BAB II LANDASAN TEORI

5
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Umum Sepeda Motor
2.1.1
Sejarah Sepeda Motor
Sepeda motor yang kita kenal saat ini merupakan evolusi dari sepeda roda
dua konvensional. Hal ini terlihat jelas pada bentuk dan desain sepeda motor
pertama yang mengadopsi bentuk dan desain dari sepeda konvensional. Ada tiga
orang yang diakui sebagai penemu sepeda motor yaitu, Ernest Michaux (Perancis),
Edward Butler (Inggris), dan Gottlieb Daimler (Jerman).
Sepeda motor pertama kali dirancang pada tahun 1868 oleh Ernest
Michaux berkebangsaan Perancis. Tenaga penggerak yang direncanakan pada
waktu itu adalah engine uap namun proyek ini tidak berhasil. Kemudian pada
tahun 1885 Edward Butler mencoba menyempurnakannya dengan membuat
kendaraan lain yang mempergunakan tiga roda dan digerakan dengan
menggunakan motor dari jenis motor pembakaran dalam. Tahun 1885 seorang ahli
engine Jerman Gottlieb Daimler dan rekannya, Wilhelm Maybach menjadi perakit
motor pertama kali di dunia. Daimler memasangkan engine empat langkah
berukuran kecil pada sebuah sepeda kayu.Engine diletakkan di tengah (di antara
roda depan dan belakang) dan dihubungkan dengan rantai ke roda belakang.
Kemudian sepeda kayu ber engine itu diberi nama Reitwagen (riding car).Tahun
1894, sepeda motor rancangan Hildebrand dan Wolfmuller adalah sepeda motor
yang pertama dipasarkan,roda belakang sepeda motor ini digerakkan langsung
6
oleh kruk as (crankshaft).Sejarah mencatat bahwa sepeda motor rancangan
Hildebrand dan Wolfmuller adalah sepeda motor pertama yang sukses diproduksi.
Dipatenkan di Munich pada tahun 1894, sepeda motor Hildebrand dan Wolfmuller
berhasil terjual sebanyak 200 unit (sumber: http//id.shvoong.com/humanities/
history/2075297-sejarah-ditemukannya-sepeda-motor/).
.
Gambar 2.1 Sepeda Motor Rancangan Ernest Michaux
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.Ernest.com/2009/06/motor-2.jpg)
Gambar 2.2 Sepeda Motor Rancangan Edward Butler
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.Edward.com/2009/06/motor-2.jpg)
7
Gambar 2.3
Sepeda Motor Reitwagen (riding car) Rancangan Gottlieb Daimler
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files. Gottlieb.com/2009/06/motor-2.jpg)
Gambar 2.4 Sepeda Motor Rancangan Hildebrand dan Wolfmuller
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files.hildebrand.com/2009/06/motor-2.jpg)
Tahun 1895, sebuah perusahaan Perancis yaitu DeDion-Buton merancang
sebuah motor modern. Diperkenalkannya motor ini menjadi awal dari terjadinya
revolusi pada industri sepeda motor. Motor empat langkah ini kecil, ringan, dan
8
memiliki putaran (rpm) tinggi. Motor yang berdiameter silinder 50 mm dan
panjang langkah 70 mm ini berkapasitas 138 cc dan menghasilkan tenaga sebesar
0.5 hp. Desain motor DeDion-Buton ini selanjutnya dijadikan role model oleh
banyak pabrikan sepeda motor di dunia termasuk Indian dan Harley Davidson di
Amerika
Serikat.
(sumber:
http//www.about.com/motorcycle_com-mo-
mcmuseum-firstbike.html).
Gambar 2.5 Desain Motor DeDion-Buton
(http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://iwandahnial.
files. DeDion.com/2009/06/motor-2.jpg)
2.2 Tinjauan Umum Motor Otto
2.2.1
Definisi Motor Otto
Arismunandar (2005 : 5) mengemukakan bahwa:
Motor otto adalah motor yang bekerja dengan cara memasukan panas dari
percikan bunga api listrik dari busi pada campuran udara dan bahan bakar yang
dikompresikan. Motor otto berbeda dengan motor diesel dalam metode
pencampuran bahan bakar dengan udara karena motor otto selalu menggunakan
penyalaan busi untuk proses pembakaran.
