebihan udara ialah perbandingan antara
banyaknya udara yang sesungguhnya dalam silinder dan banyaknya udara yang
dibutuhkan menurut teori untuk satu kali pembakaran.
orimenurut te udaraBanyak yasesungguhn udaraBanyak
LthLw ==λ
Untuk menentukan Lth harus diketahui banyaknya bahan bakar yang ada.
Untuk motor-motor bensin, angka kelebihan udara tersebut terletak antara 1 dan
1,1 yang dapat diselenggarakan oleh karburator dengan konstan. Karena itu yang
kita persoalkan selanjutnya hanyalah motor-motor diesel saja.
Misalkan pencapaian bahan bakar per TPKH = 6 gram
Jumlah pemakaiannya per jam menjadi : Ni . 6 gram
Pemakaian per silinder per menit =60.Z6 . Ni
Pemakaian per silinder tiap putara = 60n.Z
6 . Ni
Penyemprotan bahan bakar pada motor 2 tak terjadi sekali tiap putaran,
sedang pada motor 4 tak sekali tiap dua putaran. Karena itulah banyaknya bahan
bakar tiap semprotan (yaitu yang satu kali disemprotkan) menjadi :
gram 60n . Z
6 . Ni tak - B2 =
gram 30n . Z
6 . Ni tak - B4 =
Ilmu kimia telah mengetahui bahwa untuk pembakaran yang sempurna dari 1 kg
zat arang dibutuhakn 8/3 kg zat asam dan 1 kg zat air dibutuhkan 8 kg zat asam.
Bahan bakar minyak biasanya terdiri atas : 87% zat arang dan 13% zat air. Jadi
untuk pembakaran 1 kg minyak diperlukan (0,87 . 8/3 + 0,13 . 8) kg zat asam.
64
Karena udara itu umumnya mengandung 23% (prosentase berat) zat asam, maka
untuk 1 kg minyak dibutuhkan :
( )kg 8 . 0,13 38 . 0,87
23100
+
Lw dapat ditentukan dari ukuran zat silinder dimana harus diketahui : S, D, isi
ruang kompresi, zat mulai kompresi, tekanan awal dari kompresi, dan banyaknya
sisa-sisa gas pembakaran dari proses usaha yang lalu.
6. Pengaruh Faktor Kelebihan Udara
Pengaruh dari faktor-faktor tersebut yaitu apabila jumlah bahan bakar yang
disemprotkan ke dalam silinder bertambah banyak, atau apabila factor kelebihan
udaranya dikurangi. Terlebih dahulu, dapat dipertumbangkan pengaruh kenaikan
jumlah kalor yang disebabkan oleh penurunan-penurunan terhadap siklus udara
volume konstan.
Pada gambar di atas, titik 3 dan titik A berada pada posisi yang lebih
tinggi sementara titik 2 dan titik 1 dipertahankan pada posisi semula. Akibatnya,
kerja yang dihasilkan dan tekanan efektif rata-rata dari siklus tersebut akan
bertambhan besar, tapi efisien termalnya berubah. Jadi, pada siklus sebenarnya
kenaikan kalor spesifik, kerugian kalor dan kalor disosiasi dari gas itulah yang
menghambat kenaikan titik 3, sehingga luas diagram indicator dari siklus
sebenarnya lebih kecil dari pada siklus idealnya. Demikian pula, makin rendah
harga X makin tinggi temperatur gas dan makin banyak pula molekul CO2 dan
H2O, yaitu gas yang mempunyai kalor spesifik yang lebih besar. Factor-faktor
65
tersebut terakhir ini memperkuat argumentasi tentang posisi titik 3 dan luas
diagram indicator dalam keadaan sebenarnya. Dengan kata lain, perbandingan
campuran yang lebih kaya menyebabkan turunnya efisiensi thermal dan tekanan
efektif rata-rata.
Kebutuhan udara tergantung dari unsur-unsur yang ada dalam bahan
bakar. Apabila 1 kg bahan bakar mengandung unsur C%, H%, dan S% maka :
Untuk pembakaran 1 kg C dibutuhkan 2O 322 atau 11,5 kg udara.
Untuk pembakaran 1 kg H dibutuhkan 8 kg O2 atau 34,5 kg udara.
Untuk pembakaran 1 kg S dibutuhkan 1 kg O2 atau 4,3 kg udara.
Jadi kebutuhan O2 untuk pembakaran bahan bakar yang mengandung C%,
H%, dan S% adalah :
= 322 . C + 8 . H2 + S . kg
Harga ini merupakan kebutuhan teoritis. Sedang kebutuhan O2 sebenarnya adalah
kebutuhan O2 teoritis dikurangi O2 yang terkandung dalam bahan bakar.
Kebutuhan O2 sebenarnya untuk setiap kg udara :
..(1).................... kg O - S H 8 C 322 .
0,2321 G 22u
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++=
Atau
Gu = {11,5 C + 34,5 H2 + 4,3 . S – 4,3 O2} kg
B. Pengaruh pencemaran lingkungan.
Polusi adalah terjadinya pencemaran yang menyebabkan rusaknya ekologi
lingkungan dan kelestarian alam. Ada tiga komponen pokok untuk dapat disebut
sebagai pencemaran, yaitu masuknya unsur-unsur atau gas-gas yang berbahaya
bagi lingkungan yang terkena adalah lingkungan hidup manusia, yang terkena
dampak negatif secara langsung adalah manusianya dan di dalam lingkungan
tersebut terdapat bahan yang berbahaya akibat dari aktivitas manusia.
kg O - S H 8 C 322 . 23,3% 22
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++
66
Berdasar dari ketiga komponen pokok tersebut, maka konsep pencemaran
lingkungan hidup berbunyi : Pencemaran akan terjadi apabila dalam
lingkungan hidup manusia, baik lingkungan fisik, biologi maupun
lingkungan sosialnya terdapat suatu bahan dalam konsentrasi sedemikian
besar, yang dihasilkan oleh proses aktivitas kehidupan manusia sendiri,
yang akhirnya merugikan kehidupan manusia. Pencemaran alam ini secara
garis besar dapat diklasifikasikan menjadi : pencemaran udara,
pencemaran air, pencemaran tanah, pencemaran karena penggunaan
bahan-bahan sintetis, dan pencemaran akibat zat tambahan pada makanan.
Adapun sumber-sumber polusi yang utama adalah di lapangan sumur
minyak yang terjadi pertumpahan sejak dari pengeboran wel (sumur minyak),
sampai pada proses pengilangan, bahkan kadang-kadang pada langkah
transportasi terjadi bencana yang berakibat polusi atau pencemaran. Disamping
itu, gas buang dari kendaraan bermotor dan limbah industri adalah sangat
mencemari udara kota. Hal ini disebabkan partikel-partikel karbon gas buang
menyebabkan perubahan keseimbangan unsur-unsur alami udara, dan
menyebabkan tumbuhan-tumbuhan kurang mampu berfotosintesa, akibat penetrasi
cahaya matahari terhalang oleh bertambahnya partikel-partikel penyebab polusi
udara.
Gas buang hasil pembakaran dari motor bakar baik itu motor bensin maupun
motor diesel, kedua-duanya merupakan sumber penyebab pencemaran udara.
Hasil pembakaran bahan bakar (hidrokarbon) dengan udara (C2) yang
menghasilkan kalori sebagai daya untuk mesin itu sendiri, juga menghasilkan
sisa-sisa dari proses pembakaran yang berupa asap yang terdiri dari gas : CO2,
CO, H2O, N2, OH, NO, NOx, dan CH4, yang dampaknya dapat kita rasakan. Gas
CO2 dan C akan menunjukkan warna asap yang hitam, karena terlalu banyak
karbon sebagai kemungkinan bahan bakar terbakar tidak sempurna yang terjadi
pada saat penambahan kecepatan dan daya pada mesin kendaraan, ini disebut
acselerasi. Untuk gas H2O dan N2 akan menyebabkan warna asap yang keputih-
putihan, karena pada bahan bakar mengandung air. Gas asap yang banyak
67
mengandung campuran H2O, H2, dan CH4 yang cukup besar dengan CO2 dan C
akan menunjukkan warna abu-abu, hal ini terbukti adanya oli yang ikut terbakar.
Perlu dijelaskan di sini, bahwa pencemaran udara yang berasal dari gas
asap kedua jenis kendaraan bermotor tersebut disebabkan oleh gas CO yang
sangat berbahaya bagi kesehatan, diperoleh dari hasil pembakaran yang tidak
sempurna yang terjadi pada motor bensin. CO2 yang berupa asap hitam yang akan
mengotori udara berasal dari pembakaran motr diesel. CO dan CH4 dan
sebagainya keluar dari tanki bahan bakar yang terlalu kosong, karena panas
matahari terjadi penguapan. Dari segi kesehatan makluk, CO adalah lebih
berbahaya daripada CO2, atau dengan perkataan lain pencemaran motor bensin
adalah lebih berbahaya daripada pencemaran motor diesel.
Pencemaran tersebut dapat dikurangi dengan jalan pemeliharaan
mesin yang baik, pemakaian bahan bakar yang tepat, penyetelan
karburator dan injection pump yang tepat, serta operasi motor yang tidak
mendadak-dadak sehingga menghambur-hamburkan bahan bakar. Di
samping itu tindakan prefentif adalah lebih bijaksana daripada kuratifnya.
Untuk pencemaran air, dapat dilakukan dengan jalan mensirkulasikan
kembali air buangan yang mengandung minyak, atau dengan cara
pencucian.
C. Persyaratan kesehatan.
1. Gas Buang
Akhir-akhir ini gas buang dari mobil sangat menarik perhatian
karena ia dapat mengotori udara. Lebih-lebih gas buang dari motor bensin
ini sangat menganggu kesehatan. Dengan sendirinya kita tidak akan
memperdalam dampak medisnya tetapi hanya mengenai campuran gas
buang dan mempelajari pengontrolnya. Bagian-bagian gas buang yang
sangat menganggu kesehatan adalah :
a. Karbonmonoksida (CO)
68
Banyaknya CO dari gas buang itu tergantung dari perbandingan bahan
bakar dan udara hanya pada pembakaran yang sempurna dari bahan bakarnya
maka nilai CO-nya dapat nihil. Hal ini dapat dicapai pada perbandingan secara
teoritis 14,8 : 1. Perbandingan sebesar ini selama motor berjalan jarang dapat
dipertahankan, karena kualitas campuran selalu berubah dengan frekuensi putar
dan pembebanan motor. Pada table di bawah ini dapat dilihat dengan jelas. Dari
tabel tadi ternyata bahwa presentase karbonmonoksida pada motor. Diesel itu bila
disbanding dengan yang dari motor Otto, praktis dapat diabaikan. Ini disebabkan
karena motor Diesel selalu bekerja dengan udara lebih, yang dapat mengakibatkan
pembakaran sempurna dari bahan bakarnya.
Motor otto Motor diesel Bagian-bagian gas buang
Jalan di-tempat
Beban setengah
Beban penuh
Jalan di-tempat
Beban setengah
Beban penuh
Air dalam bentuk uap H2O Karbondioksida (CO2)
7-10% 6,5-8%
10-11% 9-11%
10-11% 12-13%
4% 4,13%
3,9% 4,12%
6% 7%
Karbondioksida (CO)
2-6% 3-5,5% 0,2-1,4%
0,2% 0,1% 0,1%
Zat asam (O2) Zat air (H2) Zat nitrogen (N)
1-1,5% 0,5-4% kira-71%
0,5-1% 0,2% kira-74%
0,1-0,4% 0,1-0,2% kira-76%
14% - kira-77%
14% 0,1% kira-77%
10% - kira-77%
Karbonmonoksida yang banyaknya 0,03% sudah merupakan racun yang
berbahaya untuk udara yang diisap oleh manusia. Jumlah sebanyak 0,3% selama
setengah jam adalah mematikan. Yang dapat dilihat dengan jelas dalam table
adalah tingginya kadar karbonmonoksida pada jalan stasioner untuk motor bensin.
