8
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Motor Bakar Motor bakar adalah salah satu bagian dari mesin kalor yang berfungsi untuk mengkonversi energi termal hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi mekanis. Berdasarkan jenis bahan bakar yang digunakan pada umumnya, Motor bakar dibedakan menjadi dua yaitu motor bensin dan motor diesel (Wardono, 2004). 1. Motor Bensin Motor bakar bensin 4-langkah adalah salah satu jenis mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) yang beroperasi menggunakan udara bercampur dengan bensin dan untuk menyelesaikan satu siklusnya diperlukan empat langkah piston. Yang menjadi ciri utama dari motor bensin adalah proses pembakaran bahan bakar yang terjadi di dalam ruang silinder pada volume tetap. Proses pembakaran pada volume tetap ini disebabkan pada waktu terjadi kompresi, dimana campuran bahan bakar dan udara mengalami proses kompresi di dalam silinder, dengan adanya tekanan ini bahan bakar dan udara dalam keadaan siap terbakar dan busi meloncatkan bunga listrik sehingga terjadi pembakaran dalam waktu yang singkat sehingga
9
campuran tersebut terbakar habis seketika dan menimbulkan kenaikan suhu dalam ruang bakar. Prinsip kerja motor bensin 4-langkah dapat dilihat pada gambar di bawah ini (Heywood,1998 dalam siregar,2011): Katup masuk
Katup keluar
busi
Gambar 1. Prinsip Kerja Motor Bensin 4-langkah Kepala piston Batang piston Poros engkol
(a) Langkah hisap
(b) Langkah kompresi
(c) Langkah ekspansi
(d) Langkah buang
Gambar 1. Prinsip Kerja Motor Bensin 4-langkah Untuk lebih jelasnya proses-proses yang terjadi pada motor bakar bensin 4-langkah dapat dijelaskan melalui siklus ideal dari siklus udara volume konstan seperti ditunjukkan pada Gambar 2.
Tekanan, P
3
2 4 0
1
Volume spesifik, v TMA
TMB
Gambar 2. Diagram P-v dari siklus ideal motor bakar bensin 4langkah. (Wardono, 2004).
10
Keterangan mengenai proses-proses pada siklus udara volume konstan dapat dijelaskan sebagai berikut (Wardono, 2004): a. Proses 01 : Langkah hisap (Intake) Pada langkah hisap campuran udara-bahan bakar dari karburator terhisap masuk ke dalam silinder dengan bergeraknya piston ke bawah, dari TMA menuju TMB. Katup hisap pada posisi terbuka, sedang katup buang pada posisi tertutup. Di akhir langkah hisap, katup hisap tertutup secara otomatis. Fluida kerja dianggap sebagai gas ideal dengan kalor spesifik konstan. Proses dianggap berlangsung pada tekanan konstan. b. 1) Proses 12 : Langkah kompresi (Compression) Pada langkah kompresi katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Selanjutnya piston bergerak ke atas, dari TMB menuju
TMA.
terkompresi.
Akibatnya
Proses
kompresi
campuran ini
udara-bahan
menyebabkan
bakar
terjadinya
kenaikan temperatur dan tekanan campuran tersebut, karena volumenya
semakin
kecil.
Campuran
udara-bahan
bakar
terkompresi ini menjadi campuran yang sangat mudah terbakar. Proses kompresi ini dianggap berlangsung secara isentropik. 2) Proses 23 : Langkah pembakaran volume konstan Pada saat piston hampir mencapai TMA, loncatan nyala api listrik diantara kedua elektroda busi diberikan ke campuran udara-bahan bakar terkompresi sehingga sesaat kemudian campuran udarabahan bakar ini terbakar. Akibatnya terjadi kenaikan temperatur
11
dan tekanan yang drastis. Kedua katup pada posisi tertutup. Proses ini dianggap sebagai proses pemasukan panas (kalor) pada volume konstan. c. Proses 34 : Langkah kerja/ekspansi (Expansion) Kedua katup masih pada posisi tertutup. Gas pembakaran yang terjadi selanjutnya mampu mendorong piston untuk bergerak kembali dari TMA menuju TMB. Dengan bergeraknya piston menuju TMB, maka volume gas pembakaran di dalam silinder semakin bertambah, akibatnya temperatur dan tekanannya turun. Proses ekspansi ini dianggap berlangsung secara isentropik. d. 1) Proses 41 : Langkah buang volume konstan (Exhaust) Saat piston telah mencapai TMB, katup buang telah terbuka secara otomatis sedangkan katup hisap masih pada posisi tertutup. Langkah ini dianggap sebagai langkah pelepasan kalor gas pembakaran yang terjadi pada volume konstan. 2) Proses 10 : Langkah buang tekanan konstan Selanjutnya piston bergerak kembali dari TMB menuju TMA. Gas pembakaran didesak keluar melalui katup buang (saluran buang) dikarenakan bergeraknya piston menuju TMA. Langkah ini dianggap sebagai langkah pembuangan gas pembakaran pada tekanan konstan.