Motor
otto dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi memercikan
loncatan api listrik yang menyalakan pembakaran campuran bahan bakar dan
9
udara, karena itu motor otto disebut juga Spark Ignition Engine. Karburator adalah
tempat pencampuran bahan bakar dengan udara.
Arismunandar (2005:9) menyatakan bahwa:
Pencampuran tersebut terjadi karena bahan bakar terhisap masuk atau
disemprotkan kedalam arus udara segar yang masuk kedalam karburator.
Campuran bahan bakar dan udara segar yang terjadi itu sangat mudah terbakar.
Campuran tersebut kemudian masuk kedalam silinder yang dinyalakan oleh
loncatan api listrik dari busi, menjelang akhir langkah kompresi. Pembakaran
bahan bakar ini menyebabkan engine menghasilkan daya.
2.2.2
Prinsip Kerja Motor 4 langkah
Motor otto adalah suatu pesawat yang mengubah energi kimia menjadi
energi panas hasil pembakaran, dan selanjutnya energi panas hasil pembakaran
diubah menjadi energi mekanik. Energi yang didapat dari motor otto merupakan
hasil dari menghisap campuran bahan bakar dan udara pada saat terjadi langkah
hisap.
“Motor empat langkah adalah motor yang menyelesaikan satu siklus dalam
empat langkah torak atau dua kali putaran poros engkol” (Hidayat, 2007: 11).
Empat langkah torak tersebut terdiri dari langkah pengisian, langkah kompresi dan
proses penyalaan, langkah ekspansi serta langkah pembuangan. Proses kerja ini
terjadi berurutan dan berulang-ulang. Piston (torak) motor bergerak bolak balik
dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) dan dari titik mati bawah
(TMB) ke titik mati atas (TMA) pada langkah selanjutnya. Proses kerja motor
empat langkah diselesaikan dalam empat langkah piston. Langkah pertama yaitu
piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian.Langkah kedua
yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut langkah kompresi.Langkah
10
ketiga piston bergerak dari TMA ke TMB disebut langkah usaha. Langkah usaha
ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar (campuran udara dan bahan bakar)
didalam silinder motor/ ruang pembakaran yang menghasilkan tenaga yang
mendorong piston dari TMA ke TMB. Langkah keempat yaitu piston bergerak
dari TMB ke TMA disebut langkah pembuangan.Gas hasil pembakaran didorong
oleh piston keluar silinder motor. Sehingga pada motor empat langkah proses kerja
motor untuk menghasilkan satu langkah usaha (menghasilkan tenaga) diperlukan
empat langkah piston. Empat langkah piston berarti sama dengan dua kali putaran
poros engkol.Empat langkah piston
ini akan dijelaskan seperti pada gambar
berikut ini.
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 2.6Prinsip Kerja Motor Otto 4 (Empat) Langkah
(Arismunandar, 2005:8)
2.2.2.1 Langkah Hisap
Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa:
Langkah hisap dimulai dari piston yang bergerak dari TMA (titik mati
atas) menuju ke TMB (titik mati bawah). Katup hisap terbuka sedangkan katup
buang tertutup.Ketika piston bergerak menuju TMB, menyebabkan ruang
silinder menjadi vakum, campuran udara dan bahan bakar terhisap kedalam
silinder karena adanya tekanan udara diluar ruang silinder.
11
Gambar 2.7 : Langkah Hisap
(id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.1.Langkah Hisap Motor (Otto) Empat Langkah
Input
Kondisi Mekanik
Campuran bahan bakar
Torak:
dan udara
Torak bergerak dari TMA ke TMB hal ini disebabkan
oleh gaya dari motor stater ketika dinyalakan, atau
momentum dari roda gila apabila engine telah hidup.
Silinder:
Dalam
ruang
silinder
terjadi
kondisi
volume
membesar dan tekanan turun, atau terjadi perubahan
volume sebesar volume langkah atau sebesar volume
sisa menjadi volume total. Hal ini menyebabkan
terjadinya kevakuman dalam ruang silinder sehingga
campuran bahan bakar dan udara terhisap masuk
kedalam ruang silinder.