Ini disebabkan karena perbandingan campurannya kira-kira 13 : 1. Disebabkan
pula oleh frekuensi putar rendah, derajat isian tidak sempurna dan tekanan
69
kompresi yang rendah, mengakibatkan waktu pembakaran sama maka
pembakarannya menjadi tidak sempurna. Tingginya persentase zat asam dalam
gas buang motor Diesel juga mencolok sekali. Ini juga disebabkan oleh
pemakaian udara lebih yang besar selama pembakaran. Pada grafik di bawah ini
terlihat bahwa kadar karbonmonoksida dibakar. Pada perbandingan 14,8 : 1 maka
persentase ini adalah nihil. Makin miskin campurannya makin meningkat
persentase zat asamnya. Pada perbandingan campur 14,8 : 1 maka persentase
koolmonoksida di dalam gas buang adalah kecil.
b. Timah
Untuk mempertinggi ketetapan pukulan dari bensin, perlu ditambah
dengan campuran timah. Ini dapat menyebabkan timbulnya bagian-bagian abu
dari timah dengan ukuran kira-kira 1 mikron. Lebih-lebih pada lalu lintas kota
yang padat. Oleh sebab dan penambahannya terikat pada persyaratan hokum.
Penggunaan bensin sebagai bahan pembersih dapat juga merusak kesehatan.
c.Zat Karbon Hidrogen
Di dalam gas buang terdapat pula zat karbon hydrogen yang belum
terbakar. Banyaknya tergantung dari keadaan waktu berjalan seperti tampak pada
table berikut ini :
Berputar ditempat 17% kecepatan normal
13% Akselerasi 7% mengerem motor
63%
Berdasar tabel ini dapat dilihat bahwa pada keadaan hampa dalam silinder
dan katup gas tertutup disebabkan oleh nilai harga dari campuran jumlah karbon
hydrogen yang tidak terbakar banyak sekali. Pada waktu motor direm, akan
mencapai persentase tinggi sekali karena kehampaan di bawah katup gas lebih
tinggi dari berputar stationer. Pada karburator “milien” dengan sistem berputar
stasioner yang sudah disetel oleh perusahaannya, pada waktu mengerem motor
jumlah karbon hidrogennya di dalam gas buang dapat direduksi.
70
d. Sistem Berputar Stationer yang Disetel
Karburator itu sekarang dibuat sedemikian rupa, sehingga yang dapat
menyeret berputar stationer hanyalah seorang. Dengan demikian dapat dihindari
adanya terlalu banyak zat-zat berbahaya yang ikut di dalam gas buangnya. Bahan
bakar untuk putaran stationer yang disalurkan melalui pembagi induk 4 dicampur
dengan udara, yang masuk melalui saluran 7 pada gambar di bawah ini. Pada
saluran ini terdapat pembagi juga, yang mengatur banyaknya pemasukan setelah
melalui pembagi putara ditempat maka campuran (emulsi) sampai pada sekerup
pengatur campuran setinggi katup gas tertutup.
Sistem berputar ditempat dimana kualitas campuran dengan kemungkinan penyetelan yang ada dalam batas-batas yang sangat sempit
Sekrup pengatur campuran ini mempunyai bagian tirus dan bagian
berbentuk silinder, sehingga pula dikombinasikan dengan suatu lubang dapat
mengatur jumlah aliran maksimalnya. Campuran dapat mengalir terus ke sekrup
pengatur campuran kedua, yang letaknya agak lebih rendah, yang menentukan
aliran minimalnya tanpa tergantung dari batas maksimal ini. Pembagi yang
dilayani secara elektromagnetis ditutup dengan jalan mematikan pengapian,
supaya motor tidak jalan terus.
Sekrup pengatur campuran kedua dengan sekrup pengatur udara yang
ditempatkan tinggi ini sudah merupakan pengetelan tetap sehingga penyetelan
lanjut dilakukan pada sekrup pengatur campuran paling atas dengan menyetel
pegas kecil. Sekrup paling atas dari kedua sekrup pengatur campuran ini
membentuk semacam by-pass dimana disamping sekrup pengatur paling bawah
dalam batas tertentu dapat ditambahkan campuran menurut keperluan. Dengan
jalan memutar keluar timbul pengkayaan campuran dan dengan memutar masuk
timbul pemiskinan campuran.
Pengubahan campuran ini dapat dilaksanakan dalam batas yang kecil
sekali, sehingga penyetelan sekehendak dari sekrup pengatur campuran dengan
pegas, pada motor dalam keadaan baik serta disetel secara sempurna, tidak
mempunyai alas an, untuk melanggar norma-norma yang telah ditentukan untuk
71
gas-gas buang. Sistem berputar stationer menggunakan lubang-lubang ini
campuran dapat masuk, setelah katup gas yang tertutup. Melalui lubang-lubang
ini, campuran dapat masuk, setelah katup gas dibakar sebagian. Dengan demikian
jalannya pengambil-alihan dari berputar stationer oleh pembagi induk dapat
teratur tanpa gangguan seperti terlihat dalam gambar di bawah ini. Penyetelan
bagian berputar stationer harus dilaksanakan paad motor panas serta pada
frekuensi putar yang telah ditetapkan oleh perusahaan. Meteran frekuensi dan alat
penguji gas buang harus tersedia sewaktu mengadakan penyetelan.
Lubang-lubang progresi yang berada di atas katup gas memberikan campuran sewaktu katup gas dibuka.
e. Injeksi Udara
Cara lain untuk membatasi pengaruh merugikan dari gas buang
dilaksanakan oleh berbagai perusahaan motor Amerika. Di sini menyangkut suatu
sistem di mana udara secara langsung ditiupkan ke dalam lubang buang. Katub
penambahan udara dilakukan dengan sebuah ruang hampa terlihat pada gambar
Pompa udara untuk pembakaran larut, yang mencampurkan udara langsung
dibelakang katup buang dimana terdapat suhu setinggi 975 K dengan bahan bakar
yang belum terbakar. Proses ini terjadi apa yang dinamakan pembakaran lanjut
sehingga persentase karbon monoksida dan karbon hydrogen yang tidak terbakar
dikurangi dengan setengahnya. Jumlah udara yang diperlukan untuk ini besarnya
kira-kira setengah dari udara yang digunakan oleh motor. Mengingat jumlah ini
merupakan jumlah besar, maka untuk menjalankan pompanya diperlukan tenaga
sebesar 4% dari tenaga motor. Gambar di bawah ini memperlihatkan instalasi
tersebut. Kelemahan dari sistem ini adalah meningkatnya zat nitrogen dioksida
dalam gas buangnya.
72
Sistem injeksi udara lengkap (secara bagan)
f. Injeksi Bensin
Dengan menggunakan sistem injeksi bensin, secara nyata dapat juga
mengurangi jumlah bagian-bagiannya yang menganggu kesehatan dalam gas
buang. Dalam hal ini jumlah bensin secara teliti dapat ditambahkan pada
kebutuhan motor. Dalam buku ini kelak kita akan kembali lagi secara khusus
untuk membicarakan cara kerja dan prinsip yang digunakan.
D. Uji Coba dari Eropa
Walaupun karbon oksida dan karbon hydrogen yang belum terbakar secara
langsung membahayakan kesehatan, tetapi jumlah persentase dioksida nitrogen
juga penting, karena ini juga mempunyai dampak, yang tidak menyenangkan,
seperti terlihat dalam penjumlahan di bawah ini :
dioksida belerang dioksida belerang
kabut
menganggu tanaman
Sinar matahari menganggu mata
bau tak sedap Dioksida nitrogen merusak karet
Zat asam atonier Zat asam reaktif Ozon
Hasil-hasil oksi-dasi dari zat karbon hidrogen
73
Guna perizinan tipe maka kendaraan bermotor yang dibalikan memasuki
negara-negara EEG, harus memenuhi apa yang disebut uji coba Eropa. Ini
merupakan perjanjian kota dalam bayangan dimana mobil dijalankan di atas
bangku berputar. Siklusnya berhubungan erat sekali dengan kecepatan, waktu dan
perseneling yang dimasukkan (lihat gambar di bawah ini). Ini memberikan
beberapa periode berputar stationer, percepatan, perlambatan serta berjalan
dengan kecepatan konstan.
Tes Eropa, mempersyaratkan bahwa Gas buang yang keluar dianalisis
dimasukkan ke dalam kantor dan sesuai percobaan lalu jumlah karbon monoksida
dan karbon hydrogen harus lebih kecil dari nilai yang terdapat dalam table,
tergantung dari berat kendaraan. Uji coba ini dilakukan empat kali, dimana uji
coba pertama yang dilakukan mulai motor dalam keadaan dingin, diberi tanda. Di
Amerika (Uji coba California) uji coba semacam ini juga dilakukan, begitu pula di
Jepang maksimal itu pada motor yang sedang berputar tidak lebih tinggi dari 4%.
Dengan jalan ini dimaksudkan agar persentase volume maksimal ini nantinya
harus selalu diturunkan.
Berat referensi Pr Kg
Jumlah bahan karbon hydrogen
g/percobaan
Jumlah karbon monoksida
g/percobaan Pr 750
750 < Pr 850 850 < Pr ≤ 1.020
1.020 < Pr ≤ 1.250 1.250 < Pr ≤ 1.470 1.470 < Pr ≤ 1.700 1.700 < Pr ≤ 1.930 1.930 < Pr ≤ 2.150
2.150 < Pr
100 109 117 134 152 169 186 203 220
8,0 8,4 8,7 9,4 10,1 10,8 11,4 12,1 12,8
74
BAB VI.
BAHAN PELUMAS
Pengertian bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan di dalam proses pelumasan terutama pada elemen mesin, karakteristik dan peri hal bahan pelumas meliputi: Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks), Jenis–jenis Oli Pelumas, Kegunaan Bahan Pelumas, dan Akibat pelumasan yang tak sempurna dan cara mengatasinya
DESKRIPSI:
Materi dalam bab VI. akan dipelajari tentang peri hal: (1) Pengertian bahan pelumas, (2) Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks), (3) Jenis – Jenis Oli (Pelumas), (4) Kegunaan Bahan Pelumas, dan (5) Akibat pelumasan yang tak sempurna dan cara mengatasinya
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS
Setelah mempelajari materi pada bab VI. mahasiswa dapat : (1) Mengetahui konsep dasar pelumasan, (2) menyebutkan peranan kekentalan minyak pelumas, (3) mengetahui fungsi dan guna bahan pelumas, dan (4) Aplikasi dan implikasi pelumasan
BAB VI. BAHAN PELUMAS
75
A. Pengertian Bahan Pelumas
Bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan dalam proses
pelumasan terutama pada elemen mesin yang bergerak. Dalam kehidupan
sehari–hari bahan pelumas yang banyak di jumpai adalah oli jenis minyak
pelumas. Bahan pelumas terutama minyak pelumas oli diperoleh dari
penambangan minyak mineral. Adanya pelumas tersebut akan sangat
membantu dalam proses kerja permesinan, misalnya pelumas motor
bensin, pelumas motor diesel, pelumas versnelling, pelumas gardan,
pelumas dalam pesawat terbang dan berbagai macam pelumas sebagai
campuran bahan bakar dalam motor bakar.
