II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. MOTOR BAKAR DIESEL Motor bakar adalah motor yang dapat mengubah tenaga panas hasil dari suatu pembakaran menjadi tenaga mekanik. Motor bakar dapat dibedakan dalam 2 golongan, yaitu pertama, motor dengan pembakaran di luar (External combustion engine), contohnya motor uap. Kedua, motor dengan pembakaran di dalam silinder (Internal combustion engine) contohnya motor bakar bensin dan motor bakar diesel (Hardjosentono et al. 2002). Menurut Pudjanarsa dan Nursuhud (2006), motor pembakaran dalam adalah mesin yang memanfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran, dimana antara medium yang memanfaatkan fluida kerja dengan fluida kerjanya tidak dipisahkan oleh dinding pemisah. Mesin-mesin konversi energi yang dapat diklasifikasikan kedalam mesin jenis ini adalah diantaranya motor diesel. Motor bakar diesel ditemukan pertama kali oleh sarjana jerman, Dr. Rudolph Diesel. Dia mengemukakan suatu ide untuk menggunakan panas yang dihasilkan oleh kompresi untuk melakukan penyudutan bahan bakar yang disemprotkan kedalam silinder. Dia memperoleh paten atas motor bakar buatanya yang bekerja dengan cara seperti idenya tersebut pada tahun 1892, namun motor bakar tersebut belum sepenuhnya bekerja dengan baik, baru pada tahun 1898 mulai diproduksi motor bakar diesel secara masal. Selama masa 25 tahun kemudian, terjadi perkembangan yang pesat pada prinsip motor bakar diesel, sehingga motor bakar ini semakin banyak digunakan orang.
2.1.1. Bagian Utama Motor Bakar Diesel a.
Unit tenaga Unit tenaga terdiri dari blok silinder, kepala silinder, piston, batang penghubung, poros engkol, dan roda gaya. Blok silinder merupakan penyokong unit tenaga dan dilengkapi dengan kepala yang sekaligus menjadi ruang pembakaran. Didalam blok silinder terdapat piston yang dapat mengubah tenaga panas hasil pembakaran menjadi tenaga mekanis dengan bergerak maju mundur (translasi) sepanjang silinder (Jones 1963 diacu dalam Wiratama 2009). Piston dilengkapi dengan cincin piston yang berfungsi untuk menahan kompresi dan rembesan tenaga hasil pembakaran, melumasi dinding silinder, mengurangi gesekan antar piston dengan dinding silinder, mencegah masuknya minyak pelumas kedalam ruang pembakaran, dan merambatkan panas dari piston ke dinding silinder (Arismunandar dan Tsuda 2008). Poros engkol berfungsi untuk mengubah gerak translasi dari piston menjadi gerak rotasi (putaran). Poros engkol dan piston dihubungkan dengan batang penghubung. Pada ujung poros engkol dipasang roda gaya yang berfungsi untuk meratakan momen putar yang terjadi pada poros agar kecepatan poros engkol menjadi stabil (Arismunandar dan Tsuda 2008).
b.
Sistem penyaluran bahan bakar Bahan bakar mengalir dari tangki ke pompa injeksi. Sampai di pompa injeksi, bahan bakar dipompakan ke injektor melalui pipa tekanan tinggi. Gerakan memompa dari plunyer pompa injeksi terjadi karena adanya hubungan yang dipasang pada poros engkol dan gerakan kembali karena pegas pompa injeksi. Injektor berfungsi memecah bahan bakar menjadi partikel-partikel kecil (kabut), sehingga mudah terbakar diruang pembakaran (Hardjosentono et al.2002)
3
c.
d.
Sistem pelumasan Fungsi pelumasan antara lain : Memberi pelumas pada bagian-bagian yang bergerak/bergesek. Menjadi bantalan antara dua metal yang bergerak/bergesek. Sebagai pendingin, karena panas diserap oli dan didinginkan diruang kartel. Panghantar panas dari torak kedinding silinder karter. Sebagai seal untuk mencegah kebocoran kompresi keruang kartel dan sebagai pencuci bagian-bagian yang aus yang diendapkan dalam bak oli (Hadjosentono et al. 2002). Sistem pendinginan Menurut Hardjosentono et al. (2002), tujuan sistem pendinginan adalah mencegah suhu yang sangat tinggi sehingga dapat merusak bagian-bagian dinding silinder, torak, katup dan bagian-bagian motor lainya, serta mencegah kerusakan oli pelumas yang melumasi bagian-bagian tersebut.