12
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam digerakan oleh poros engkol melalui timing
belt,
timing
Chain,
atau
timing
gear
dengan
perbandingan putaran dua banding satu. Hal ini
menyebabkan katup masuk terbuka dan katup buang
tertutup.
2.2.2.2 Langkah Kompresi
Arismunandar (2005:8) mengemukakan bahwa:
Setelah mencapai TMB, piston bergerak kembali ke TMA, sementara
katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup. Campuran bahan bakar dan
udara yang terhisap sebelumnya terkurung di dalam silinder dan dimampatkan
oleh piston yang bergerak ke TMA. Volume campuran bahan bakar dan udara itu
menjadi kecil dan karena itu tekanan dan temperaturnya naik hingga campuran
itu mudah sekali terbakar.
Gambar 2.8: Langkah Kompresi
(id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
13
Tabel 2.2
Langkah Kompresi Motor (Otto) Empat Langkah
Input
Kondisi Mekanik
Campuran bahan bakar dan udara
Torak:
sebesar volume langkah.
Torak bergerak dari TMB ke TMA
yang menyebabkan terjadinya kondisi
volume
mengecil
dan
tekanan
meningkat.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi
volume
mengecil
meningkat,
atau
dan
terjadi
tekanan
perubahan
volume sebesar volume total menjadi
volume sisa. Hal ini menyebabkan
terjadinya pemampatan udara dalam
silinder.
Poros engkol:
Poros
engkol
bergerak
1800
atau
setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros
cam
kemudianmenggerakkan
bergerakyang
mekanisme
katup-katup, sehingga katup masuk dan
katup buang tertutup.
14
2.2.2.3 Langkah Usaha
Arismunandar(2005: 9) mengemukakan bahwa:
Dalam langkah ini, engine menghasilkan tenaga untuk menggerakkan
kendaraan. Sesaat sebelum torak mencapai TMA pada saat langkah kompresi,
campuran udara dan bahan bakar tersebut dibakar oleh percikan bunga api dari busi,
sehingga terjadilah proses pembakaran yang mengakibatkan tekanan dan temperatur
gas di dalam silinder menjadi semakin tinggi. Gas pembakaran mendorong piston
bergerak ke TMB, sementara katup hisap dan katup buang dalam keadaan tertutup
Gambar 2.9 : Langkah Usaha
(id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
15
Tabel 2.3Langkah Usaha Motor (Otto) Empat Langkah
Input
Kondisi Mekanik
Torak:
Tidak ada
Torak bergerak dari TMA ke TMB hal ini disebabkan
oleh tekanan hasil pembakaran yang berada di atas
torak atau di ruang bakar yang menekan torak hingga
bergerak.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume mengecil
dan tekanan meningkat. Ekspansi terjadi di atas torak
selama terjadi langkah ekspansi, dengan demikian
tekanan dan suhu akan Sangat menurun.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam bergerak yang kemudian menggerakkan
mekanisme katup-katup. katup masuk dan katup
buang tertutup.
2.2.2.4 Langkah Buang
Arismunandar (2005: 9) mengemukakan bahwa:
Apabila piston telah mencapai TMB, katup buang terbuka sedangkan
katup hisap tetap tertutup. Piston bergerak kembali ke TMA mendorong gas
pembakaran keluar dari dalam silinder melalui saluran buang (ekhaus manifold).
Ketika torak mencapai TMA, akan mulai bergerak lagi untuk persiapan langkah
16
berikutnya, yaitu langkah hisap. Poros engkol telah melakukan 2 putaran penuh
dalam satu siklus yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1
langkah kompresi, 1 langkah usaha, 1 langkah buang yang merupakan dasar
kerja dari pada engine empat langkah
Gambar 2.10 : Langkah Buang
(id. Wikipedia.org 11:57, 8/7/2014)
Tabel 2.4Langkah Buang Motor (Otto) Empat Langkah
Input
Kondisi Mekanik
Torak:
Tidak ada
Torak bergerak dari TMB ke TMA, dan menyebabkan
gas sisa pembakaran akan terdorong keluar dari ruang
silinder.