B. Kekentalan Minyak Pelumas (Viscosity Indeks)
Viscosity Indeks adalah istilah yang digunakan untuk menyatakan angka
perubahan kepekatan minyak pelumas pada temperatur tertentu. Viscosity
adalah istilah keengganan mengalir dalam temperatur tertentu (Resistance
To Flow Under Temperature Conditions). Minyak pelumas yang kental
mempunyai indeks viscosity yang tinggi dan sebaliknya minyak pelumas
yang encer mempunyai indeks viscosity yang rendah. Angka tingkat
kekentalan ini biasanya dinyatakan dengan SAE (Socrety of Automotive
Enginers), suatu grup olie saat mobil baru mulai ditemukan. Olie sebagai
bahan pelumas mesin ditentukan kekentalannya oleh besar kecilnya angka
SAE olie tersebut. Biasanya angka tersebut berkisar antara 5 sampai 50,
yang menunjukkan daya resistance untuk mengalirnya pelumas dalam
bejana pengukuran pada suhu kamar. Angka SAE dalam penggunaan tiap
mesin perlu diperhatikan, misalnya untuk pelumas mesin sepeda motor
biasanya digunakan SAE 30, baik jenis 2 tak maupun 4 tak. Apabila pada
mesin sepeda motor digunakan olie yang SAE-nya tidak sesuai menurut
standar maka akan ada pertimbangan–pertimbangan lain. Persyaratan
kualifikasi minyak pelumas menentukan kemampuan kerja mesin dan usia
kerja mesin itu sendiri.
C. Jenis–Jenis Oli (Pelumas)
76
Jenis olie menurut kekentalanya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Single Grade Oil
dan Multiple Grade Oil, dimana keduanya mempunyai karakteristik yang berbeda satu sama lain,
misalnya :
1. Olie yang berderajad kekentalan tunggal (Single Grade Oil)
Yaitu oli yang mempunyai satu sifat kekentalan saja, misalnya SAE 10,
SAE 20, SAE 30 dan masih banyak lagi. Single Grade Oil adalah penentuan
kekentalan pada suhu udara normal yaitu 20°C mempunyai tingkat kekentalan
tertentu, maka apabila pada suhu yang lebih rendah akan menjadi lebih pekat dan
pada suhu yang lebih tinggi akan menjadi lebih encer tingkat kekentalannya.
2. Oli yang berderajat kekentalan ganda (Multiple Grade Oil)
Yaitu oli yang mempunyai sifat kekentalan ganda, biasa disebut oli
spesial. Contoh, oli spesial adalah SAE 10W / 30, SAE 10W /40, SAE 20W /50
dan masih banyak lagi. Kode huruf W di atas adalah kependekan dari winter
(musim dingin), berarti oli tersebut telah mengalami uji test pada musim dingin
dan memiliki sifat kekentalan SAE 10 dan SAE 20, sehingga dalam keadaan
dingin oli tesebut tidak terlalu pekat. Selain itu oli ini akan berubah menjadi lebih
encer setelah temperatur menjadi lebih panas. Dengan adanya sifat yang ganda
tersebut, maka harga oli jenis ini akan menjadi lebih mahal dari oli bisa (Single
Grade Oil). Oli yang mempunyai tanda SE (Station Engine) dibelakangnya
menunjukkan oli tersebut telah mengalami pengujian pada perusahaan
perminyakan di Amerika Serikat, badan penguji yang sudah terkenal, yaitu API
(American Petrolium Industry).
D. Kegunaan Bahan Pelumas.
Sistem pelumasan pada mesin-mesin pada umumnya berguna untuk hal-
hal sebagai berikut : (1) Mencegah atau mengurangi keausan pada alat
yang bergesekan, (2) Memberi sedikit jarak pada alat yang bergesekan, (3)
Melancarkan alat yang bergerak / berputar, (4) Mencegah terjadinya suara
77
berisik karena pergesekan alat, (5) Mengurangi panas yang timbul karena
pergesekan, dan (6) Meminimalkan tenaga mesin yang terbuang untuk
melawan gaya gesek.
Ditinjau dari fungsinya sistem pelumasan di atas maka dapat disimpulkan
bahwa semua oli memiliki 4 fungsi yang sama, yaitu :
1. Sebagai fungsi pelumasan
Oli berfungsi mengurangi adanya gesekan antara metal dan komponen–
komponen mesin lainya dengan membentuk lapisan film yang tipis pada
permukaan metal/komponen mesin, sehingga resiko kerusakan dapat
diminimalkan, cairan oli yang membatasi metal-metal tersebut bergeser
atau terdorong sewaktu mesin bergerak misalnya, seperti piston. Pada
waktu torak bergerak naik ke posisi titik mati (Top Dead Centre), cincin
torak mendorong cairan oli ke atas, setelah torak mencapai puncaknya
karena adanya tekanan oli dari poros engkol memencar menggantikanoli
yang lama guna melumasi dinding silinder waktu torak turun kembali.
Apabila persediaan oli masih cukup dan pompa oli dapat bekerja dengan
baik, serta saluran tempat oli mengalir masih bersih maka besar gesekan
dan tingkat keausan komponen mesin dapat diminimalkan.
2. Sebagai fungsi bahan perekat.
Oli berguna untuk menutup kebocoran yaitu cacat-cacat kecil, lubang
berpori-pori ketidaksempurnaan pada cincin torak dapat tertutup oleh oli sehingga
tekanan dalam ruang pembakaran dapat dipertahankan, dan tetap berfungsi
dengan baik.
3. Sebagai fungsi alat pembersih.
Oli juga memegang peranan yang penting dalam menjaga kebersihan
mesin.jika oli dipompakan dengan tekanan dalam mesin dan mengalir
kembali ke dalam Crank Case 1A, akan membawa partikel-partikel kecil
dari metal yang telah aus, dan apabila terbawa peredaran oli, maka partikel
kecil logam tersebut akan merusakan mesin, sehingga oli harus disaring
78
dimana kotoran tersebut akan tertinggal disaringan tersebut sampai saat
penggantian oli. Pada waktu bahan bakar dibakar, akan membentuk
komponen-komponen zat kimia, diantaranya air dan macam-macam acid.
Selama masih terselimuti oli, air dan acid tersebut tidak akan
menyebabkan oksidasi (karat) pada bagian-bagian dalam mesin tersebut,
sehingga permukaan dalam mesin tetap bersih.
4. Sebagai fungsi pendingin
Minyak pelumas oli dapat berfungsi sebagai alat pendingin pada mesin
yang membantu prinsip kerja utama alat pendingin yang biasanya
menggunakan radiator, namun air dalam radiator tersebut hanya bekerja di
silinder kop dan dibagian blok mesin, yang apabila dijumlahkan hanya
meliputi setengah dari sistem pendingin yang dibutuhkan, sisanya
dilakukan oleh peredaran minyak pelumas oli di dalam mesin. Peredaran
minyak pelumas tersebut dengan membawa panas yang bersirkulasi ke
segala arah, sehingga pendinginan dapat terjadi.
G. E. Akibat Pelumasan Yang Tidak Sempurna Dan Cara Mengatasinya
Pelumasan yang tidak sempurna karena suatu sebab dan kurangnya
perhatian terhadap pelumasan akan dapat berakibat fatal terhadap mesin.
Akibat yang ditimbul- kan antara lain: (1) tenaga mesin/motor akan
berkurang karena energinya banyak terbuang untuk melawan gaya gesek
yang ada, (2) motor akan cepat panas dan berisik, (3) komponen-
komponen mesin menjadi cepat rusak/aus, (4) kerja mesin tidak stabil
karena berputar tidak lancar, dan (5) mesin sering mati mendadak karena
terjadi kemacetan dengan tiba-tiba.
Untuk mencegah kemungkinan-kemungkinan diatas maka pelumasan pada
mesin harus diperhatikan, terutama mengenai : (1) Kekentalan minyak
pelumas / oli yang digunakan, (2) Waktu penggantian dan pengontrolan
minyak pelumas yang tepat (tidak terlambat dari yang ditentukan), dan (3)
79
Apabila terjadi pelumasan yang tidak sempurna maka harus segera diatasi
dengan mengadakan pengecekan peralatan.
H. F. Macam-Macam Sistim Pelumasan
Prinsip kerja pada dunia permesinan banyak dijumpai berbagai type sistem
pelumasan. Namun dalam prakteknya tidak semua sistem tersebut dapat
diterapkan pada semua mesin, karena harus disesuaikan dengan dengan
kondisi mesin. Di sini akan dijelaskan beberapa sistem pelumasan
terutama pada kendaraan (sepeda motor) :
1. Pelumasan sistem percikan
Sistem ini menggunakan alat percik/sendok pemercik yang terpasang pada
Big End Stang Zuiger. Tetapi pelumasan ini sekarang tidak digunakan
lagi karena kurang memenuhi kebutuhan pelumasan terutama pada motor
yang memiliki putaran tinggi.
Gambar 6.1. Pelumas sistem percikan
Keterangan :
1. Oli dalam carter
1. Sendok pemercik pada Big End Stang Zuiger
80
2. Oli yang dipercikkan saat mesin menyala
2. Pelumasan sistem paksa.
Pelumasan dialirkan oleh pompa oli untuk memaksa oli tersebut beredar
waktu mesin hidup (bekerja), sistem ini banyak digunakan untuk mesin
motor karena dapat menyesuaikan atau mampu mencukupi kebutuhan
pelumas untuk mesin putaran tinggi. Jenis pompa oli ada 2 macam yaitu :
a. Pompa oli roda gigi (type lama) atau pompa oli rotor untuk type baru. Type ini
banyak digunakan pada motor satu silinder.
b. Pompa oli plunger/zuiger adalah pompa oli yang digunakan pada motor dua
silinder atau disebut twin.
Gambar 6.2. Pompa plunger
Keterangan :
(1) Gigi primor kopling dengan nok pompa oli, (2) Batang / tuas plunger, (3)
Plunger Zuiger/piston, (4) Silinder, (5) Oli yang dipompa keluar, (6) Klep pompa
, (7) Saringan oli, dan (8) Oli masuk pompa.
81
3. Sistem pelumasan rendam atau basah
Sistem ini menggunakan metode dimana komponen-komponen yang akan
dilumasi selalu terendam, misalnya pelumasan pada kopling dan
versnelling. Posisi perendaman akan selalu mengkondisi komponen dalam
keadaan terlumasi minyak pelumas. Minyak pelumas selalu siap untuk
melumasi bagian mesin yang terendam tersebut.
4. Sistem pelumas campuran langsung.
Oli langsung dicampur dengan bensin/bahan bakar yang ada di dalam
tanki. Perbandingan campuranya adalah 2% sampai dengan 5%, dari banyaknya
bensin yang akan dicampur. Apabila campuran oli tidak tepat atau kualitas oli
kurang baik maka akan langsung berpengaruh pada kelancaran dan tenaga yang
dihasilkan mesin. Beberapa kemungkinan yang akan terjadi bila terjadi
ketidakseuaian pelumasan, antara lain: (1) Campuran terlalu pekat, (2) Mesin sulit
dihidupkan, (3) Tarikan motor berat dan pada knalpot timbul banyak asap
berwarna putih, (4) Busi cepat kotor dan cepat mati, dan (5) Mesin cepat panas,
tenaga kurang, dan knalpot berkerak atau mampat.
Gambar 6.3. Sistem pelumas campuran langsung
Keterangan :
1. Tangki bensin tempat mencampur
82
………………. = oli
------------------- = bensin
,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, = udara
Bila campuran oli kurang dari 2% dapat menyebabkan: (1) Mesin cepat
panas dan suara berisik, (2) Rpm tinggi sering timbul suara menggelitik, (3)
Mesin tidak bertenaga waktu putaran tinggi, (4) Sering mati mendadak waktu
panas karena piston macet atau kompressi bocor, dan (5) Knalpot tidak berasap.