2.1.2. Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel Konsep pembakaran pada motor diesel adalah melalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran itu dapat terjadi karena udara dikompresi pada ruang dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar dari pada motor bensin (7-12), yaitu antara 14-22. Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar (Pudjanarsa dan Nursuhud 2006). Pudjanarsa dan Nursuhud (2006) menyatakan bahwa sistem kerja motor diesel dapat dibedakan atas dua langkah dan empat langkah. a.
Motor diesel dua langkah Motor diesel dua langkah bekerja bila dua kali gerakan piston (satu kali putaran engkol) menghasilkan satu kali kerja. Dalam diesel siklus dua langkah, kedua katup adalah katup buang. Saluran-saluran (lubang-lubang) pada dinding silinder yang terbuka dan tertututp oleh gerakan piston memungkinkan udara mengalir kedalam silinder. Pada saat yang sama gas buang terbuang keluar melalui katup-katup buang yang terbuka pada bagian atas silinder. Ketika piston naik, saluran-saluran masuk tertutup, katup-katup buang menutup, dan udara dalam silinder tertekan. Bahan bakar diinjeksikan ketika piston berada dekat titik mati atas dan terbakar oleh panas yang dihasilkan oleh penekanan udara. Gas hasil pembakaran menekan piston turun untuk menghasilkan tenaga.
b.
Motor diesel empat langkah Motor diesel empat langkah bekerja bila empat kali langkah piston (dua kali putaran engkol) menghasilkan satu kali kerja. Secara skematis prinsip kerja motor diesel empat langkah dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Langkah pemasukan. Pada langkah ini katup masuk membuka dan katup buang menutup. Udara mengalir kedalam silinder. 2. Langkah kompresi. Pada langkah ini kedua katup menutup, piston bergerak dari TMB ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder. Sesaat sebelum mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan. 3. Langkah ekspansi. Karena injeksi bahan bakar kedalam silinder yang bertemperatur tinggi, bahan bakar terbakar dan berekspansi menekan piston untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB. Kedua katup tertutup pada langkah ini. 4. Langkah buang. Ketika piston hampir mencapai TMB, katup buang terbuka, katup masuk tetap tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMA, gas sisa
4
pembakaran terbuang keluar ruang bakar. Akhir langkah ini adalah ketika piston mencapai TMA. Siklus kemudian berulang lagi. Dalam mesin diesel, udara dikompresi sehingga tekanan dan temperatur naik tinggi. Temperatur udara dapat mencapai 450-550°C dan tekananya 30-40 kgf/cm2. Bahan bakar diinjeksikan dengan tekanan tinggi (110-200 kgf/cm2) dengan menggunakan pompa bahan bakar.
2.1.3. Bahan Bakar Diesel Bahan bakar diesel atau sering disebut dengan minyak solar dihasilkan dari proses penyulingan minyak bumi. Penggunaan minyak solar pada umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin diesel dengan putaran tinggi (di atas 1000 rpm). Minyak solar memiliki rentang hidrokarbon antara C 10H22 hingga C20H42. Energi yang dihasilkan oleh bahan bakar solar jika bereaksi sepenuhnya dengan oksigen adalah sebesar 42.5 kj/kg sampai 44.8 kj/kg. Spesifikasi minyak solar bisa dilihat pada Tabel 1 berikut. Tabel 1. Spesifikasi minyak solar (DIRJEN MIGAS) tahun 2006 No
Karakteristik
Batasan
Unit
Min
Maks
45 48
-
kg/m3 mm2/sec
815 2
870 5
1 2
Angka setana Indeks setana
3 4
Berat jenis pada 15°C Viskositas pada 40°C
5 6
Kandungan sulfur Destilasi ; T95
%m/m °C
-
0.35 370
7 8 9 10
Flash point Autoignition point Residu karbon Kandungan air
°C °C merit mg/kg
60 120 -
Kelas 1 500
2.1.4. Traktor Roda Dua Motor bakar diesel merupakan salah satu jenis motor bakar internal yang banyak digunakan sebagai tenaga penggerak di sektor pertanian. Motor bakar diesel banyak digunakan pada berbagai pemanfaatan, antara lain : traktor, pompa air, bengkel pertanian, penggerak pada mesin-mesin pengolah pertanian, sarana angkut di perkebunan dan lain-lain. Traktor roda dua atau traktor tangan (Power Tiller/Hand Tractor) adalah mesin pertanian yang dapat dipergunakan untuk mengolah tanah dan pekerjaan pertanian lain dengan alat pengolah tanahnya digandengkan/dipasangkan dibagian belakang mesin. Traktor roda dua merupakan mesin serba guna karena dapat juga berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk alat-alat lain seperti pompa air, gandengan (trailer), dan lain-lain (Hardjosentono etal. 2002). Traktor roda dua merupakan salah satu tenaga penggerak disektor pertanian yang menggunakan mesin diesel sebagai sumber tenaga. Traktor roda dua dapat mengerjakan berbagai jenis pekerjaan petani dengan bermacam tipe alat yang digandengkan dibelakang traktor. Alat tersebut disebut peralatan traktor (Sakai ed al. 1998). Contoh traktor roda dua dapat dilihat pada Gambar 1.