Silinder:
Dalam ruang silinder terjadi kondisi volume mengecil
dan penurunan tekanan.
Poros engkol:
Poros engkol bergerak setengah putaran poros engkol.
Poros cam:
Poros cam bergerak yang kemudian menggerakkan
17
mekanisme katup-katup. katup masuk tertutup dan
katup buang terbuka, kemudian gas sisa pembakaran
akan terdorong keluar.
2.2.3
Proses Pembakaran Pada Motor Otto
“Pembakaran sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan bahan bakar
dengan oksigen dengan diikuti dengan panas atau sinar” (Toyota new step 2, 1995:
22).Ada dua kemungkinan yang dapat terjadi pada pembakaran motor bensin yaitu
pembakaran normal dan pembakaran tidak normal.
2.2.3.1 Pembakaran Sempurna
Pembakaran sempurna adalah “dimana bahan bakar dapat terbakar
seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki” (Toyota new step 2,
1995: 2-3). Mekanisme pembakaran normal pada motor bensin dimulai
pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api
membakar gas yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh
bagian sampai semua partikel gas terbakar habis. Saat gas bakar
dikompresikan, tekanan dan suhunya naik, sehingga terjadi reaksi kimia
dimana molekul-molekul hidrokarbon terurai dan tergabung dengan
oksigen dan udara. Sebelum langkah kompresi berakhir terjadilah
percikan api pada busi yang kemudian membakar gas tersebut. Dengan
timbulnya energi panas, tekanan dan suhunya naik secara mendadak,
maka torak terdorong menuju titik mati bawah.
2.2.3.2 Pembakaran Tidak Sempurna
Pembakaran tidak sempurna (tidak normal) menurut Suyanto (1989:257),
adalah “pembakaran dimana nyala api dari pembakaran ini tidak menyebar
18
secara teratur dan merata sehingga menimbulkan masalah atau bahkan kerusakan
pada bagian-bagian motor. Dalam buku Toyota new step 2 (1995:2-3)
menyatakan bahwa “pembakaran tidak sempurna dapat dibedakan menjadi dua
jenis yaitu knocking dan pre-ignition”.
2.2.3.2.1
Knocking
Peristiwa pembakaran normal api menyala ke seluruh bagian ruang
bakar dengan kecepatan konstan dan busi sebagai pusat penyebaran,
dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang telah
terbakar sehingga tekanan dan suhunya menjadi naik. Jika saat ini gas
jadi terbakar dengan sendirinya maka akan timbul ledakan (denotasi)
yang menimbulkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking
noise). Fluktuasi tekanan yang besar dan cepat ini terjadi pada akhir
langkah pembakaran. Sebagai akibatnya tenaga engineakan berkurang
dan jika sering terjadi maka akan memperpendek umur engine.
2.2.3.2.2
Pre-ignition
Peristiwa pre-ignition hampir sama dengan knocking, tetapi terjadi
hanya pada saat busi sebelum memercikan bunga api. disini bahan bakar
terbakar dengan sendirinya sebagai akibat dari tekanan dan suhu yang
cukup tinggi sebelum busi memercikan bunga api.
2.3
Tinjauan Umum Elektrolisis Air
Dalam ilmu kimia dan manufaktur, elektrolisis adalah metoda penggunaan
arus listrik untuk mendorong reaksi kimia non-spontan.Elektrolisis secara
komersial sangat penting sebagai tahap dalam pemisahan dari unsur yang
bersumber dari alam yang telah ada seperti biji besi menggunakan sel
elektrolitik.Elektrolisis adalah arus listrik yang melalui zat ionik baik berupa cair
19
atau dilarutkan dalam pelarut yang sesuai, menghasilkan reaksi kimia pada
elektroda dan pemisahan bahan.
Gambar 2.11.
Ilustrasi dari peralatan yang digunakan untuk elektrolisis yang biasanya digunakan
dalam laboratorium sekolah.