12
2. Motor Diesel Motor bakar diesel dikenal juga sebagai motor bakar penyalaan kompresi (compression ignition engines). Berbeda halnya dengan motor bakar bensin yang menggunakan busi untuk dapat melangsungkan proses pembakaran bahan bakar di dalam silinder, pada motor bakar diesel ini proses penyalaan dapat terjadi dengan sendirinya (tanpa energi tambahan dari busi). Proses pembakaran dapat terjadi di dalam silinder motor bakar diesel ini karena bahan bakar solar yang akan dikontakkan dengan udara terkompresi bertemperatur dan bertekanan sangat tinggi di dalam silinder, dimasukkan dengan cara disemprotkan pada tekanan tinggi, sehingga dihasilkan butir-butir bahan bakar yang sangat halus. Akibanya panas yang terkandung atau panas yang diberika oleh udara terkompresi tadi dapat membakar butir-butir halus bahan bakar ini. Oleh karena itu, pada motor bakar diesel ini tidak dipergunakan busi untuk memantik bahan bakar agar terbakar, seperti halnya pada motor bakar bensin. (Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, 1976 dalam siregar,2011).
B. PROSES PEMBAKARAN Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia antara unsur-unsur bahan bakar tertentu yakni hidrogen dan karbon bergabung dengan oksigen yang memerlukan panas awal pembakaran, reaksi berlangsung sangat cepat, untuk menghasilkan energi panas yang jauh lebih besar dan menyebabkan meningkatnya temperatur dan tekanan gas pembakarannya. Kondisi yang dibutuhkan untuk terjadinya proses pembakaran yaitu adanya unsur-unsur
13
yang dapat terbakar tadi (hidrogen- karbon dan oksigen) dan teknik untuk mengawali proses pembakaran. Pada motor bensin, campuran bahan bakarudara yang hampir homogen dibentuk di dalam karburator dan terbakar di dalam ruang bakar pada saat piston hampir mencapai akhir langkah kompresi. Sedangkan pada motor diesel, udara terlebih dahulu dikompresikan, baru setelahnya di akhir langkah kompresi bahan bakar dinjeksikan ke udara terkompres tadi. Proses pembakaran dari campuran bahan bakar-udara di dalam ruang bakar merupakan salah satu proses yang mengontrol
daya
mesin, efisiensi, dan emisinya (Ganesan, 1996 dalam siregar,2011).
Ada beberapa hal yang mempengaruhi efisiensi bahan bakar, emisi gas buang, dan daya output yang dihasilkan oleh motor bakar, diantaranya sifat bahan bakar, perbandingan udara/ bahan bakar operasi, penggunaan aditif, sistem dan spark timing, geometri ruang bakar, besarnya turbulensi campuran, dan komposisi campurannya (kondisi udara pembakaran), sebagaimana dilaporkan oleh Ganesan (1996), dan Herry Wardono (2004).
Kondisi udara pembakaran (udara yang terhisap masuk ke dalam ruang bakar) memainkan peranan yang sangat penting dalam menghasilkan prestasi motor yang tinggi. Kondisi udara pembakaran yang dimaksudkan disini, bisa merupakan temperatur dan tekanan udara masuknya, dan bisa juga bersih atau tidaknya udara pembakaran ini dari unsur-unsur selain oksigen, seperti gas nitrogen, uap air, dan gas lain. Pada proses pembakaran di dalam motor bensin dan diesel, oksigen adalah satu-satunya unsur yang diperlukan untuk membakar unsur-unsur bahan bakar ini, yaitu molekul karbon dan hidrogen.