5
Gambar 1. Contoh traktor roda dua (SNI 07 38 : 2010). Bila dilihat dari segi ekonomis, penggunaan traktor roda dua di Indonesia lebih unggul dan lebih efektif. Karena lahan pertanian Indonesia pada umumnya terdapat lahan kecil dan sempit. Apabila digunakan traktor roda empat kurang efektif, hal ini mengingat bahwa traktor tersebut memerlukan lahan yang luas dan sangan sulit bila dioperasikan pada lahan yang sempit (Abdullah 2007). Menurut Sakai et al. (1998) traktor roda dua terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut ; (1) enjin, (2) dudukan enjin dengan titik gandeng, (3) rumah gigi transmisi termasuk kopling master dan titik gandeng belakang (4), stir dengan beberapa tuas control, dan (5) roda, seperti ditunjukan pada Gambar 2.
Gambar 2. Komponen utama traktor roda dua (Sakai et al.1998).
2.2. EMISI GAS BUANG MOTOR BAKAR proses pembakaran bahan bakar dari motor bakar menghasilkan gas buang yang secara teoritis mengandung unsur CO, NO2, HC, C, H2, CO2, H2O dan N2, dimana banyak yang bersifat mencemari lingkungan sekitar dalam bentuk polusi udara. Unsur gas karbon monoksida (CO) yang berpengaruh bagi kesehatan makhluk hidup perlu mendapat kajian khusus, karena unsur karbon monoksida hasil pembakaran bersifat racun bagi darah manusia pada saat pernafasan, sebagai akibat berkurangnya oksigen pada jaringan darah. Jumlah CO yang terdapat di dalam darah, lamanya dihirup dan kecepatan pernapasan menentukan jumlah karboksi-hemoglobin (kombinasi hemoglobin/karbon-monoksida) di dalam darah, dan jika jumlah CO sudah mencapai jumlah tertentu/jenuh di dalam tubuh maka akan menyebabkan kematian (Kusuma 2002). karbon monoksida (CO) sebagai gas yang cukup banyak terdapat di udara, dimana gas ini terbentuk akibat adanya suatu pembakaran yang tidak sempurna. Gas karbon monoksida mempunyai ciri yang tidak berbau, tidak terasa, serta tidak berwarna. Kendaraan bermotor memberi andil yang besar dalam peningkatan kadar CO yang membahayakan. Di dalam semua polutan udara maka CO adalah pencemar yang paling utama (Kusuma 2002).
6
2.3. AIR Air memegang peranan yang sangat penting bagi mahluk hidup (manusia, hewan dan tumbuhan). Air dalam tubuh berfungsi membantu metabolisme dan sebagai pelarut ion-ion tubuh. Hampir 60% tubuh manusia berisi air. Ketersediaan air cukup melimpah, air bahkan menutupi hampir 70% permukaan bumi dan persediaanya mencapai 1.4 triliun km3 atau setara dengan 330 juta mil3. Sebagian besar air terdapat di lautan dan lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung). Air bergerak mengikuti suatu siklus, yaitu penguapan, hujan, aliran air diatas permukaan tanah (seperti mata air, sungai dan muara yang menuju ke laut), demikian seterusnya. Jika dikelola dengan baik, air merupakan sumber daya alam yang tidak ada habisnya (Sudirman 2009). Air merupakan senyawa kimia dengan rumus H2O, terdiri atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berikatan dengan sebuah ion hidroksida (OH-). Pada kondisi normal, yaitu pada tekanan 100 kpa dengan temperatur 273.15 k (0°C) air tidak bewarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Berdasarkan sifat-sifatnya tersebut, air mampu melarutkan beberapa zat kimia, seperti garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan molekul organik (Sudirman 2009).