(Http:/iman-ardi.blogspot.com,11:45/8 Juli 2014)
Komponen utama yang diperlukan untuk proses elektrolisis adalah:
1. Larutan elektrolit:
Zat yang mengandung ion bebas yang merupakan penghantar arus
listrik.Jika ion-ionnya tidak bergerak, seperti dalam garam padat maka
elektrolisis tidak dapat terjadi.
2. Arus listrik:
Menyediakan energi
yang diperlukan untuk
menghasilkan atau
mengosongkan ion dalam elektrolit.Arus listrik dibawa oleh electron dari listrik
eksternal.
20
3. Dua buah elektroda:
Konduktor listrik yang merupakan antarmuka fisik antara rangkaian
listrik.Elektroda dari metal, grafit dan material semikonduktor adalah yang
paling umum digunakan. Pemilihan elektroda yang sesuai tergantung dari
reaktivitas kimia antara elektroda dan elektrolit dan harga dari proses
manufakturnya.
2.3.1 Proses Elektrolisis
Kunci dari proses elektrolisis adalah pertukaran atom dan ion oleh pengurangan
atau penambahan elektron dari sumber listrik eksternal. Contohnya dalam elektrolisis air
untuk menghasilkan hidrogen dan oksigen, hasilnya dalam bentuk gas. Gas ini
membentuk gelembung dari elektrolit dan dikumpulkan.
2 H2O → 2 H2 + O2
Cairan yang berisi ion yang bergerak (elektrolit) diproduksi oleh:
1. Solvasi atau reaksi dari suatu senyawa ionik dengan pelarut (seperti air) untuk
menghasilkan ion bergerak.
2. Suatu senyawa ionik dilebur (fusi) dengan pemanasan Tegangan listrik diberikan
di sepasang elektroda dengan cara dicelupkan dalam elektrolit. Setiap elektroda
menarik ion yang berlawanan muatan. Ion bermuatan positif (kation) bergerak
menuju katoda (negatif), sedangkan ion bermuatan negatif (anion) bergerak
menuju anoda (positif). Pada elektroda, elektron diserap atau dilepaskan oleh
atom dan ion. Atom-atom yang memperoleh atau kehilangan elektron menjadi
ion yang melewati elektrolit. Ion tersebut yang memperoleh atau kehilangan
elektron menjadi atom bermuatan terpisah dari elektrolit. Pembentukan atom
21
bermuatan dari ion disebut pengosongan. Energi yang dibutuhkan untuk
menyebabkan ion pindah ke elektroda dan energi untuk mengubah menjadi ion,
disediakan oleh sumber listrik eksternal.
2.3.2 Elektrolisis Air
Elektrolisis air adalah penguraian air (H2O) menjadi oksigen (O2) dan
gas hidrogen (H2) karena arus listrik yang melewati air.
2.3.2.1 Prinsip Kerja Elektrolisis Air
Tegangan listrik dihubungkan ke dua buah elektroda atau dua buah plat
(umumnya terbuat dari beberapa logam inert seperti platinum atau stainless steel)
yang mana dicelupkan kedalam air. Hidrogen akan muncul pada katoda
(elektroda bermuatan negatif, dimana elektron masuk ke dalam air), dan oksigen
akan muncul pada anoda (elektroda bermuatan positif). Diasumsikan efisiensi
faraday adalah ideal, jumlah hidrogen yang dihasilkan adalah 2 kali lipat dari
jumlah mol dari oksigen dan keduanya adalah sebanding dengan jumlah muatan
listrik yang dihantarkan oleh larutan. Namun dalam banyak sel persaingan reaksi
samping mendominasi, menghasilkan produk yang berbeda dan kurang dari
efisiensi faraday yang ideal.
Gambar 2.12. Demonstrasi sederhana elektrolisis di rumah
(id.wikipedia.org 11:51. 8-7-2014)
22
Elektrolisis air murni membutuhkan energi berlebih dalam bentuk overpotential untuk
mengatasi berbagai hambatan aktivasi. Tanpa kelebihan energi, elektrolisis air murni
terjadi sangat lambat atau tidak sama sekali. Hal ini sebagian disebabkan oleh ionisasi
air yang terbatas.Air murni memiliki konduktivitas listrik sekitar sepersejuta dari air
laut. Banyak sel elektrolitik mungkin kekurangan kebutuhan akan katalis. Efisiensi dari
elektrolisis meningkat melewati penambahan dari elektrolit (seperti garam, asam atau
basa) dan penggunaan dari elektrokatalis.