5. Sistem pelumasan injeksi (semprot)
Pada motor jenis tertentu pelumasanya menggunakan sistem injektolud
dan superlub. Sistem injektolub oli disemprotkan ke lager-lager kruk as
dan ke dalam inlet. Sistem superlub oli langsung disemprotkan ke dalam
inlet/saluran udara. Gangguan pelumasan sistem injeksi: (1) Asap knalpot
putih tebal, (2) Busi cepat kotor/cepat mati, (3) Knalpot berkerak, (4) Oli
samping boros/cepat habis, dan (5) Ruang pembakaran cepat kotor dan
mesin panas.
G. Ringkasan/simpulan.
Bahan pelumas adalah bahan–bahan yang digunakan dalam proses
pelumasan elemen mesin yang bergerak.Viscosity Indeks adalah istilah yang
digunakan untuk menyatakan angka perubahan kepekatan minyak pelumas pada
temperatur tertentu berupa keengganan mengalir padatemperatur tertentu
(Resistance To Flow Under Temperature Conditions). Jenis olie menurut
kekentalanya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu Single Grade Oil dan Multiple
Grade Oil. Sistem pelumasan umumnya berguna untuk (1) Mencegah/mengurangi
keausan, (2) Melapisi film pada alat yang bergesekan, (3) Melancarkan alat yang
bergerak/berputar, (4) Mencegah terjadinya suara berisik, (5) Mengurangi panas
yang timbul karena pergesekan, dan (6) Memini-malkan tenaga mesin yang
terbuang untuk melawan gaya gesekan.
83
BAB VII.
KARAKTERISTIK PELUMAS Bahan pelumas yang digunakan hendknya mengetahui proses pembuatan,
atau susunan/komposisi dan daerah penggunaannya. Pengetahuan tentang sifat minyak pelumas diperlukan dapat menentukan pemilihan jenis pelumas sesuai dengan penggunnaannya. Beberapa jenis pelumas yang dipakai dalam dunia tekhnik adalah : (1) Minyak standar, yaitu minyak mesin, minyak poros, minyak silinder dan lain-lain, (2) Minyak campuran, dan (3) Minyak pelumas sintetis. Hal-hal yang diperhatikan tentang minyak pelumas adalah (1) sifat-sifat fisika dan kimia bahan pelumas, (2) aditif, fungsi dan kegunaannya, (3) karakteristik bahan pelumasan, dan (4) fungsi unsur-unsur yang terkandung di dalamnya.
DESKRIPSI: Materi yang dipelajari dalam bab VII ini adalah: (1) Sifat
fisika dan kimia bahan pelumas, (2) Sifat–Sifat Fisika Bahan Pelumas, (3) Sifat Kimia Bahan Pelumas, (4) Aditif, fungsi dan kegunaannya, (5) Karakteristik bahan pelumas, dan (6) Karakteristik Sifat Tugas/Fungsi Bahan Pelumas.
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS:
Setelah mempelajari materi pada bab V1I. mahasiswa dapat mengetahui: (1) sifat-sifat fisika dan kimia dari berbagai macam minyak pelumas, (2) menyebutkan karakteristik pelumas dan pelumasan, dan (3) memahami fungsi dan guna aditif dalam pelumasan.
BAB VII. KARAKTERISTIK PELUMAS
84
A. Sifat fisika dan kimia bahan pelumas.
Kegiatan perancangan dan pelaksanaan suatu instalasi hidraulik adalah
sangat penting untuk mengetahui persyaratan-persyaratan yang harus dikenakan
terhadap zat hidrulik yang digunakan. Sifat-sifat yang dimiliki berupa sifat fisika
maupun kimia hendaknya diketahui untuk menjamin hal-hal yang berhubungan
dengan fungsi instalasi hidraulik tersebut. Sejumlah besar bahan pelumas yang
digunakan, dapat diperoleh dengan mengetahui pembuatan atau susunannya dan
juga daerah penggunaannya. Suatu pengetahuan yang luas tentang sifat-sifat
minyak pelumas yang perlu sekali untuk dimiliki adalah agar dapat menentukan
pemilihan jenis pelumas sesuai dengan penggunnaannya. Ada beberapa jenis
pelumas yang dipakai dalam dunia tekhnik diantaranya, adalah : (1) Minyak
standar, yaitu minyak mesin, minyak poros, minyak silinder dan lain-lain, (2)
Minyak campuran dan cairan berair, dan (3) Zat cair yang tidak mengandung air
(sintetis). Berdasar asalnya minyak pelumas tergolong pelumas hewani, pelumas
nabati, dan pelumas mineral. Berdasar cara perolehan tergolong pelumas alam dan
buatan yang disebut juga minyak pelumas sintetis. Sifat–sifat yang biasa dimiliki
bahan pelumas antara lain berupa massa volume pelumas, sifat mampu tekan
untuk pesawat hidraulik, viskositas, titik nyala, titik beku, serta sifat-sifat zat cair
yang baru bakan terlihat secara khusus untuk melewati masa kerja yang panjang.
B. Sifat – Sifat Fisika Bahan Pelumas
1. Kerapatan atau massa volume bahan pelumas.
Kerapatan minyak pelumas pada umumnya dinyatakan sebagai ð. pada 200
C. Untuk perhitungan yang sederhana dapat diambil nilai rata-rata ð = 0,9
kg/dm3 atau 900kg/m3. Kerapatan bahan pelumas pada penggerak–pengggerak
hidrostatis harus serendah mungkin karena untuk menghindarkan kerugian dalam
instalasi, dan untuk menghindarkan suatu reaksi terhadap bagian yang melakukan
suatu pengendalian. Untuk minyak pelumas yang mengandung aromatik, unsur C
lebih banyak dari pada unsur H, dan sebaliknya untuk minyak hidro karbon yang
mempunyai parafin adalah lebih rendah yaitu sekitar : 0,85 kg/ m3. Kerapatan
85
minyak pelumas tergantung pada tekanan dan temperatur, setiap ada perubahan
tekanan (sifat mampu tekan yang baik) dan temperatur maka akan berubah pula
kerapatan bahan pelumas tersebut.
2. Kecepatan rambat bahan pelumas
Kecepatan rambat bahan pelumas adalah kemampuan perambatan zat cair
pada asas kapiler suatu besaran penting dari gelombang tekanan dalam zat cair
suatu hidrolik. Hal ini akan berpengaruh terhadap waktu kecepatan pengalihan
beserta kelambatan pengalihan zat pelumas melalui suatu media. Adapun
besarnya cepat rambatminyak kira-kira 1000 m/s.
3. Viskositas bahan pelumas.
Sesuai dengan penggunaan, suatu minyak hidrolik harus memiliki nilai
viskositas yang besarnya berkisar 0,165 cm2/s hingga 0,37cm2/s pada suhu 500C.
Besar viskositas minyak berhubungan dengan tegangan geser yang terjadi pada
saat pengukuran dan berat jenis bahan yang ada. Beberapa perhitungan-
perhitungan dalam perencanaan pemakaian banyak menggunakan viskositas
kinematik dari pada viskovitas absolut.
4. Titik beku.
Titik beku adalah titik dimana bahan pelumas membeku pada suatu
temperatur yang tertentu dan berhenti mengalir. Titik beku digunakan
untuk mengetahui sifat kemampuan cair pada bahan sehingga daya operasi
tidak terganggu karena persyaratan ini, sekalipun demikian titik beku
bukanlah satu-satunya ciri bagi kesesuaian nuinyak terhadap daerah
pemakaian, namun demikian dapat digunakan untuk mengetahui daya
operasional pada temperatur terrendah.
5. Titik nyala.
Titik nyala (lash point) minyak adalah temperatur terendah dimana suatu
campuran uap minyak dan udara akan menyala dengan adanya percikan
86
nyala api. Dengan demikian totik nyala adalah suatu temperatur dimana
bahan pelumas banyak mengalami penguapan, sehingga campuran
minyak-udara akan menyala karena nyala api. Dalam keadaan tertentu
bahan pelumas ini memang dapat terbakar, tetapi kebakaran pelumas oleh
penyalaan setempat tidak akan menjalar kepada zat cair yang berbatasan
dengan minyak tersebut.
6. Titik bakar.
Pada kenaikan temperatur semua zat akan mengalami pemuaian volume
oleh kalor. Pemuaian oleh kalor pada bahan pelumas adalah sangat besar dan
tergantung dari tipe minyak pelumas tersebut, koefisien muai yang ada besarnya
kira-kira adalah 6,3 .10-4 sampai7,0.10-4 /1oC , untuk perhitungan sederhana dapat
kita ambil suatu γ : 0,0007/oC.
7. Kalor jenis bahan pelumas
Adalah banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk massa minyak (1kg)
untuk menaikkan temperatur sebesar 1oC. kalor jenis ini tergantung kerapatan dan
temperatur minyak pelumas. Untuk mengolah banyaknya kalor yang terjadi dalam
sebuah instalasi hidrolik, diperlukan suatu kalor jenis yang besar. Minyak hidrolik
dapat mengadakan kontak sejenak dengan bagian-bagian yang bertemperatur lebih
dari 100oC apabila persyaratan untuk ini terpenuhi.
8. Hantaran kalor
Hantaran kalor atau koefisien hantaran kalor dari pelumas adalah sangat
penting untuk penyerapan kalor dalam reservoar atau alat pendingin. Koefisien
hantaran kalor bahan pelumas 1/5 dari nilai untuk air (γ minyak : 0,483kJmJo C).
C. Sifat – Sifat Kimia Bahan Pelumas
Sifat-sifat bahan pelumas dinyatakan dengan kekuatan pembentukan
lapisan film tipis pada kekentalan minyak, hal ini disebut dengan istilah oillines
yang bergantung pada kohesi dan adhesi dari bahan, serta viskositas bahan
87
pelumas. Sifat- sifat ini sangat menentukan sifat mampu beban, artinya sifat dapat
dibebani yang dimiliki oleh pelumasan bantalan, gesekan mekanis, dan ketahanan
terhadap keausan.
1. Pembentukan buih (aero emulsi)
Terbentuknya sedikit buih yang timbul pada permukaan minyak dalam
reservoar, hendaknya dapat dihilangkan. Udara yang terdapat dalam buih
seberapapun besarnya dan dengan cara bagaimanapun tidak boleh terisap oleh
pompa instalasi hidrolik, hal ini akan mengurangi kemampuan daya kerja dengan
adanya udara palsu tersebut pada minyak, tertahannya buih yang mengandung
udara akan semakin kuat namun perubahan penguapan menjadikan banyak
kerugian yang ditimbulkan karena adanya peristiwa tersebut.
2. Kecenderungan terbentuknya emulsi
Minyak dan air tidak akan mengalami persenyawaan kimiawi, namun
terbentuknya suatu emulsi (suatu dietribusi yang halus antara zat cair satu ke zat
cair lainnya) adalah selalu mungkin. Prestasi-prestasi dalam mekanis dari minyak
tidak boleh terpengaruh oleh beberapa persen air. Secara ringkas hal ini dapat
diartikan dengan adanya kelembaman dalam udara, hendaknya selalu diingat
bahwa akan ada air yang masuk kedalam mimyak melalui reservoir, sifat-sifat dari
minyak menjadi lebih jelek karenanya, dan harus dicoba untuk memilih jenis
minyak yang mampu menyerap dan memisahkan air.