2.4. KATALIS Katalis didefinisikan sebagai suatu zat yang mempercepat laju reaksi namun katalis tersebut tidak mengalami perubahan kimia. Katalis tidak ditulis dalam persamaan reaksi stoikiometri dan konsentrasinya dalam campuran reaksi tidak berubah. Hal ini hanya mungkin jika pada satu tahap reaksi yang katalisnya ikut bereaksi dan tahap yang lainya itu dihasilkan kembali. Oleh karena itu katalis tidak terdapat pada persamaan reaksi, dan konsentrasinya pun tidak terdapat dalam ungkapan kesetimbangan. Dengan demikian katalis tidak mempengaruhi kedudukan kesetimbangan reaksi. Secara umum katalis akan menurunkan besarnya energi pengaktifan (Laksono 2005). Katalisator tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak memberikan energi kedalam sistem, tetapi katalis akan memberikan mekanisme reaksi alternatif dengan energi pengaktifan yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis (Laksono 2005). Gambar 3. memperlihatkan diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis.
Gambar 3. Diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis.
7
2.5. HIDROGEN Hidrogen adalah unsur yang paling banyak ditemukan di jagat raya. Diperkirakan 75% dari masa semua materi yang ada di alam semesta terbentuk dari hidrogen. Hidrogen yang memiliki inti atom dengan satu elektron yang mengorbit mengelilingi intinya. Hidrogen berubah menjadi cair ketika berada pada suhu 20 K (-423 º F; -253 º C), dan membeku pada suhu 14 K (-434 º F; -259 º C) (lanz 2001). Setiap bahan bakar akan menghasilkan sejumlah energi ketika bereaksi sepenuhnya dengan oksigen. Kandungan energinya pada beberapa bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2 dibawah ini. Tabel 2. Nilai kalor dari beberapa bahan bakar. Fuel Hydrogen Methane Propane Gasoline Diesel Methanol
Higher heating value (at 25°C and 1 atm) (kJ/kg) 141.86 55.53 50.36 47.5 44.8 19.96
Lower heating value (at 25°C and 1 atm) (kJ/kg) 119.93 50.02 45.6 44.5 42.5 18.05 Sumber : Lanz 2001
Auto ignition point adalah suhu minimum yang diperlukan campuran bahan bakar dengan oksigen untuk terbakar sendirinya ketika sumber pengapian tidak ada. Dengan kata lain, campuran bahan bakar dipanaskan sampai terbakar dengan sendirinya. Setiap bahan bakar memilki auto ignition point yang berbeda-beda. Untuk hidrogen auto ignition point nya relatif tinggi, yaitu pada suhu 1085°F (585°C). hal ini membuat hidrogen sulit terbakar di udara tanpa ada sumber pengapian. Kecepatan pembakaran (burning speed) adalah kecepatan jalanya pembakaran pada campuran bahan bakar. Burning speed hidrogen adalah berkisar 2.65-3.25 m/s, dengan demikian pembakaran hidrogen sangat cepat dan relatif sebentar (lanz 2001).