2.3.3 Persamaan Reaksi Kimia
Dalam air murni pada katoda bermuatan negatif, reaksi reduksi berlangsung,
dengan elektron (e-) dari katoda yang diberikan kepada kation hidrogen untuk
membentuk gas hidrogen (reaksi setengah seimbang dengan asam):
Reduksi di katoda: 2 H+(aq) + 2e− → H2(g)
Setengah reaksi yang sama juga dapat diseimbangkan dengan basa seperti yang
tercantum di bawah ini. Tidak semua setengah reaksi harus seimbang dengan asam atau
basa.Banyak, seperti oksidasi atau reduksi air yang tercantum di sini.Untuk menambah
setengah reaksi keduanya harus seimbang dengan baik asam atau basa.
Katoda (reduksi):
2 H2O(l) + 2e− → H2(g) + 2 OH-(aq)
Anode (oksidasi):
4 OH- (aq) → O2(g) + 2 H2O(l) + 4 e−
Penggabungan kedua persamaan setengah reaksi menghasilkan decomposisi keseluruhan
yang sama dari air menjadi oksigen dan hidrogen:
23
Reaksi keseluruhan: 2 H2O (l) → 4 H+(aq) + O2(g) + 4 e
Jumlah molekul hidrogen yang dihasilkan adalah dua kali jumlah molekul
oksigen, dengan asumsi suhu dan tekanan yang sama untuk kedua gas. Gas hidrogen
yang dihasilkan adalah dua kali volume gas oksigen yang dihasilkan.Jumlah elektron
yang dilewatkan melalui air adalah dua kali jumlah molekul hidrogen dan empat kali
dari jumlah molekul oksigen yang dihasilkan.
Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, maka harga z untuk O2(g) adalah 4.
Dekomposisi air menjadi hidrogen dan oksigen pada tekanan dan temperature standard
secara termodinamik tidak berlangsung spontan, hal ini ditunjukkan oleh harga potensial
reaksi standard yang berharga negatif dan energi bebas Gibbs yang positif. Proses
tersebut “mustahil” dapat berlangsung tanpa penambahan suatu elektrolit dalam larutan
dan sejumlah energi listrik. Elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Untuk
mempercepat perlu ditambahkan elektrolit, seperti asam, basa atau garam. Pada
elektolisis air murni, kation H+ akan berkumpul di anoda dan anion –OH akan
berkumpul di katoda. Hal ini dapat dibuktikan dengan menambahkan suatu indikator ke
dalam elektrolisis air, daerah anoda akan bersifat asam sedangkan daerah katoda akan
bersifat basa. Muatan ion ini yang akan mengganggu aliran arus listrik lebih lanjut
sehingga proses elektrolisis air murni berlangsung sangat lambat. Hal ini juga
merupakan alas an mengapa air murni memiliki daya hantar arus listrik yang lemah. Jika
suatu elektrolit dilarutkan dalam air maka daya hantar air akan naik dengan cepat.
Elektrolit akan terurai menjadi kation dan anion. Anion akan bergerak ke arah anoda dan
menetralkan muatan positif H+ sedangkan kation akan bergerak ke arah katoda dan
menetralkan muatan negatif -OH. Hal ini menyebabkan arus listrik dapat mengalir lebih
lanjut.
24
(http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water).