14
Adanya unsur-unsur lain selain oksigen, seperti nitrogen, uap air, dan gas lain di dalam udara pembakaran hanya akan menurunkan prestasi dari motor itu sendiri, karena panas yang dikandung oleh campuran udara-bahan bakar di dalam ruang bakar selama langkah kompresi sebagian akan diserap oleh unsur-unsur pengganggu ini. Akibatnya, panas yang diberikan untuk membakar bahan bakar semakin menurun. Penurunan panas campuran udarabahan bakar akan menyebabkan bahan bakar terbakar lebih lama, dan yang lebih parah lagi sebagian bahan bakar tidak akan terbakar, dikarenakan kurangnya panas yang disuplai untuk terjadinya proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Hal ini tentunya akan menurunkan daya output yang dihasilkan dan borosnya pemakaian bahan bakar oleh motor bakar tersebut. Arang aktif (arang sekam) memiliki kemampuan yang sangat kuat dalam menarik air (Harian Suara Merdeka, 2002, Walker, 2011, dan Yunghans, 2010), bahkan mampu juga menyerap Nitrogen (Wikipedia, 2012), sehingga tepat digunakan sebagai adsorben udara pembakaran untuk memperkaya oksigen dalam udara.
Berikut ini merupakan contoh reaksi kimia bahan bakar hidrokarbon Octane C8H18 ( bahan bakar premium) untuk proses pembakaran sempurna : C8H18 + 12,5 ( O2 + 3,76 N2 ) 8 CO2
+ 9 H2O + 47 N2
Dari reaksi kimia di atas, terlihat bahwa nitrogen tidak ikut bereaksi, dan bila oksigen yang tersedia kurang maka produk CO2 yang terbentuk juga akan lebih sedikit, dan akibatnya akan terbentuk gas lain seperti CO dalam produk pembakaran. Terbentuknya gas CO dan sedikitnya terbentuk gas CO2 dalam produk pembakaran menyebabkan panas yang dilepas juga lebih kecil
15
(prestasi mesin menurun). Hal ini disebabkan oleh panas pembentukan gas CO2 (hf = - 393,5 kJ) lebih besar daripada panas pembentukan gas CO (hf = - 110,5 kJ), sebagaimana reaksi kimia berikut (Ganesan, 1996) : Reaksi Cukup Oksigen
:
Reaksi Kurang Oksigen :
C +
O2
CO2 + 393,5 kJ
C + ½ O2 CO + 110,5 kJ
Reaksi pembakaran di atas menunjukkan pentingnya peran dari kondisi udara yang memasuki ruang bakar. Udara yang bersih (yang mengandung cukup oksigen) akan melepaskan panas lebih dari tiga kali panas yang dilepaskan oleh udara yang masih mengandung pengotor (unsur pengganggu).
C. PARAMETER PRESTASI MOTOR BENSIN 4-LANGKAH
Prestasi mesin biasanya dinyatakan dengan efisiensi thermal, th. Karena pada motor bakar 4 langkah selalu berhubungan dengan pemanfaatan energi panas / kalor, maka efisiensi yang dikaji adalah efisiensi thermal. Efisiensi thermal adalah perbandingan energi (kerja / daya) yang berguna dengan energi yang diberikan. Prestasi mesin dapat juga dinyatakan dengan daya output dan pemakaian bahan bakar spesifik engkol yang dihasilkan mesin. Daya output engkol menunjukkan daya output yang berguna untuk menggerakkan sesuatu atau beban. Sedangkan pemakaian bahan bakar spesifik engkol menunjukkan seberapa efisien suatu mesin menggunakan bahan bakar yang disuplai untuk menghasilkan kerja. Prestasi mesin sangat erat hubungannya dengan parameter operasi, besar kecilnya harga parameter operasi akan menentukan tinggi rendahnya prestasi mesin yang dihasilkan. (Wardono, 2004).
16
Untuk mengukur prestasi kendaraan bermotor bensin 4 – langkah dalam aplikasinya diperlukan parameter sebagai berikut : 1. Konsumsi bahan bakar, semakin sedikit konsumsi bahan bakar kendaraan bermotor bensin 4 – langkah, maka semakin tinggi prestasinya. 2. Akselerasi, semakin tinggi tingkat akselerasi kendaraan bermotor bensin 4 – langkah maka prestasinya semakin meningkat. 3. Waktu tempuh, semakin singkat waktu tempuh yang diperlukan pada kendaraan bermotor bensin 4 – langkah untuk mencapai jarak tertentu, maka semakin tinggi prestasinya. 4. Putaran mesin, putaran mesin pada kondisi idle dapat menggambarkan normal atau tidaknya kondisi mesin. Perbedaan putaran mesin juga menggambarkan besarnya torsi yang dihasilkan.
D. SEKAM PADI
Sekam padi merupakan lapisan keras yang meliputi kariopsis yang terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Pada proses penggilingan beras sekam akan terpisah dari butir beras dan menjadi bahan sisa atau limbah penggilingan. Sekam dikategorikan sebagai biomassa yang dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan seperti bahan baku industri, pakan ternak dan energi atau bahan bakar, juga adsorben. Dari proses penggilingan padi biasanya diperoleh sekam sekitar 20-30% dari bobot gabah (Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian, 2009).