2.6. ELEKTROLISIS Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Elektrolisis adalah proses penguraian unsur-unsur pembentuk air. Dengan menggunakan arus listrik, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron pada katoda yang tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida (OH-). Pada kutub anoda, dua molekul air lainya akan terurai menjadi gas oksigen (O2) dangan melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Akibat reaksi tersebut, ion H+ dan OH- akan mengalami netralisasi dan membentuk molekul air kembali (Sudirman 2009). Gas dan oksigen yang dihasilkan oleh reaksi tersebut membentuk gelembung dan mengumpul disekitar elektroda. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2). Komponen-komponen terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan larutan elektrolit. Pada proses elektrolisis diperlukan dua buah kutub, yaitu katoda sebagai kutub negatif dan anoda sebagai kutub positif (Sudirman 2009). HHO adalah gas yang dihasilkan dari elektrolisis air yang merupakan kombinasi dari dua gas hidrogen (H2) dan oksigen (O2). Persamaan sederhana konversi air menjadi HHO dapat ditulis sebagai berikut : H2O (l) → HHO (g)
8
Sel elektrolitik yang dihubungkan dengan arus listrik akan memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen : 2H2O + energi → 2H2 + O2 Proses elektrolisis dapat dipercepat dengan bantuan katalis dan selama proses berjalan, katalis tidak mempengaruhi bentuk dari hasil elektrolisis tersebut. Katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi elektrolisis dan menurunkan jumlah energi aktivasi yang dibutuhkan dalam suatu proses. 2H2O + katalis + energi → 2H2 + O2 + katalis Sehingga reaksi kimia yang terjadi pada elektrolisis adalah : 2H2O → 2H2 + O2 (Chakrapani dan Neelamegam 2011). Katalis pada proses elektrolisis adalah katalisator yang dilarutkan didalam air (H2O) dan menyatu membentuk larutan elektrolit. Katalis yang biasa digunakan pada proses elektrolisis yaitu diantaranya garam cuka (H3C-COOH) atau soda kue (NaHCO3) atau kalium hidroksida (KOH). Semakin sedikit menggunakan katalis, produksi gas HHO menjadi sedikit. Sebaliknya, jika katalis yang digunakan terlalu banyak, akan menaikan suhu pada prosesnya (Sudirman 2009).
2.7. PENERAPAN GAS HHO PADA MOTOR BAKAR Mesin 4 tak dengan injeksi tekanan tinggi dan penyalaan kompresi dapat dijalankan dengan hidrogen, dan itu merupakan konsep moderen dalam konversi energi bersih tanpa emisi CO2. Proses utamanya dalam mengoptimalkan operasi mesin adalah dengan membentuk campuran yang baik, penyalaan yang optimal dan pembakaran yang efisien (Prechtl et al. 1999). Gas HHO yang dihasilkan dari proses elektrolisis mengandung unsur hidrogen, dimana menurut Yilmaz et al. (2010), bahwa hidrogen merupakan bahan bakar rendah karbon dibandingkan dengan bahan bakar fosil, dimana pembakaranya tidak menghasilkan emisi seperti HC, CO dan CO2. Menurut Kahraman (2005), injeksi gas hidrogen secara langsung dapat diaplikasikan dengan tujuan mendapatkan performa mesin yang lebih baik dan menurunkan emisi gas buang. Menginjeksikan sejumlah hidrogen kedalam mesin diesel dapat menurunkan heterogenitas semprotan bahan bakar diesel, karena difusivitas hidrogen yang tinggi membuat campuran bahan bakar dan udara lebih seragam, hal ini dapat juga mengurangi durasi pembakaran karena cepat rambat pembakaran hidrogen sangat tinggi dibandingkan bahan bakar lainya. Selain itu karena hidrogen memiliki energi penyalaan yang rendah dan kecepatan pembakaran yang tinggi, campuran gas HHO dan bahan bakar diesel dapat mempermudah penyalaan dan cepat pembakaran dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar diesel saja, sehingga meningkatkan torsi pada kecepatan tinggi (≥ 1750 Rpm) dapat tercapai (Yilmaz et la. 2010). Hidrogen memiliki nilai penyebaran pembakran yang tinggi dalam silinder mesin dibandingkan dengan bahan bakar lain. Salah satu keistimewaan dari hidrogen dalam operasi mesin adalah rendah emisi gas buang, dimana tidak adanya hidrokarbon yang tidak terbakar (HC), tidak menghasilkan karbonmonoksida, karbondioksida, sulfur oksida, asap dan partikel lain. Hanya nitrogen oksida dan uap air yang dihasilkan dari pembakaran hidrogen (Kahraman 2005). Santoso et al. (2010) menyatakan bahwa hidrogen tidak bisa digunakan secara langsung pada mesin diesel, karena autoignition temperature hidrogen lebih tinggi dibandingkan bahan bakar diesel. Salah satu metode alternatif penggunaanya adalah hidrogen dicampur dengan udara atau diinjeksikan melalui intake manifold sebelum dimasukan kedalam ruang bakar. Memasukan hidrogen kedalam ruang bakar dapat menurunkan
9
konsumsi bahan bakar diesel, konsumsi energi spesifik meningkat dengan meningkatnya aliran hidrogen. Keuntungan hidrogen setelah dimasukan kedalam ruang bakar dibandingkan bahan bakar lainya adalah rendah polusi, tidak beracun, tidak berbau, dan jarak pembakaran yang luas.