Perlu dicermati dalam memilih elektrolit, karena akan terjadi persaingan antara
anion dari elektrolit dengan ion hidroksida untuk melepaskan elektron (mengalami
oksidasi), demikian juga terjadi pada kation dengan ion H+. Anion dengan harga
potensial elektroda standard lebih kecil dibandingkan ion hidroksida akan mengalami
oksidasi sehingga tidak dihasilkan gas oksigen, sedangkan kation dengan harga potensial
elektroda standard lebih besar dibandingkan ion hidrogen akan mengalami reduksi
sehingga tidak dihasilkan gas hidrogen. Kation Li+, Rb+, K+, C+, Ba2+, Sr2+, Ca2+,
Na+, dan Mg2+ memiliki potensial elektroda lebih rendah dibandingkan H+ sehingga
memungkinkan untuk digunakan sebagai kation dari elektrolit. Litium dan sodium
sering digunakan karena murah dan mudah larut
(http://en.wikipedia.org/wiki/Electrolysis_of_water).
Anion sulfat (SO4 2-) sangat sukar dioksidasi karena memiliki potensial oksidasi
standard relatif besar, yakni 0,22 Volt, yang kemungkinannya akan diubah menjadi ion
peroksidisulfat. Asam kuat seperti asam sulfat ( H2SO4), dan basa kuat seperti kalium
hidroksida (KOH) dan sodium hidroksida (NaOH) sering digunakan sebagai zat
elektrolit.
(http://en.wikipedia. org/wiki/Electrolysis_of_water).
Elektrolisis air pada temperatur tinggi atau elektrolisis uap air merupakan suatu
metoda yang sedang diteliti, yakni elektrolisis air dengan mesin kalor. Elektrolisis air
pada temperatur tinggi ternyata lebih efisien dibandingkan elektrolisis tradisional pada
temperatur kamar sebab sebagian energi disediakan dalam bentuk panas, yang lebih
25
murah dibandingkan energi listrik, dan reaksi elektrolisis menjadi lebih efisien pada
temperatur yang lebih tinggi dengan total efisiensi sekitar 25-45%.
(http://en.wikipedia.org/wiki/ Electrolysis_of_water).
2.4 Oxyhidrogen/ HHO Gas/ Brown Gas
Oxyhydrogen adalah campuran dari gas hidrogen (H2) dan gas oksigen (O2).
Campuran gas ini digunakan sebagai torch untuk pengolahan bahan tahan api dan
campuran gas yang pertama kali digunakan untuk pengelasan. Berdasarkan teori, rasio
hidrogen:oksigen adalah 2:1 itu sudah cukup untuk mencapai efisiensi maksimum. Pada
prakteknya rasio 4:1 atau 5:1 dibutuhkan untuk menghindari oksidasi api.
Gambar 2.13.Sel elektrolitik untuk memproduksi oxyhydrogen pada abad
kesembilan belas
(en.wikipedia.org 12:01, 8/7/2014)
Dalam istilah lama campuran itu kadang-kadang dinamakan knallgas (Jerman,
"bang-gas"), meskipun beberapa penulis menggunakannya untuk mendefinisikan
knallgas menjadi istilah umum untuk campuran bahan bakar dengan jumlah yang tepat
26
dari oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran sempurna, sehingga 2 : 1 oxyhydrogen
akan disebut "hidrogen-knallgas".
Brown gas dan HHO adalah istilah ilmu pinggiran (fringe science) untuk
campuran 2:1 dari oxyhydrogen diduga memiliki sifat khusus.
2.4.1 Properti
Oxyhydrogen akan terbakar ketika diberikan temperature pengapiannya
(ignition). Untuk campuran stokiometrik pada tekanan normal, pengapian terjadi pada
570oC (1065oF). Energi minimum yang diperlukan untuk menyalakan campuran tersebut
dengan percikan api adalah sekitar 20 mikrojoule. Pada suhu dan tekanan standar,
oxyhydrogen dapat terbakar ketika memiliki volume 4% dan 95% hidrogen dari volume.
Ketika terjadi pengapian, campuran gas melepaskan energi dan terkonversi menjadi uap
air, dengan energi reaksi 241,8 kJ (LHV) untuk setiap mol H2 yang dibakar. Jumlah
energi panas yang dilepaskan adalah independen dari mode pembakaran, tetapi
tempratur dari api bervariasi. Maksimum tempratur adalah sekitar 2800 oC yang tercapai
dengan campuran stoikiometrik murni, sekitar 700 derajat lebih panas dari pada api
hidrogen di udara. Ketika salah satu dari gas dicampur lebih dari rasio ini atau bila
dicampur dengan gas inert seperti nitrogen, panas harus menyebar ke seluruh kuantitas
yang lebih besar dari materi dan suhu akan lebih rendah.