3. Ketahanan terhadap penuaan
Ketahanan terhadap penuaan adalah hambatan yang dilakukan minyak
terhadap pencemaran kimiawi, oleh udara, air, berbagai jenis logam, dan
temperatur tinggi. Yang dimaksud penuaan disini adalah : (1) Oksidasi,
beroksidasinya minyak akan mengakibatkan suatu pengasaman dan perubahan
susunan kimia. Oksidasi ini muncul karena persenyawaan hidrokarbon dan
oksigen dengan udara, oksidasi ini bisa terjadi karena beberapa sebab, antara lain
:temperatur yang tinggi dan kemungkinan terserapnya oksigen dalam minyak
88
yang menjadi larut karenanya, (2) Polimerisasi, adalah berangkainya molekul-
molekul kecil menjadi molekul-molekul besar. Molekul kecil dan halus ini timbul
karena hasil penuaan yang ditimbulkan oleh produk-produk halus polimerisasi,
yang dapat larut seperti aspal keras dan damar pada mimyak bumi. Polerisasi
berbentuk pengendapan yang lengket dan dapat mengganggu suatu proses
pengerjaan instalasi hidrolik/disfungsi pelumasan.
4. Korosi
Korosi adalah pencemaran yang bersifat kimiawi dan elektro kimiawi
terhadap logam. Pembetukan korosi dapat terjadi karena adanya: oksidasi,
gesekan, dan kelembaban, akibat kondensasi dan mengalir bersama minyak
ketempat–tempat yang mudah korosi. Untuk minyak pelumas yang digunakan
dalam waktu yang lama biasanya mengandung bahan tambahan untuk mencegah
korosi. Inhibitor oksidasi dan inhibitor korosi, berupa persenyawaan unsur fosfor
dan belerang yang dapat memberikan perlindungan terhadap oksidasi.
5. Pencemaran terhadap perapat-perapat
Minyak hidrolik/pelumas mempersyaratkan untuk tidak melakukan
kerusakan terhadap perapat yang dipakai. Mengembang dan menyusutnya
material perapat adalah bergantung pada tipe dan susunan minyak yang
bersangkutan, ditentukan oleh karaketer minyak berupa kadar komponen yang
mengandung aroma. Untuk menilai suatu perapat dalam minyak pelumas yang
mempunyai temperatur campuran dari 50% minyak dan 50% anilin murni mulai
menjadi keruh, pengeruhan merupakan sifat yang khas dari setiap minyak
pelumas.
D. Aditif, fungsi dan kegunaannya.
Selain pelumas, terdapat pula bahan tambahan yang disebut oil treatment
dan engine treatment. Oil treeatmeant atau aditif adalah suatu bahan tambahan
yang berfungsi sebagai “vitamin” bagi oli. Kegunaanya bermacam-macam, antara
lain sebagai pembersih (detergent dispersent), anti beku (anti freeze), anti busa
89
(anti foam), mempertahankan kekentalan oli (viscosity index improver), dan
penguat lapisan film.
Aditif sebagai pembersih mengandung semacam larutan pembersih
kotoran pada logam dan di dalam pelumas itu sendiri. Kotoran-kotoran itu akan
larut dan mengalir bersama pelumas yang akhirnya terbawa melewati saringan
dan tertahan. Aditif anti beku kurang populer di Indonesia karena memang tidak
diperlukan di daerah tropis. Tetapi dinegara-negara beriklim sedang dan dingin,
aditif ini angat membantu saat mesin di start di pagi hari.
Aditif anti busa dibutuhkan untuk mencegah munculnya buih pada oli
akibat putaran mesin tinggi. Adanya gelembung udara akan mengganggu proses
pelumasan jika gelembung tersebut menempel pada logam mesin. Logam yang
berada tepat dibawah gelembung sama sekali tidak terlapisi pelumas, sehingga
pada saat gelembung pecah, logam dengan logam akan saling bergesekan,
sehingga mempercepat keausan. Aditif untuk mempertahankan kekentalan oli
mesin diperlukan untuk mencegah pelumas mengencer, pada suhu mesin yang
terlalu tinggi akibat mesin bekerja dalam waktu lama pada suhu udara panas,
misalnya pada saat macet, pelumas akan mengencer. Pelumas encer tentu saja
kurang efektif menjalankan tugasnya. Karena itulah diciptakan aditif yang dapat
mempertahankan kekentalan oli.
Selain itu, ada juga bahan aditif yang berfungsi memperkuat lapisan film
oli. Dengan adanya aditif jenis ini, lapisan film oli menjadi semakin kuat
mengikat pelumas pada permukaan logam yang dilapisinya. Bila aditif
ditambahkan ke dalam pelumas, sebaiknyaa dicampur dan diaduk dengan oli
mesin terlebih dahulu sebelum oli mesin dituangkan kedalam mesin.
Dengan cara ini pencampuran aditif dengan oli lebih sempurna. Namun,
sebelum itu dilakukan, spesifikasi pelumasnya perlu dicek terlebih dahulu. Sebab,
beberapa merek oli mesin sudah dilengkapi dengan aditif, sehingga tidak
diperlukan aditif lagi. Pembacaan petunjuk pemakaian pelumas pada kemasanya
akan membantu ketepatan dalam pemilihan penggunaannya. Perlu diingat juga,
aditif-aditif tadi bukan untuk memperpanjang usia kerja pelumas. Jadi
penggantian pelumas tetap seperti jadwal yang telah dipersyaratkan.
90
Selain oil treatment ada bahan tambahan lain yang disebut engine
treatment. Bahan ini mengandung PTFE, zat atau cairan semacam teflon yang
sangat licin. Bahan ini melindungi permukaan logam dalam waktu lebih lama.
Untuk dapat menggunakannya, bahan ini dicampur dengan oli mesin biasa. Bahan
ini akan melekat dengan sempurna ketika jarak tempuh melampaui 5.000 Km.
Setelah itu, oli dapat diganti seperti biasa. Pada saat oli lama dibuang PTFE akan
tetap melekat pada permukaan logam dan dapat bertahan sampai kira-kira 25.000
Km.Tetapi ingat, meski ada PTFE oli mesin diganti seperti biasa. Engine
treatment ini ada yang dijual dalam kemasan.
Ada juga suatu produk yang disebut engine flush, atau pembersih nesin.
Cairan ini berfungsi untuk membersihkan permukaan logam mesin dari pelumas
maupun kerak-kerak yang menempel. Cara penggunaannya cukup sederhana,
Tuangkan cairan tersebut ke dalam mesin sebelum oli dikeluarkan (ditap).
Hidupkan mesin selama 10-15 menit agar bahan pembersih tersebut bersirkulasi
bersama pelumas, melarutkan semua kotoran yang dilewatinya termasuk
melepaskan pelumas dari logam mesin. Setelah itu, keluarkan pelumas yang sudah
tercampur bahan pembersih itu. Kotoran yang terbawa akan tersangkut di saringan
pelumas, sehingga saringan pelumas harus diganti bersamaan dengan penggantian
pelumas merek lain. Maka penggantian merek pelumas tidak bisa dilakukan
sembarangan. Sebaiknya mesin dikuras dulu dengan engine flush, sehinga mesin
benar-benar bersih dari pelumas lama. Pelumas mesin yang terdiri atas lebih dari
satu macam (merek) daya lumasnya berkurang.
E. Karakteristik bahan pelumas.
Minyak pelumas (oli) merupakan salah satu bagian yang terpenting dalam
mesin piston (motor bakar), atau mesin-mesin dimana terdapat komponen
yang bergerak, seperti shaft, bearing dan gear. Hal ini karena oli berfungsi
sebagai pelumas pada permukaan komponen yang saling bersentuhan.
Dengan adanya pelumas, energi yang terbuang karena gesekan menjadi
minimal dan dengan demikian usia pakai komponen menjadi bertambah.
Fungsi oli yang lain adalah sebagai pendingin dari efek panas yang
91
dihasilkan pembakaran bahan bakar dan dari gesekan antara komponen
dengan jalan adanya sirkulasi pelumas itu sendiri.
Bahan dasar minyak pelumas baik minyak pelumas otomotif ataupun
industri pada umumnya berupa minyak mineral yang merupakan campuran
dari beberapa jenis hidrokarbon minyak bumi. Pada era industrialisasi ini,
kebutuhan akan minyak bumi meningkat dengan tajam. Sebaliknya
persediaan minyak bumi di dunia makin menipis. Keadaan ini memacu
produksi minyak sintetis sebagai bahan dasar alternatif dalam pembuatan
minyak pelumas. Meskipun harga minyak sintetik ini relatif lebih mahal
daripada minyak mineral, namun pada umumnya minyak ini mempunyai
sifat yang lebih unggul terutama dalam hal stabilitas termalnya, sifat alir,
indek viskositas dan stabilitas penguapannya. Oleh karena itu minyak
pelumas yang diformulasikan dengan minyak sintetis akan memberikan
unjuk kerja yang lebih baik dibandingkan dengan formulasi dengan
minyak mineral. Ada dua jenis pelumas yaitu pelumas mineral dan sintetis. Pelumas mineral
adalah campuran antara minyak bumi yang ditambah zat aditif, sedangkan yang sintetis adalah
minyak bumi yang melalui proses kimiawi diubah menjadi bahan sintetis dengan menganulir sifat
yang tidak menguntungkan dalam pemkaian. Bahan sintetis daya tahannya terhadap panas lebih
tinggi sehingga oli tidak mudah rusak dan tahan lebih lama terhadap oksidasi. Sebab itu, harga oli
sintetis lebih mahal daripada oli mineral.
Ada beberapa karakteristik pelumas atau oli, yaitu : (1) mendinginkan dan
membersihkan mesin, sebagai pelumas oli melumasi (lubricating) seluruh
komponen yang bergerak di dalam mesin untuk mencegah terjadinya kontak
langsung antar komponen yang terbuat dari logam, dalam hal ini unsur kekentalan
(viskositas) sangat penting, (2) sebagai pelumas, yaitu mengurangi keausan
bagian-bagian yang bergerak, (3) mempunyai ketahanan yang tinggi terhadap
pembentukan lapisan film minyak yang dapat melindungi logam dari penyebab
keausan, (4) dapat mendingin-kan mesin dengan menyerap kalor, artinya pelumas
oli harus mampu mengurangi panas yang ditimbulkan oleh gesekan antar logam
92
pada mesin yang bergerak, seperti klep (katup) atau bearing (laher), dan (5) dapat
membersihkan bagian–bagian mesin dari oksidasi sehingga dapat mencegah
terjadinya korosi. Proses pembakaran di dalam ruang bakar dapat memacu
menimbulkan oksidasi sehingga menghadirkan kerak dan korosi pada logam.
Dengan demikian pelumas oli berfungsi untuk membersihkan bagian-bagian
mesin dari oksidasi dan mencegah terjadinya karat di dalam mesin.
Pelumas memiliki dua karakteristik , yakni SAE dan API. SAE adalah
untuk menandai tingkat kekentalan (viskositas). Misalnya, SAE 20W-50. Huruf W
berarti winter (musim dingin). Itu berarti dalam suhu dingin (pada musim dingin),
kekentalan pelumas atau oli berada pada angka viskositas SAE 20. Sementara
angka 50 berarti pada udara panas tingkat kekentalan pelumas atau oli akan
berubah menjadi 50. Inilah yang disebut pelumas atau oli multigrade yang
memiliki beberapa tingkat (grade) kekentalan. Sedangkan karakteristik pelumas
atau oli monograde hanya memiliki satu tingkat kekentalan, misalnya SAE 40 dan
SAE 50.