17
Menurut Suharno (1979) sekam padi memiliki komposisi kimiawi protein kasar 3,03%, lemak 1,18%, serat kasar 35,68%, abu 17,71%, karbohidrat kasar 33,71%, sedangkan menurut DTC-IPB sekam padi memiliki komposisi karbon (zat arang) 1,33%, dan silika 16,98%. Dengan komposisi kimia tersebut, sekam padi dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar pembuat arang sekam yang memiliki manfaat untuk berbagai keperluan diantaranya: dapat digunakan sebagai penghilang warna, bau, dan rasa yang tidak enak serta penyerap senyawa nitrogen dan lyophilic colloids yang akan membantu menyempurnakan proses penyaringan dan akan mengurangi busa yang timbul pada proses penguapan (Alfathoni, 2002), juga mampu menyerap moisture (Walker, 2011, dan Yunghans, 2010).
Gambar 3. Sekam Padi
Sekam padi memiliki komponen utama seperti selulosa (31,4 – 36,3 %), hemiselulosa (2,9 – 11,8 %) , dan lignin (9,5 – 18,4 %) (Champagne, 2004). Selulosa dan hemiselulosa adalah suatu polisakarida yang dapat dipecah menjadi monosakarida untuk selanjutnya dapat dimanfaatkan untuk produksi senyawa-senyawa yang berguna, salah satunya adalah etanol.
18
Dengan komposisi kandungan kimia yang dimiliki sekam padi, sekam dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan di antaranya: 1. sebagai bahan baku pada industri kimia, terutama kandungan zat kimia furfural yang dapat digunakan sebagai bahan baku dalam berbagai industri kimia. 2. sebagai bahan baku pada industri bahan bangunan,terutama kandungan silika (SiO2 ) yang dapat digunakan untuk campuran pada pembuatan semen portland, bahan isolasi, husk-board dan campuran pada industry bata merah. 3. sebagai sumber energy panas pada berbagai keperluan manusia, kadar selulosa yang cukup tinggi dapat memberikan pembakaran yang merata dan stabil. Sekam memiliki kerapatan jenis (bulk density) 125 kg/m3, dengan nilai kalori 1 kg sekam sebesar 3300 k. kalori. Menurut Houston (1972) sekam memiliki bulk density 0,100 g/ ml, nilai kalori antara 3300-3600 k. kalori/kg sekam dengan konduktivitas panas 0,271 BTU.
E. ARANG AKTIF
Arang aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85%-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi (400°C-1000°C). (Rachmawati, 2004).Ketika pemanasan berlangsung, diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di
19
dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi.
Perbedaan mendasar arang dengan arang aktif adalah bentuk pori-porinya . Pori-pori arang aktif lebih besar dan bercabang serta berbentuk zig-zag. Arang aktif bersifat multifungsi, selain media meningkatkan kualitas lingkungan juga pori-porinya sebagai tempat tinggal ideal bagi mikroba termasuk mikroba pendegradasi sumber pencemar seperti residu pestisida dan logam berat tertentu (Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian,2009).
Gambar 4. Struktur pori dari arang (a) dan arang aktif (b)
Keunggulan arang aktif adalah kapasitas dan daya serapnya yang besar, karena struktur pori dan keberadaan gugus fungsional kimiawi di permukaan arang aktif seperti C=O, C2-, dan C2H-. Kualitas arang aktif ditunjukkan dengan nilai daya serap Iod, dimana berdasarkan ketetapan dari SNI 06-37301995 arang aktif dinilai berkualitas bilamana nilai daya serap Iodnya mendekati 750 mg/g (Harsanti et al., 2010).
20
Berbagai macam bahan baku dapat digunakan untuk menghasilkan arang aktif yaitu bahan yang mengandung karbon, antara lain berbagai jenis kayu, serbuk gergaji, kulit atau biji buah-buahan, batu bara, tongkol jagung, tempurung kelapa, sekam padi dan lain-lain. Dari semua bahan baku ini ada kalanya dapat langsung diproses sebagai arang aktif dan ada pula yang melalui proses aktivasi. Cara mengaktifkan yaitu dngan memakai gas pengoksidasi seperti udara atau karbondioksida dan karbonasi bahan baku dengan memakai pelarut kimia seperti seng klorida atau asam fosfat. (Kusnaedi, 2010 dalam siregar, 2011)
Hasil pembakaran sekam padi dapat menghasilkan arang yang dinamakan arang sekam padi, dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan diantaranya sebagai bahan baku untuk industri kimia, bahan bangunan, sebagai adsorben logam-logam berat seperti Pb, Cd, Cr, Fe dalam air (http://Penggunaan-arangsekam-padi.htmL.aditbayore.blogspot.com).