2.8. REAKSI PEMBAKARAN HIDROGEN DENGAN BAHAN BAKAR Menurut Yilmaz (2010), hubungan antara susunan dari reaktan dan produknya tergantung kepada massa dari setiap unsur kimia dari reaktan. Pada pembakaran sempurna, unsur karbon dari bahan bakar akan diubah menjadi CO2 dan unsur hidrogen di konversi menjadi H2O. Persamaan umum dari proses pembakaran sempurna dari 1 mole hidrokarbon dengan udara yaitu : CaHb + (a+ ¼ b)(O2 + 3.773 N2) aCO2 + ½ b H2O + 3.773 (a + ¼ b) N2 Berdasarkan persaman diatas, diketahui bahwa air fuel ratio bergantung pada komposisi kimia dari bahan bakar. Untuk bahan bakar diesel (C 15H27) persamaan reaksinya sebagai berikut : C15H27 + 21.75 O2 + 82.06 N2 15 CO2 + 13.5 H2O + 82.06 N2 begitu pula dengan pembakaran hidrogen yaitu : H2 + ½ O2 + 1.887 N2 H2O + 1.887 N2 Menurut Chaisermtawan et al. (2012), didalam beberapa keadaan pembakaran bisa juga dalam keadaan miskin dan kaya bahan bakar. Maka air fuel ratio relative (λ) dijelaskan pada persamaan dibawah : λ=
( (
) )
(1)
Dimana, (A/F)actual adalah air fule ratio yang berdasarkan massa dari pembakaran sesungguhnya dan (A/F)stokiometri adalah proporsi secara teori dari pembakaran bahan bakar dengan udara. Chaisermtawan (2012) juga menyatakan persamaan pembakaran bahan bakar diesel-hidrogen yaitu : C15H27 + H2 + 22.5λ (O2 + 3.773 N2) 15 CO2 + 14.5 H2O + (22.5λ – 22.25)O2 + (22.5 x 3.773λ) N2 Produk hasil pembakaran dari bahan bakar, hidrogen dan udara adalah berupa CO2, H2O, kelebihan O2 dan N2.
2.9. RESONANSI Dalam hal elektronika, resonansi merupakan suatu keadaan dimana fase induktansi sama dengan fase kapasitansi, sehingga menghasilkan reaktansi minimum. Impedansi merupakan gabungan hambatan reaktansi dan resistansi. Dengan reaktansi yang minimum,maka impedansi yang dihasilkan dari rangkaian tersebut adalah juga minimum (Sears dan Zhemansky, 1960). Berdasarkan (Hayt et al, 2005) terdapat dua jenis resonansi pada bidang elektronika, yakni resonansi paralel dan resonansi seri.Pada resonansi paralel yang digerakkan oleh sebuah sumber sinusoid, rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor berada dalam rangkaian paralel. Kombinasi paralel digerakkan oleh sebuah sumber energi yang memiliki impedansi keluaran yang sangat tinggi pada keadaan resonansi. Berdasarkan hal itu, rangkaian resonansi
10
paralel akan menghasilkan arus induktor dan arus kapasitor yang mempunyai amplitudo Q 0 kali lebih besar daripada arus sumber. Pada resonansi seri, rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor berada dalam rangkaian seri. Rangkaian resonansi seri dicirikan oleh nilai impedansi minimum pada keadaan resonansi. Dampak dari hal tersebut adalah rangkaian resonansi akan menghasilkan tegangan induktor dan tegangan kapasitor yang mempunyai amplitudo Q0s kali lebih besar daripada tegangan sumber pada kondisi resonansi. Jadi rangkaian seri akan menghasilkan pernguatan tegangan pada kondisi resonansi.