F. Karakteristik Sifat Tugas / Fungsi Bahan Pelumas.
1. Viskositas (Viscosity) dan Index viskositas (viscosity index).
Secara fisik minyak pelumas mempunyai sifat kental/kekentalan yang
menahan laju alirannya dalam suatu bejana uji, makin kental minyak laju aliran
dekat permukaan akan makin lambat atau gaya geser/gesek antara minyak dan
permukaan makin besar. Dalam prakteknya pemilihan Viskositas minyak
pelumas untuk mesin harus disesuaikan untuk mencapai sirkulasi pelumas
yang lancar (tenaga luar yang diperlukan ringan) dan kedua permukaan yang
dilumasi bergerak bebas. Ukuran kekentalan minyak pelumas digunakan
satuan Redwood seconds, derajat Engler, Saybolt Universal Seconds, centi Stokes
(cSt ). Klasifikasi Viskositas dibagi dalam 2 sistem yaitu untuk industri dengan
istilah oil viscosity grade dan untuk automotive dengan istilah SAE. Indek
viskositas atau Viscosity Index adalah angka yang menunjukan kemampuan
minyak mempertahankan kekentalannya terhadap perubahan temperatur yang
diderita minyak. Makin tinggi (V I) minyak, makin stabil tingkat
93
kekentalannya terhadap perubahan temperatur dan sebaliknya. Minyak dasar
parafinik mempunyai indek viskositas medium, minyak dasar naphtenik
mempunyai index viskositas rendah. Untuk memperbaiki index viskositas oleh
pembuat minyak pelumas ditambahkan Additive Viscosity Index Improver.
Dalam menentukan angka kekentalan atau viskositas serta index viskositas
untuk operasi pembangkitan harus sesuai dengan yang diperlukan karena
mempengaruhi kemampuan minyak mendukung beban lewat oil fim pressure.
Dengan angka index viskositas rendah maka kekuatan oil film akan sangat
tergantung temperatur operasi. Viskositas diukur dengan satuan cSt pada
temperatur 40 der. C dan 100 der.C. Pemeriksaan test laboratorium terkait
dengan viskositas minyak pelumas, apabila viskositas minyak turun lebih
dari 20 % dan atau naik lebih dari 20 %, maka minyak pelumas itu harus
diganti. Hal di atas dapat disebabkan oleh tercampurnya minyak pelumas dengan
bahan bakar HSD (viskositas turun) atau penguapan minyak berlebihan
(viskositas naik). Khusus untuk tercampurnya minyak dengan HSD disebut juga
fuel dilution, effek fuel dilution pada minyak pelumas adalah menurunkan
titik flash point serta menurunkan viskositas atau kemampuan membentuk oil
film.
2. Berat jenis (Specific gravity) minyak pelumas.
Diukur pada temperatur 15 der.C dengan satuan kg/l, makin kental
minyak pelumas makin tinggi berat jenisnya, besarnya < 1.0 kg/l. Berat
Jenis minyak pelumas akan berpengaruh pada pemakaian jenis unjuk kerja bagian
mesin yang tertentu.
3. Flash point dan pour point.
Diukur dalam der. C, flash point (titik siap terbakar) rata-rata di atas 200
der.C, pour point untuk kondisi rata-rata Indonesia kurang diperhatikan karena
temperatur udara cukup tinggi. Apabila flash point terlalu rendah dapat jadi
masalah dengan banyaknya pelumas yang ikut terbakar (terbuang) dan adanya
94
bahaya kebakaran. Batasan nilai flash point minyak pelumas pada pemeriksaan
laboratorium test dibawah 180 der.C, maka minyak disarankan untuk diganti.
4. Total base number / TBN.
Merupakan angka kadar basa yang dinyatakan dalam mg.KOH/gram.
Tingkat angka TBN merupakan ukuran kemampuan minyak pelumas untuk
menetralisir asam kuat (sulfat) yang terjadi dari proses pembakaran dalam
silinder, selanjutnya dalam proses pendinginan gas hasil pembakaran tidak
menyebabkan korosi didinding dan permukaan silinder, piston ring dan lainnya.
Bahan aditif yang biasa digunakan untuk memperbaiki TBN antara lain senyawa
Calsium, Barium atau Magnesium. Secara praktis untuk operasi diesel nilai TBN
ditentukan dengan rumus :
6 % berat kandungan Sulfur dalam bahan bakar
(Sulfurcontent). Dengan perkembangan teknologi rumus :
min. TBN : 5 + 6 x % Sulfur content.
PLN mengoperasikan diesel menggunakan bahan bakar HSD dengan
kandungan Sulfur < 1 %, sehingga pemakaian minyak pelumas (baru) oleh
PLN mayoritas dengan angka TBN diatas 11, misalnya Medripal 411 atau Shell
Gadinia 40. Untuk diesel dengan bahan bakar MFO/minyak bakar, pemakaian
pelumas dengan nilai TBN 30, mis. Medripal 430 atau Shell Argina T.
Penggunaan minyak pelumas dengan angka TBN terlalu tinggi akan berakibat
timbulnya kerak hitam di dinding sebelah dalam frame/crank case, karena
senyawa Calsium/ barium/ magnesium akan menempel di dinding dimaksud.
Penggantian minyak pelumas berkaitan dengan turunnya angka TBN yaltu bila
dalam hasil pemeriksaan/test laboratorium minyak angka TBN sudah turun
mencapai di bawah 60 % angka awalnya.
5. Pencegah karat / korosi.
Minyak pelumas harus mampu mencegah atau mengurangi proses
timbulnya karat sebagai proses korosi atau melindungi permukaan yang dilumasi
95
dari terbentuknya karat. Untuk meningkatkan kemampuan pencegahan
timbulnya karat ditambahkan bahan aditif “anti karat”.
6. Mencegah keausan.
Untuk pembebanan kontak antara bidang yang dilumasi yang relatif tinggi,
kemampuan minyak untuk mencegah keausan secara pasif dengan membentuk
lapisan film yang kuat di permukaan yang dilumasi, sehingga mampu mengurangi
permukaan sentuh logam yang dilumasi (anti wear) dan secara aktif bereaksi
dengan permukaan logam untuk mencegah terjadinya proses pengelasan setempat
(Extreme Pressure) akibat beban yang tinggi.
7. Detergency dan dispersansi/dispersancy.
Detergency dimaksud adalah kemampuan minyak pelumas untuk
membersih-kan dinding/surface dari kotoran yang timbul hasil pembakaran (high
temperature detergency) pada silinder liner, piston serta pembersihan dalam crank
case (misalnya counter weight, crank shaft, connecting rod dll. ) atau disebut juga
low temperature detergency. Dispersansi adalah kemampuan minyak pelumas
untuk mengurai atau memisahkan kotoran hasil pembakaran menjadi butiran
bebas, dengan maksud agar tidak terjadi penggumpalan zat (soot/jelaga atau
sludge) yang dapat merusak mesin, selanjutnya kotoran dalam bentuk butiran
bebas dapat dikeluarkan dari sistem pelumasan lewat LO Filter atau LO
Centrifugal Separator. Minyak pelumas yang mempunyai kemampuan
dimaksud di atas dalam operasinya biasanya berwarna kehitam-hitaman atau
lebih cepat hitam. Bahan aditif yang dicampurkan pada minyak dasar adalah
detergent dan dispersant additive.
8. Sifat minyak untuk memisahkan air / Water Separation.
Adanya kandungan air dalam minyak pelumas mempengaruhi viskositas
dan menyebabkan kegagalan pelumas dalam membentuk lapisan film minyak
pada permukaan yang bersinggungan/ bergesekan. Dengan adanya air dalam
minyak, maka jika ada hasil pembakaran dari bahan bakar yang mengandung
96
Sulfur, terutama akan mempercepat terbentuknya asam sulfat yang sangat
korosif, selain itu bahan yang tidak terlarut dalam minyak akan membentuk
kelompok butiran (njendel) yang selanjutnya akan mengurangi kemampuan
minyak pelumas. Kadar air dalam pelumas dapat disebabkan oleh pengembunan
uap air diudara (dalam sump tank), kebocoran dari oil cooler (mengandung
garam ), cylinder cooling jacket dan lainnya. Untuk itu minyak harus
mempunyai sifat untuk memisahkan diri dari air dan batasan kandungan air
dalam minyak pelumas adalah 0.2 % volume. Jika nilai batas terlampaui
maka operasi centrifugal separator harus efektif dalam partisipasinya untuk
mengendalikan pemisahan air dari minyak pelumas. Pada pemeriksaan minyak
pelumas, pemeriksaan kadar air harus ada, dan jika diketahui berlebih maka harus
segera diteliti lebih lanjut untuk kepastian penyebabnya. Hubungannya dengan
pemeriksaan flash point adalah jika kandungan air lebih dari 0.5% dalam contoh/
sample minyak maka hasil test flash point tidak menunjukkan yang
sebenarnya.
9. Ketahanan terhadap oxidasi/Oxidation Stability.
Proses oksidasi pelumas menyebabkan kerusakan (deteorisasi atau
degradasi/ penurunan kualitas) pelumas. Adanya oksigen dalam udara (dalam
crank case) diaduk/diagitasi aliran pelumas dari sisi atas/dari piston yang
bergerak naik turun pada suhu tinggi (terutama pada bidang kontak piston-liner)
akan berakibat terjadi reaksi kimia antara oksigen dengan komponen minyak.
Hal ini menyebabkan timbulnya kotoran/sludge dan asam yang dapat
menimbulkan masalah selanjutnya. Untuk itu minyak pelumas harus mempunyai
sifat/kemampuan anti oksidasi guna melindungi diri dari proses kerusakannya
serta mengemban tugasnya untuk menetralisir asam-asam (dengan nilai TBN)
yang terjadi dari hasil pembakaran di ruang bakar.
10. Ketahanan struktur terhadap panas/Thermal Stability.
Kegiatan operasional dalam penggunaan minyak pelumas dalam jangka
panjang dengan temperatur tinggi, komposisi kimia minyak pelumas tetap/ stabil
97
atau tidak berubah menjadi sludge, atau polimer yang dapat mengurangi
kemampuan minyak itu sendiri. Sifat alami penguapan minyak pelumas, secara
alami bahwa jika minyak dipanaskan akan terjadi penguapan, hal ini menjadi
kontribusi pemakaian konsumsi minyak pelumas dapat diperhitungkan lebih
seksama.
11. Kemampuan minyak pelumas untuk tidak berbusa (anti foaming).
Sirkulasi jumlah aliran minyak pelumas dalam mesin cukup tinggi, sampai
lebih dari 10 x volume minyak dalam sump tank per jam. Selama sirkulasi,
minyak diaduk secara intensif dengan udara yang terdapat di crank case,
sehingga terjadi gelembung udara atau busa (foaming). Dengan timbulnya busa
dalam minyak sangat mempengaruhi kualitas pelumasan, terjadi penurunan
kualitas pelumasnya dan dapat membahayakan bagian mesin khususnya bearing.
Untuk itu minyak pelumas harus mempunyai kemampuan untuk tidak membentuk
busa dan sekaligus dapat memisahkan diri dari udara/oksigen, atau mengurangi
tingkat oksidasi minyak. Ketidak larutan partikel minyak pelumas dalam cairan
pentane (normal pentane insoluble matter) dan cairan toluena. Minyak pelumas
dapat larut dalam normal pentane, tetapi partikel yang padat (solid contaminant)
tidak larut didalamnya. Contaminant dimaksud di atas terdiri dari hasil oksidasi
bahan bakar dan atau pelumas, hasil proses netralisasi calsium compound (effek
proses base number), debu kikisan karat dan atau keausan (debris) dan jelaga
(shoot). Beberapa kontaminan yang larut dalam minyak pelumas dapat
meningkatkan viskositas minyak dan dapat membentuk deposit/kotoran pada
piston serta di oil cooler (sisi minyak) sehingga mengurangi kemampuan
perpindahan panas dari minyak ke pipa cooler. Deposit yang ada di piston dapat
mengeras akibat temperatur tinggi dalam waktu yang relatif lama, sehingga untuk
membersihkannya harus secara mekanikal/digosok. Untuk
menghindarkan/mengurangi resiko terbentuknya deposit keras di piston maka
harus dilakukan peningkatan.