Daya
serap
arang
sekam
ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap arang tersebut dilakukan aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.
Gambar 5. Arang Aktif
21
Luas permukaan arang aktif berkisar antara 300-3500 m2/g dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan arang aktif mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang aktif dapat mengadsorbsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorbsinya selektif, tergantung pada besar atau volume poripori dan luas permukaan. Daya serap arang aktif sangat besar, yaitu 25-100% terhadap berat arang aktif.
Keaktifan daya menyerap dari karbon aktif ini tergantung dari jumlah senyawa kabonnya yang berkisar antara 85 % sampai 95% karbon bebas. Karbon aktif yang berwarna hitam, tidak berbau, tidak terasa dan mempunyai daya serap yang jauh lebih besar dibandingkan dengan kabon aktif yang belum menjalani proses aktivasi, serta mempunyai permukaan yang luas, yaitu memiliki luas antara 300 sampai 2000 m/gram. Karbon aktif ini mempunyai dua bentuk sesuai ukuran butirannya, yaitu karbon aktif bubuk dan karbon aktif granular (butiran). Karbon aktif bubuk ukuran diameter butirannya kurang dari atau sama dengan 325 mesh. Sedangkan karbon aktif granular ukuran diameter butirannya lebih besar dari 325 mesh.
Dalam satu gram karbon (arang), pada umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500
, sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-
partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Hanya dengan satu gram dari arang, akan didapatkan suatu material yang memiliki luas permukaan kira-kira sebesar 500 m2 (didapat dari pengukuran adsorbsi gas nitrogen). Biasanya pengaktifan hanya bertujuan untuk
22
memperbesar luas permukaannya saja, namun beberapa usaha juga berkaitan dengan
meningkatkan
kemampuan
adsorbsi
arang
itu
sendiri.
(http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_aktif).
Arang aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu arang aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Arang aktif sebagai pemucat, biasanya berbentuk powder yang sangat halus, diameter pori mencapai 1000 Å, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baju. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah. Arang aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 Å, tipe pori lebih halus, digunakan dalam fase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut, katalis, pemisahan dan pemurnian gas. Diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras. Sehubungan dengan bahan baku yang digunakan dalam pembuatan arang aktif untuk masing-masing tipe, pernyataan di atas bukan merupakan suatu keharusan. Karena ada arang aktif sebagai pemucat diperoleh dari bahan yang mempunyai densitas besar, seperti tulang. Arang tulang tersebut, dibuat dalam bentuk granular dan digunakan sebagai pemucat larutan gula. Demikian juga dengan arang aktif yang digunakan sebagai penyerap uap dapat diperoleh dari bahan yang mempunyai densitas kecil, seperti serbuk gergaji.
23
Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan di samping bahan baku yang digunakan. Proses aktivasi merupakan hal yang penting diperhatikan di samping bahan baku yang digunakan. Yang dimaksud dengan aktivasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorbsi. Metode aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif adalah sebagai berikut: 1. Aktivasi Kimia: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia.aktivator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti: hidroksida logam alkali garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2 asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4. 2. Aktivasi Fisika: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2. Cheremisinoff dan A. C. Moressi (1978), mengemukakan bahwa pembuatan arang terdiri dari tiga tahap yaitu: 1. Dehidrasi: proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170 °C. 2. Karbonisasi:
pemecahan
bahan-bahan
organik
menjadi
karbon.
Temperatur di atas 170°C akan menghasilkan CO, CO2 dan asam asetat.
24
Pada temperatur 275°C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400°C600°C. 3. Aktivasi: dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau CO2 sebagai aktivator. Sifat arang yang paling penting adalah daya serap. Dalam hal ini, ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorbsi arang, yaitu: 1. Sifat Adsorben Arang yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing-masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang
penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas
permukaan, semakin kecil pori-pori arang, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorbsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorbsi, dianjurkan agar menggunakan arang yang telah dihaluskan. Jumlah atau dosis arang yang digunakan, juga diperhatikan.
2. Sifat Serapan Banyak senyawa yang dapat diadsorbsi oleh arang, tetapi kemampuannya untuk mengadsorbsi berbeda untuk masing-masing senyawa. Adsorbsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari
25
sturktur yang sama. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.