2.10. TENAGA TARIK Traktor pertanian bisa disebut sebagai sumber tenaga didalam mekanisasi pertanian. Menurut Hunt (1995), traktor pertanian dapat menyalurkan tenaganya melalui as Power Take-Off (PTO), hidrolik dan tenaga tarik. Drawbar pull merupakan gaya tarik yang dihasilkan oleh traktor. Gaya tarik pada traktor dapat terjadi jika ada sentuhan antara roda dengan permukaan landasan (Wanders 1978 diacu dalam Wiratama 2009). Tenaga atau daya yang ada pada traktor dapat dibagi menjadi Indicated Horse Power, Brake Horse Power, dan Drawbar Power. Indicated horse power merupakan daya yang timbul pada ruang pembakaran dan diterima oleh piston. Brake horse power merupakan daya yang diberika oleh poros engkol. Drawbar power merupakan daya pada gandengan yang tersedia untuk menarik beban (Daywin 1990). Kemampuan atau kapasitas drawbar power pada traktor bergantung kepada tenaga traktor, distribusi gerak pada tenaga penggerak, tipe gandengan, dan permukaan jalan (Hunt 1995 diacu dalam Imantara 2011). Besarnya tenaga tarik traktor dan kemampuan mobilitasnya dibatasi oleh kapasitas traksi dan alat traksi pada permukaan landasan. Traksi yang dihasilkan oleh roda penggerak akibat roda penggerak mampu mengubah torsi menjadi gaya tarik maksimum. Gaya tarik (drawbar pull) traktor sangat bergantung pada daya traktor, distribusi gerak pada roda penggerak, tipe gandengan, dan permukaan bidang gerak. Penggunaan pada peralatan traksi baik untuk roda ban atau roda rantai mengkonsumsi sebagian besar tenaga dalam empat cara, yaitu tahanan gelinding (rolling resistance), slip roda (wheel slippage), pengaruh alat pada tanah, dan tahanan drawbar traktor (tractor-drawbar resistence) Pengukuran tenaga tarik traktor bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya tarik horizontal yang dihasilkan roda traksi traktor. Tenaga tarik atau daya tarik (drawbar power) dapat diukur berdasarkan kecepatan maju traktor dan gaya tarik (drawbar pull) yang dihasilkan oleh traktor ketika diberi beban atau disebut juga dengan beban tarik. Drawbar power dapat dihitung berdasarkan persamaan (2) (Wanders, 1978 diacu dalam Imantara 2011). DbP = Dbpull x v (2) Dimana :
DbP = tenaga tarik (drawbar power) (Watt) Dbpull = beban tarik/gaya tarik terukur (drawbar pull) (N) = kecepatan maju rata-rata traktor (m/s) v
Kecepatan maju traktor dihitung dengan cara mengukur waktu tempuh traktor sejauh 10 m, selanjutnya kecepatan maju dihitung menggunakan persamaan (3) (Liljehdal et al. 1989). v=s/t (3) Dimana :
v = kecepatan maju traktor (m/s) s = jarak tempuh (m) t = waktu tempuh (s)
11
2.11. SLIP RODA Slip (slippage) merupakan pengurangan kecepatan maju traktor karena beban operasi pada kondisi lapang. Slip roda yang terjadi pada roda traksi traktor dapat diketahui dari pengurangan kecepatan traktor pada saat operasi dengan beban dibandingkan dengan kecepatan traktor teoritis (Liljehdal et al. 1989). Slip roda traktor merupakan salah satu faktor pembatas bagi pengoperasian traktor-traktor pertanian. Drawbar pull masih dapat terus meningkat sampai maksimum yaitu sampai slip roda mencapai 30%, slip optimum 16% terjadi pada saat efifiensi traksi maksimum (wanders 1978). Menurut Wanders (1978), meningkatkan slip roda dapat menambahkan kemampuan traksi, gaya tarik traktor masih dapat ditambah dengan menaikan slip hingga 30%, tetapi slip yang optimum pada operasi traktor adalah 10-17%. Tenaga yang tersedia pada roda traksi tidak seluruhnya dapat digunakan sebagai tenaga tarik, sehingga dikenal dengan istilah efisiensi tenaga tarik (traktive power efficiency). Efisiensi tenaga tarik adalah perbandingan drawbar power dengan tenaga pada as roda. Kehilangan tenaga ini, yaitu untuk mengatasi tahanan gelinding dan slip roda. Semakin besar slip yang terjadi akan semakin kecil tenaga yang tersedia untuk menarik alat. Slip roda dengan cara membandingkan jarak tempuh traktor saat pembebanan dengan jarak tempuh traktor tanpa beban. Slip roda dapat ditentukan berdasarkan persamaan (4) (SNI 0738 : 2010). Slip roda =
x 100%
(4)
Keterangan.: L1 = jarak yang ditempuh untuk 5 kali putaran roda traktor pada saat traktror berjalan dilahan tanpa mengolah tanah. L2 = jarak yang ditempuh untuk 5 kali putaran roda traktor pada saat traktor berjalan dilahan untuk operasi.
12