98
G. Upaya perlindungan bahan pelumas yang berhubungan dengan sifat
fisika dan kimia bahan pelumas.
Ketahanan terhadap penuaan harus bisa mencapai suatu masa pakai yang
lamadan untuk menghindarkan pendamaran. Ketahanan terhadap penuaan barulah
akan memadai njika ada penggunaan yang normal minyak hanya stui kali dalam
setahun harus diperbarui kira-kira 2500 jam pengerjaan. Minyak hidrolik yang
kurang tahan terhadap penuaan pada penggunaan yang lama akan menimbulkan
pemisahan secara kimia dan mengendapakan ter dan zat-zat yang mengandung
damar. Proses yang dapat meningkatkan temperatur lebih cepat di atas 70o C
diharuskan mendapatkan pendinginan dalam instalasi hidrolik hendaknya diingat
bahwa penekanan udara yang terdapat dalam minyak dalam keadaan tidak larut
dapat menyebabkan terjadinya tempertur setempat yang sangat tinggi.
Perlindungan yang dapat diberikan oleh minyak uji pada temperatur sampai
dengan 130 C. logam– logam seperti baja paduan , nikel dan tembaga diuji
berdasarkan DIN 51759 (ASTM) D665.
DAFTAR PUSTAKA
Krist Dr. Ing, HIDRAULIKA, ERLANGGA, JAKARTA, 1999.
www. Indomedia.com/intisari/1998/maret/b_oil.htm
www. Motor plus-online.com/artikel/2/edisi106/info-teknik 1.asp
www. Pertamina.com
99
BAB VIII
PELUMAS MESIN Prinsip pelumasan adalah bertujuan untuk mencegah kontak langsung dua
bagian komponen mesin yang bergeser. Pencegahan dilakukan dengan memberikan lapisan minyak. Lapisan ini berfungsi untuk memberi jarak sehingga dapat mrngurangi gesekan antara kedua logam tersebut. Karakteristik pelumasan diperhitungkan pada pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, aditif pada minyak pelumas yang digunakan, tingkat kekentalan minyak pelumas, klasifikasi pelumas, dan macam sistem pelumasan. Pengaruh minyak lumas terhadap logam adalah melapisi permukaan sehingga kontak langsung antar logam tidak terjadi. Keadaan karena adanya pelumasan hidrodinamis dan hydroststis. Efek pelumasan terhadap poros dan bantalan yaitu akan mengurangi koefisien geseknya.
DESKRIPSI:
Materi dalam bab VIII. akan dipelajari tentang: (1) Prinsip pelumasan, (2) Pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, (3) Aditif pada minyak pelumas, (4) Tingkat kekentalan, (5) Klasifikasi pelumas, dan (6) Macam sistem pelumasan
TUJUAN INSTRUKSIONAL KHUSUS.
Setelah mempelajari materi pada bab V1I mahasiswa dapat: mengetahui: (1) mengetahui prinsip pelumasan pada pemakaian, (2) mengetahui pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas, (3) Memahami fungsi dan guna aditif pada minyak pelumas, (4) mengetahui hubungan tingkat kekentalan dengan operasi pelumasan, (5) mengetahui standar klasifikasi pelumas, dan (6) menjelaskan prinsip kerja dari macam sistem pelumasan.
100
BAB VIII. PELUMAS MESIN
A. Prinsip pelumasan
Tujuan utama dari pelumasan adalah untuk mencegah kontak langsung dua
bagian yang bergeser. Dengan terjadinya gesekan muka/tonjolan halus pada muka
logam akan patah dan membuat tonjolan yang baru. Hal ini dapat dicegah dengan
memberikan lapisan minyak. Lapisan ini berfungsi untuk memberi jarak sehingga
dapat mrngurangi gesekan antara kedua logam tersebut. Dengan demikian dapat
mengeliminir luas bidang gesek, sehingga koefisien gesek juga menjadi lebih
kecil. Pemanfaatan yang ada menjadikan komponen logam mempunyai masa
operasi yang lebih panjang dengan menghindari terjadinya keausan. Pengaruh
minyak lumas terhadap logam adalah apabila logam diluncurkan diatas minyak
maka logam akan cencerung bergerak mengambang, sehingga kontak langsung
antara logam dengan landasan tidak akan terjadi. Keadaan ini terjadi karena
adanya pelumasan hidrodinamis dan hydrostatis. Efek pelumasannya terhadap
poros dan bantalan yaitu akan memperkecil koefisien geseknya.
Pvzf .
Κ=
dimana :
f = koefisien gesek
K = konsanta
Z = viskositas
V = kecepatan gerak
P = gaya yang diterima oleh pelumas
Apabila viskositasnya nol, maka akan terjadi koefisien gesek yang cukup
besar, demikian juga halnya apabila viskositasnya terlampau besar akan
mengurangi tenaga untuk menggerakkan komponen. Jadi untuk sistem pelumas
tertentu diperlukan juga viskositas tertentu pula. Kecepatan gerak juga
mempunyai pengaruh yang sama seperti halnya viskositas tersebut.
101
B. Pengaruh proses pembakaran terhadap minyak pelumas.
Proses pembakaran adalah proses persenyawaan antara senyawa
hidrokarbon yang terkandung dalam bahan bakar dengan oksigen yang terkandung
dalam udara yang disertai pelepasan energi panas. Dalam proses pembakaran
tidak semua H2O keluar terbawa gas bekas, namun ada yang terbawa ke oli dan
hasilnya adalah sludge yang bersifat memfasilitasi karat. Apabila terjadi
pembakaran tidak sempurna, carbon akan bercampur dengan minyak dan
mengendap membentuk kerak yang keras. Adanya di dalam bahan bakar
terkandung belerang ± 0,1% jika belerang mempunyai kesempatan bereaksi
dangan oksigen dan dilanjutkan bereaksi dengan air maka akan terbentuk zat yang
bersifat asam yang sangat korosif. Untuk menjalankan fungsinya dalam mengatasi
masalah-masalah yang ditimbulkan oleh proses pembakaran ini, maka minyak
lumas harus mempunyai syarat-syarat tertentu.
C. Aditif pada minyak pelumas.
Agar dapat digunakan pada kendaraan dan mencegah kerusakan pada
bagian yang bergesekan maka minyak lumas perlu dicampur suatu aditif. Aditif
yang sering digunakan adalah: (1) Ditergens yaitu untuk mencegah terjadinya
endapan pada suhu tinggi, (2) Dispersant untuk mendepres lumpur yang terjadi,
dan (3) Corrosion inhibitors melindungi logam-logam dalam mesin dari pengaruh
korosi.
D. Tingkat kekentalan.
Kekentalan adalah besarnya tahanan dalam suatu pengaliran minyak
lumas, dan derajat kekentalan adalah menunjukkan besarnya kekentalan. Derajat
kekentalan minyak lumas dinyatakan dalam SAE, dan untuk menentukan derajat
kekentalan mana yang dipakai harus berpedoman oleh faktor-faktor berikut: (1)
Besar clearance yang akan ditempati minyak, (2) Besar beban yang harus
didukung minyak, (3) Temperatur operasi, (4) Luas bidang gesek, dan (5)
Kecepatan gerakan.
102
Berdasarkan faktor-faktor di atas, maka ada 2 jenis minyak pelumas yaitu
single grade dan multi grade oil. Single oil grade adalah pengukuran viskositas
minyak lumas pada temperatur 98,9 0C yaitu pada temperatur kerja mesin. Multi
grade oil adalah minyak lumas yang karena perubahan derajat kekentalannya
tidak terpengaruh oleh temperatur pemakaian, maka cocok untuk semua mesin
atau disebut minyak untuk semua mesin (all season oil), dan biasanya dalam
pasaran oli ini memakai kode W di belakang viskositas indek. Kode W di
belakang angka indek kekentalan menunjukkan Winter yang artinya penyebutan
musim, di mana musim yang dimaksud mempunyai persyaratan untuk tingkat
kekentalan minyak pelumas. Dengan demikian pelumas dengan menggunakan
kode demikian berarti mampu pakai dalam cuaca ganda.
Viskositas indek
Viskositas indek adalah menunjukkan kemampuan suatu jenis minyak
lumas terhadap suatu perubahan temperatur. Setiap minyak pelumas mempunyai
batas kemampuan di mana batas kemampuan tersebut, mesin yang dilumasi dapat
distart dalam keadaan dingin dan dapat bekerja optimum pada temperatur
kerjanya. Batas kemampuan ini disebut Viskositas indek ( VI )
E. Klasifikasi pelumas.
Klasifikasi A.P.I. service pada mesin bensin
Kode Bahan
SA Straight mineral oil (S.M.O )
SB S M O + anti rust + anti oksidasi
SC S M O − anti rust + anti oksidasi + detergensi + despersansi
SD Sama dengan SC + detergensi + depersency yang kuat
SE Sama dengan SC + detergensi + depersency yang kuat
Catatan :
SE untuk mobil-mobil produksi tahun 1973 keatas
SD untuk mobil-mobil produksi tahun 1968 −1972
103
SC untuk mobil-mobil produksi tahun 1964 − 1967
Klasifikasi A.P.I. service pada mesin disel
Kode Penggunaan
CA Mesin disel, model tua, kerja ringan
CB Mesin disel,operasi menengah
CC Mesin disel,turbo charde, operasi menengah
CD Mesin disel,turbo charde, operasi berat
Penggunaan minyak lumas mesin bensin dan disel dibedakan karena pada
Disel mempunyai tekanan kompresi yang lebih tinggi, suhu kompresi tinggi
sehingga akan memudahkan oksidasi. Di samping itu kadar sulfur pada bahan
bakar lebih tinggi, dapat terjadi pembentukan asam yang lebih kuat sehingga total
base number harus besar diatas 60.
F. Macam sistem pelumasan
Sistem pelumasan yang biasa dikenal ada 2 macam yaitu sistem pelumasan
kering (dry pump system) dan sistem pelumasan basah (wet pump system). Pada
mesin-mesin mobil kedua sistem ini dipakai dengan jumlah pemakaian yang
berbeda dimana sistem basah yang banyak dipergunakan. Sistem pelumasan
kering adalah sistem pelumasan dimana tangki oli ditempatkan diluar mesin
sehingga ruangan bak engkol selalu kering. Sedang sistem pelumasan basah yaitu
sistem pelumasan yang mempergunakan tangki oli pada bak engkol.
Macam-macam sistem pelumasan basah:
Sistem percikan (splash system)
Pada sistem ini oli dipercikkan oleh batang penggerak piston yang
mempunyai sendok. Oli ditempatkan pada cawan yang kemudian disendok oleh
sendok yang terdapat pada batang penggerak piston tersebut untuk kemudian
melumasi bearing poros engkol dan dipercikkan ke dinding silinder yang
memerlukan pelumasan, dan oli yang dipercikkan selanjutnya akan melumasi
poros bubungan beserta komponen mesin yang lainnya. Tetapi untuk melumasi
poros engkol dan bearingnya oli ini tidak dapat melumas dengan sempurna.
104
Sistem penyaluran dengan tekanan (pressure feed system).
Pada sistem ini oli disalurkan dengan cara ditekan oleh pompa oli yang
digerakkan bersamaan perputaran poros engkol. Bagian-bagian yang dilumasi
seperti bearing poros engkol, bearing poros bubungan, poros rocker arm dilakukan
dengan cara ditekan langsung oleh pompa oli ke seluruh bagian yang
memerlukan, sedangkan untuk pelumasan dinding silinder dan roda gigi timing
dengan cara disemprotkan melalui nosel, untuk pelumasan bubungan, pengangkat
katup, push rod dan batang katup dengan cara memanfaatkan tetesan oli yang
akan kembali ke oil pan setelah melumasi rocker arm maupun komponen yang
lain.