3. Temperatur Dalam pemakaian arang dianjurkan untuk menyelidiki temperatur pada saat berlangsungnya proses. Karena tidak ada peraturan umum yang bisa diberikan mengenai temperatur yang digunakan dalam adsorbsi. Faktor yang mempengaruhi temperatur proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas termal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna maupun dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorbsi dilakukan pada temperatur kamar atau bila memungkinkan pada temperatur yang lebih kecil.
4. pH (Derajat Keasaman) Untuk asam-asam organik adsorbsi akan meningkat bila pH diturunkan, yaitu dengan penambahan asam-asam mineral. Ini disebabkan karena kemampuan asam mineral untuk mengurangi ionisasi asam organik tersebut. Sebaliknya bila pH asam organik dinaikkan yaitu dengan menambahkan alkali, adsorbsi akan berkurang sebagai akibat terbentuknya garam.
5. Waktu Kontak Bila arang ditambahkan dalam suatu cairan, dibutuhkan waktu untuk mencapai kesetimbangan. Waktu yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan jumlah arang yang digunakan. Selain ditentukan oleh dosis arang,
26
pengadukan
juga
mempengaruhi
waktu
singgung.
Pengadukan
dimaksudkan untuk memberi kesempatan pada partikel arang untuk bersinggungan dengan senyawa serapan. Untuk larutan yang mempunyai viskositas tinggi, dibutuhkan waktu singgung yang lebih lama (Sembiring, 2003).
F. CARA PEMBUATAN ARANG SEKAM
Sebenarnya ada beberapa cara pembuatan arang sekam, namun yang paling sering digunakan dalam pembuatan arag sekam ada tiga macam yaitu; (badan penelitian dan pengembangan pertanian,2009)
1. Pembuatan arang sekam dengan pembakaran dengan sistem cerobong
Pembakaran sekam dengan sistem cerobong, yaitu dengan cara sekam segar kering diletakkan/dicurahkan di sekitar cerobong yang di dalamnya sudah diberi bara api. Api di dalam cerobong akan merambat membakar sekam di sekitarnya. Pembakaran terjadi tanpa menimbulkan api, sehingga akan terbentuk arang. Cara ini membutuhkan waktu yang singkat (2 jam) untuk menghasilkan arang. Hasil pembakaran menghasilkan arang sekam dengan kadar sekam yang tidak terbakar 5% dengan kadar abu hanya 1%
2. Pembuatan arang sekam dengan sistem drum statis
Pembakaran sekam dengan sistem drum statis yaitu dengan cara mengisi penuh drum statis tersebut dengan sekam kering, kemudian menutup dan memasang cerobong asap. Tahap selanjutnya dengan menyemprot kan
27
minyak tanah pada lapisan sekam paling atas. Pembakaran sekam dimulai dari lapisan yang paling atas dan sekam yang telah menjadi bara api akan merembet sampai lapisan bawah drum tersebut. Cara ini membutuhkan waktu antara 2-3 jam. Hasil pembakaran cukup baik dengan kadar sekam yang tidak terbakar kurang dari 1% dan kadar abu 5%.
3. Pembuatan arang sekam dengan sistem drum berputar
Pembakaran sekam dengan sistem drum berputar yaitu dengan cara mengisi drum dengan sekam. Pembakaran dilakukan dari luar drum dengan cara menghidupkan kompor atau membakar kayu/jerami di bawah drum. Drum diputar pada 50 rpm. Hasil pembakaran cukup baik dengan menghasilkan 100% arang sekam. Kelemahan dari cara ini adalah waktu yang diperlukan cukup lama yaitu antara 3-4 jam. Kelemahan ini dapat dikurangi dengan cara mengganti drum minyak tanah yang tebal dengan drum buatan yang lebih tipis. Dari total sekam yang dibakar dengan 3 cara sistem pembakaran tersebut diatas akan dihasilkan arang sekam maupun komponen lainnya. Berikut hasil analisis kualitas pembakaran sekam dengan 3 sistem pembakaran : Tabel 1. hasil analisis kualitas pembakaran sekam dengan 3 sistem pembakaran Komponen mutu Kadar air sekam (%) Arang sekam (%) Kadar air arang sekam (%) Abu sekam (%) Waktu pembuatan (jam)
Sistem pembakaran sekam Cerobong Drum statis Drum putar 9,57 9,70 9,65 75,4 74,20 77,15 5,20 4,58 4,05 1,20 2,17 0,00 2,00 3,25 4,40
28
Pada penelitian kali ini akan digunakan dua cara dalam proses pembuatan arang sekam yang akan dibuat yaitu ;
1. Pembuatan arang sekam dengan cara pembakaran
Pada proses pembuatan arang sekam dengan cara pembakaran, yaitu sekam padi dimasukkan ke dalam drum kiln (mengisi 15% volume drum kiln), lalu hidupkan kompor pembakaran kemudian aduk perlahan sekam padi yang dibakar dengan memutar tuas pengaduk yang berada diatas tutup tempat pembakaran. Perlahan-lahan asap akan menebal kemudian menipis yang menandakan bahwa pengarangan hampir selesai. Matikan api pembakaran, putar tuas pengaduk, tunggu beberapa saat sampai tempat pembakaran tidak terlalu panas, kemudian keluarkan sekam yang telah terbakar menjadi arang (Ramona, 2012).
Gambar.6 Drum Kiln Pembakaran
29
2. Pembuatan arang sekam dengan metode sangrai
Pada proses pembuatan arang sekam dengan cara sangrai peralatan yang diperlukan adalah kompor dan wajan. Caranya, sekam padi diletakkan di atas wajan yang telah ditempatkan di atas kompor. Selanjutnya sekam disangrai sambil diaduk sampai menjadi arang.
G. SERAPAN (ADSORPSI DAN ABSORBSI)
Serapan adalah suatu proses dimana suatu partikel menempel pada suatu permukaan akibat adanya perbedaan muatan lemah diantara kedua benda (gaya Van Der Walls), sehingga terbentuk suatu lapisan tipis dari partikelpartikel halus pada permukaan. Permukaan karbon yang mampu menarik molekul organik merupakan salah satu contoh mekanisme serapan antara air, gas dan juga menyerap molekul protein yang polar (Boshi et al. 2003).
Absorpsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorben cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorpsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorpsi kimia). Komponen gas yang dapat mengadakan ikatan kimia akan dilarutkan lebih dahulu dan juga dengan kecepatan yang lebih tinggi. Karena itu absorpsi kimia mengungguli absorpsi fisik.
30
Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorben sering juga disebut sebagai cairan pencuci.
Adapun contoh proses absorbsi di dalam bidang industri adalah sebagai berikut :
Formalin yang berfase cair berasal dari formaldehid yang berfase gas dapat dihasilkan melalui proses absorbsi.Teknologi proses pembuatan formalin Formaldehid sebagai gas input dimasukkan ke dalam reaktor. Output dari reaktor yang berupa gas yang mempunyai suhu 1820C didinginkan pada kondensor hingga suhu 55 0C,dimasukkan ke dalam absorber.Keluaran dari absorber pada tingkat I mengandung larutan formalin dengan kadar formaldehid sekitar 37 – 40%. Bagian terbesar dari metanol, air,dan formaldehid dikondensasi di bawah air pendingin bagian dari menara, dan hampir semua removal dari sisa metanol dan formaldehid dari gas terjadi dibagian atas absorber dengan counter current contact dengan air proses.
Adsorben ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses adsorpsi. Adsorben yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Zat ini banyak dipakai di pabrik untuk menghilangkan zat-zat warna dalam larutan. Penyerapan bersifat selektif, yang diserap hanya zat terlarut atau pelarut sangat mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat. Ketika pelarut yang mengandung zat terlarut tersebut kontak dengan adsorben, terjadi perpindahan massa zat terlarut dari
31
pelarut ke permukaan adsorben, sehingga konsentrasi zat terlarut di dalam cairan dan di dalam padatan akan berubah terhadap waktu dan posisinya dalam kolom adsorpsi. Adsorben yang digunakan secara komersial dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu kelompok polar dan non polar, berikut adalah defenisinya:
1. Adsorben Polar disebut juga hydrophilic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah silika gel, alumina aktif, dan zeolit. 2. Adsorben non polar disebut juga hydrophobic. Jenis adsorben yang termasuk kedalam kelompok ini adalah polimer adsorben dan karbon aktif.