Sistem kombinasi tekanan dan percikan.
Pada sistem ini pelumasan untuk poros engkol, poros rocker arm
dilakukan dengan cara ditekan menggunakan pompa oli, sedangkan pelumasan
untuk dinding silinder dengan cara percikkan. Adapun komponen-komponen yang
digunakan adalah:
1. Pompa oli
Pompa oli berfungsi untuk mengalirkan oli dari oil pan ke sistem
pelumasan dengan cara membuat perbedaan tekanan antara saluran dari oil pan
dengan saluran sistem pelumasan yang lain.
Cara kerja dari pompa oli ini adalah sebagai berikut:
Bila roda gigi A berputar dengan arah seperti terlihat pada gambar, maka
roda gigi B juga akan berputar dengan arah yang berlawanan dengan roda gigi A.
Pada keadaan ini ruangan 1 yang dihubungkan dengan oil pan akan terjadi
kevakuman, sehingga oli mengalir dari oil pan keruangan 1. Oli ini akan berputar
bersama-sama roda gigi A dan B.
Oli ini oleh roda gigi A dan B kemudian dibawa sampai ruangan 2 di mana
selanjutnya roda gigi A dan B akan saling berkaitan. Hal ini menyebabkan
terjadinya kenaikan tekanan yang disebabkan berkumpulnya oli dari roda gigi A
dan B. Ruangan 2 dihubungkan dengan sistem pelumasan bila terdapat oli yang
bertekanan pada ruangan ini, oli akan segera mengalir ke sistem pelumasan untuk
melumasi bagian-bagian yang perlu mendapat pelumasan.
105
Apabila pompa berputar dengan kecepatan yang tinggi, tekanan dan
jumlah pengaliran oli akan membesar. Untuk membatasi tekanan oli ini, agar tidak
menyebabkan kebocoran oli pada sistem pelumasan, pada pompa oli dipasangkan
pembatas tekanan atau pengatur tekanan oli yang disebut dengan relief valve atau
pressure regulator valve.
Macam-macam pompa oli:
Pompa oli yang dipakai pada mesin-mesin kendaraan, biasanya terdiri dari
jenis roda gigi, bila dilihat dari perkaitan roda gigin, macam pompa oli ada 2 yaitu
(1) gear type oil pump yang menggunakan roda gigi dengan perkaitan luar, biasa
dikenal dengan nama pompa oli roda gigi, dan (2) rotor type oil pump yang
menggunakan roda gigi dengan perkaitan dalam, dikenal dengan nama pompa oli
rotor. Ciri-ciri dari pompa oli ini dapat dilihat dari perbedaan jumlah gigi,
biasanya jumlah gigi penggerak terdapat 4 atau 6 gigi dan jumlah gigi yang
digerakkan lebih banyak satu gigi yaitu 5 atau 7 gigi.
Untuk pompa oli dengan menggunakan jumlah gigi yang banyak, lebih
dikenal dengan sebutan inscribed type oil pump, yang biasanya dipasang
disebelah depan dari poros engkol. Pompa oli model roda gigi dan rotor
mempunyai kecepatan putar dari roda gigi penggerak sama denga kecepatan putar
dari poros bubungan. Dengan demikian kebanyakan poros roda gigi penggerak
dihubungkan dengan poros bubungan pompa oli model inscribed tersebut, maka
kecepatan putar roda penggerak sama dengan kecepatan putar poros engkol.
2. Saringan oli
Fungsi saringan oli adalah untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat
di dalam oli sebelum oli tersebut melumasi bagian-bagian mesin.
Cara penyaringan oli adalah sebagai berikut:
Oli yang masih kotor mengalir dari oil pan melalui pompa oli ke bagian
luar dari elemen saringan. Laluan oli tersebut mengalir ke bagian tengah dari
saringan setelah melewati elemen penyaring yang biasanya terbuat dari kertas atau
plat-plat alumunium. Oli yang mengalir keluar dari bagian tengah penyaringan
106
sudah dalam keadaan bersih karena kotoran-kotoran sudah tersaring oleh elemen
saringan. Hal ini saringan selalu dalam posisi bersih, karena apabila elemen
saringan sudah penuh dengan kotoran, berarti saringan akan tersumbat. Keadaan
ini oli akan mengalir melalui katup pembebas (bypassvalve) kesistem pelumasan
sehingga pelumasan dalam sistem masih dapat bekerja.
Cara kerja saringan oli sentifugal adalah seperti berikut:
Oli mengalir dari oil pan melalui pompa oli keporos rotor yang
sebelumnya harus menekan cut-off valve, selanjutnya dari poros oli keluar dan
memasuki bagian dalam rotor. Pada posisi bagian dalam rotor penuh dengan oli
yang bertekanan, oli akan keluar melalui nosel yang terdapat dibawah rotor, yang
nosel ini berjumlah 2 dengan arah penyemprotan yang sama, yaitu arah tangensial
dengan sumbu rotor. Apabila oli keluar dari nosel ini maka akan menyebabkan
rotor berputar dengan kecepatan putar 3000 s/d 5000 rpm. Perputaran rotor
tersebut menyebabkan kotoran-kotoran yang terdapat pada oli akan terlempar ke
bagian dalam dinding rotor, sehingga oli yang keluar dari nosel akan benar-benar
bersih. Oli yang sudah bersih ini selanjutnya dialirkan ke olipan kembali. Sistem
pelumasan ini ada 3 penyaringan oli, yaitu (1) penyaringan secara langsung/full
flow filtering, oli yang mengalir ke bagian mesin yang akan dilumasi melewati
saringan secara langsung, sehingga bersih karena kotoran yang ada pada oli sudah
sepenuhnnya tersaring, (2) Penyaringan sebagian/partial flow filtering, Oli yang
mengalir melalui pompa oli diteruskan ke sebagian sistem pelumasan untuk
melumasi bagian-bagian mesin yang perlu dilumasi dan sebagian lagi diteruskan
ke saringan oli untuk disaring. Jadi oli yang mengalir ke bagian mesin yang akan
dilumasi masih belum bersih karena oli mengalir langsung dari pompa oli ke
sistem tanpa disaring terlebih dahulu, hal ini berdampak bahwa hasil penyaringan
baru dapat digunakan setelah oli disaring berkali-kali, (3) Kombinasi penyaringan
langsung dengan sebagian, Oli yang dipompa sebagian disalurkan ke bagian yang
akan dilumasi melalui saringan oli dan sebagian lagi dialairkan ke saringan oli,
yang selanjutnya diteruskan ke oil pan. Jadi pada sistem ini menggunakan dua
saringan oli dimana saringan oli yang satu untuk menyaring oli yang digunakan
untuk melumas dan yang satu lagi untuk menyaring oli yang ada di oil pan.
107
////////////////////////////////////
Pendingin oli/oil cooler.
Dalam sirkulasinya oli juga menyerap sebagian panas mesin dan
membawanya bersama-sama ke olipan. Akibatnya oli akan menjadi panas yang
akan mengurangi kemampuan oli untuk melumasi. Agar kemampuan oli tidak
menurun, maka temperatur oli harus tidak boleh tinggi. Untuk itu pada sistem
pelumasan harus dipasangkan pendingin oli (oil cooler) yang berfungsi untuk
menurunkan temperatur oli. Pendingin oli ini biasanya dipasang setelah oli
tersebut bersih yaitu setelah saringan oli seperti pada gambar. Jadi oli setelah
disaring selanjutnya didinginkan oleh pendingin oli kemudian digunakan untuk
melumasi bagian mesin yang harus dilumasi. Penempatan pendingin oli ini ada 2
cara yaitu penempatan pada blok mesinnya sendiri dan penempatan diluar blok
mesin yang berbentuk seperti radiator.
Penyebab pemakaian oli menjadi boros
Untuk melumasi komponen mesin yang berputar dan bergesekan agar
tidak terjadi keausan dan kebocoran maka dilengkapi dengan sistem pelumas.
Adanya pembakaran didalam mesin pelumas juga mengambil bagian yaitu sebagai
pendingin dengan jalan mengambil sebagian panas yang dihasilkan mesin.
Akibatnya pelumas cenderung menguap dalam kurun waktu tertentu setelah
dipakai pada mesin.
Berkurangnya pelumas dalam mesin harus masih dalam batas-batas
normal suatu mesin dan biasanya tergantung dari besar kecilnya mesin atau
volume langkah dari mesin tersebut. Contoh batasan yang normal untuk mesin
dengan jumlah volume langkah 2000 cc menurut hasil penyelidikan adalah kurang
dari 100 cc untuk 100 km sedangkan batas maksimumnya adalah 300 cc untuk
100 km jadi jika pengurangan pelumas melebihi 300 cc per 100 km, berarti
pemakaian pelumas terlalu boros.
I. Penyebab pemakaian pelumas yang boros adalah
Pelumas terbakar saat pembakaran, terbakarnya pelumas akibat pelumas
masuk dalam ruang pembakaran. Hal ini terjadi karena kurang sempurnanya kerja
dari komponen mesin seperti : (1) Silinder, akibat gesekan antara piston, ring dan
108
silinder diperlukan minyak pelumas. Terbakarnya lapisan pelumas ini adalah
sebagai akibat dari tebalnya lapisan yang terdapatr pada bagian dalam
silinder.Lapisan pelumas yang tebal ini disebabkan oleh celah oli yang besar
antara piston dengan silinder. Dan terdaptnya alur yang besar pada dinding
silinder, (2) Katup dan pengantar katup, pasangan katup dan pengantar katup juga
harus dapat pelumasan jika pelumasan yang terjadi berlebih sebagian pelumas
akan terhisap masuk keruang bakar dan terbakar. Pelumasan yang berlebih ini
akibat dari celah oli batang katup dengan pengantar katuo sudah terlalu besar
melampaui unit yang diperbolehkan. Meskipun sudah dilengkapi oleh oil seal
pada pengantar katup, akibat gerakan katup dan reaksi pegas katup tetap tidak
dapat mencegah terjadinya kebocoran pelumas keruang bakar, (3) Piston,
terbakarnya pelumas sebagai akibat dari kebocoran yang terjadi antar piston
dengan silinder. Kebocoran tersebut terjadi karena celah oli antar piston dengan
silinder terlalu besar, celah ring piston besar, ring oli terlalu lemah, piston retak,
ring piston aus, (4) Ventilasi mesin mampet, saat mesin berputar ada sebagian gas
yang bocor dari silinder ke crankcase saat langkah kompresi dan usaha. Aliran
udara dari ventilasi selain berfungsi menyamakan tekanan antara diluar crankcase
dengan didalamnya juga berfungsi untuk menurunkan temperatur sehingga jauh
kemungkinan terjadinya penguapan pelumas. Jika lubang ventilasi ini tersumbat
temperatur akan naik dan penguapan pelumas akan terjadi sehingga pelumas akan
ikut terbakar dalam silinder.
Pelumas bocor keluar mesin, hal ini terjadi saat mesin berputar, pelumas juga mengalami sirkulasi. Jumlah pelumas yang diambil dari oilpan harus sama dengan jumlah pelumas yang kembali keoilpan.jika yang kembali lebih kecil ada kemungkinan pelumas tersebut bocor keluar mesin akibat ketidak sempurnaan kerja beberapa komponen yaitu: (1) Oil seal dan gasket bocor, kebocoran disebabkan rusaknya beberapa oil seal seperti crankshaft oilseal,chamshat oilseal dan rusaknya beberapa gasket seperti oilpan gasket,silinder head gasket, oil filter gasket, oilfilter bracket gasket dan valve cover gasket, (2) Pompa oli, Pompa oli yang buruk karena tekanan regulator macet dan debit pelumas yang besar