H. PENYARINGAN AIR DENGAN ZEOLIT Zeolit berasal dari kata “zeinlithos” yang berarti batuan berbuih. Zeolit merupakan
kristal
alumina
silikat
dengan
rumus
empiris
Mx/n.(AlO2)x.(SiO2)y.xH2O. Terbentuk dari tetrahedral alumina dan silika dengan rongga-rongga di dalam yang berisi ion-ion logam, biasanya golongan logam alkali, dan molekul air yang bergerak bebas. Zeolit merupakan suatu kelompok mineral yang dihasilkan dari proses hidrotermal pada batuan beku basa. Mineral ini biasanya dijumpai mengisi celah-celah ataupun rekahan dari batuan tersebut. Selain itu zeolit juga merupakan endapan dari aktivitas vulkanik yang banyak mengandung unsur silika. Pada saat ini penggunaan mineral zeolit semakin meningkat, dari penggunaan dalam industri kecil hingga dalam industri berskala besar. Di negara maju seperti Amerika
32
Serikat,
zeolit
sudah
benar-benar
dimanfaatkan
dalam
industri
(Sarno,H.1983).
Karena sifat-sifat yang dimiliki oleh zeolit, maka mineral ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai bidang. Zeolit juga banyak digunakan untuk memurnikan air tanah karena Karena secara umum zeolit mampu menyerap, menukar ion dan menjadi katalis sehingga dapat dikembangkan untuk keperluan alternatif pengolah air maupun limbah. Zeolit memiliki kemampuan untuk menyerap kandungan mineral seperti Fe dan Mn dalam air tanah.
Sebagai negara yang alamnya kaya mineral, air tanah di Indonesia sering mengandung besi dan mangan cukup tinggi. Di dalam air kedua logam ini selalu ada bersamasama. Bagi manusia kedua logam adalah esensial tetapi juga toksik. Keberadaannya dalam air tidak saja dapat diditeksi secara laboratoris tetapi juga dapat dikenali secara organoleptik. Dengan konsentrasi Fe atau Mn sedikitnya 1 mg/L, air terasa pahit-asam, berbau tidak enak dan berwarna kuning kecoklatan.
Pada skala industri, Fe dan Mn dalam air biasanya diturunkan dengan mengaerasi air pada pH>7 sehingga kedua logam ini mengendap sebagai oksidanya. Proses lain adalah mengikat Fe dan Mn dengan suatu cation exchanger. Kedua cara ini tidak dapat dilakukan oleh masyarakat umum karena memerlukan sarana, peralatan dan bahan yang mahal, sedangkan penyaringan konvensional menggunakan pasir dan ijuk hanya dapat memperbaiki kualitas fisik air seperti kekeruhan. Namun, sesungguhnya di
33
Indonesia tersedia penukar ion alami yang murah dan mudah didapat. Zeolit adalah salah satu penukar ion alami yang banyak tersedia.
I.
FILTER UDARA
Filter udara adalah komponen yang berfungsi menyaring udara bebas dari luar yang akan masuk ke ruang pembakaran agar selalu dalam keadaan bersih. Udara yang sudah disaring kemudian menuju ke ruang pembakaran bersamaan dengan bahan bakar. Dengan bercampurnya udara dengan bahan bakar, maka kedua zat ini berubah menjadi gas dan seterusnya menuju ke ruangan silinder. Filter udara di motor sudah mengalami tiga kali evolusi. Generasi pertama, menggunakan bahan busa. Generasi kedua mengunakan tipe kertas kering, dan generasi terbaru menggunakan kertas basah. (http://www.otomotifnet.com/otoweb/index.php?templet=ototips/Content/0/0/ 1/7/2072).
Beberapa jenis filter akan dijelaskan di bawah ini
Busa marmer Tipe saringan udara ini, boleh disebut konvensional. Itu karena modelnya yang umum dan sudah dipakai sejak lama. Banyak pabrikan
menggunakan
perawatannya.
saringan
Membersihkannya
model
ini,
menggunakan
karena bensin.
mudah Busa
direndam atau disiram bensin lalu diperas. Ulangi hingga dua atau
34
tiga kali, Untuk mengeringkannya, cukup sedikit diremas. Setelah busa dibersihkan lalu lumuri pakai oli.
Gambar 7. Filter udara busa marmer
Kertas kering (dry element) Saringan udara jenis ini memiliki bahan yang tebal sehingga tidak cepat rusak ketika menyedot udara. Membersihkannya cukup disemprot menggunakan angin kompresor.
Gambar 8. Filter udara dry element
Kertas basah (wet element) Bahan yang dipakai hampir serupa dengan bahan saringan udara dry element, namun telah memiliki pelumas khusus di kertasnya. Cara membersihkannya cukup dilap menggunakan kain tipis.
35
Gambar 9. Filter udara wet element
Pada sepeda motor honda absolute revo, filter udara yang digunakan merupakan filter jenis wet element seperti tampak pada gambar 10 di bawah ini.
Gambar 10. Filter udara honda absolute revo