2.4.2 Produksi
Campuran stoikiometri murni dapat diperoleh dengan elektrolisis air, yang mana
menggunakan arus listrik untuk memisahkan molekul air.
Electrolysis: 2 H2O → 2 H2 + O2
27
Combustion: 2 H2 + O2 → 2 H2O
William Nicholson adalah orang pertama yang menguraikan air dengan cara ini pada
tahun 1800. Energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan oxyhydrogen selalu melebihi
energi yang dilepaskan oleh pembakaran itu.
2.5 Emisi Gas Buang
Atmosfir bumi yang biasa disebut udara terutama terdiri dari atas dua gas : oksigen (O 2)
yang menempati21% volume atmosfir, dan Nitrogen (N2) yang menempati 78% volume
atmosfir, sisanya yang 1 % ditempati oleh berbagai macam gas termasuk Argon (Ar) yang
berjumlah 0,94% dari sisa 1% dan carbon dioksid (CO2). Disamping Argon dan Carbon dioksid,
masih banyak lagi zat yang dihasilkan manusia, seperti (CO), gas Hidrocarbon (HC), Oksid
Nitrogen (NOx), Sulfur Dioksid (SO2) dan lain-lain.
Gambar 2.14 Susunan Atmossfir bumi
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 14)
28
2.5.1 Zat Pencemaran yang Dihasilkan Kendaraan
Zat pencemar dari hasil pembakaran atas bahan bakar gasoline engine ada tiga macam
yaitu CO, HC dan NOx, gas ini mengganggu pernapasan dan berbahaya terhadap manusia,
binatang dan tanaman. Dimana rumus kimia untuk pembakaran tidak sempurna adalah sebagai
berikut:
C8H18 + Udara
2 C8H18 + 25 O2 + N2
Zat
Pencemar
Sumber Utama di
Atmosfir
H2O + CO2+ COx + NOx + HC +
18H2O + 16 CO2 + CO + NOx + HC
Akibatnya
Keterangan
CO
Mobil
93% Mengganggu
pertukaran
oksigen generator daya dan didalam darah dan menyebabkan
lain-lain 7%
keracunan
carbon
monoksid
(konsentrasi CO pada 30-40PPM (Port
Per Million) melumpuhkan syaraf : pada
500 PPM menyebabkan sesak napas dan
pusing. Konsentrasi CO yang tinggi
dapat menyebabkan kematian
HC
Mobil 57%
Pemurnian minyak
bumi,
pemakaian
pelarut dan lain-lain
43%
NOx
Mobil 39%
Organ pernapasan menjadi sakit
Akibat
dari
utama
photo
chemical smog.
-Sakit mata, hidung, tenggorokan, Penyebab
batuk, sakit kepala, paru-paru
utama
photo
Pabrik, pembangkit
chemical smog
daya
pemurnian -No2 atmosfir pada 3-5 PPM
minyak bumi 61%
menghasilkan bau yang menyakitkan
pada 10-30 PPM menyebabkan sakit
mata dan hidung, pada 30-50 PPM
menyebabkan batuk, sakit kepala
29
Gas bekas umumnya terdiri dari gas yang tidak beracun N2 (Nitrogen), CO2(gas Carbon) dan
H2O (uap air) dan sebagian kecil merupakan gas beracun seperti gas CO, HC, dan Nox (Oksid
Nitrogen) yang sekarang sangat populer dalam gas bekas maupun gas buang adalah gas yang
beracun. Gas yang dikeluarkan dari suatu kendaraan bila digambarkan dalam % seperti pada
gambar dibawah ini.
Gambar 2.15 Emisi Gas buang
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal16)
CO (Carbon Monokside)
Sifat
-
HC (Hydro Carbon)
Nox (Oxide Nitrogen)
zat
yang - Terutam berbentuk NO,
Zat
gas
tidak - Sebutan
berwarna dan tidak
merupakan ikatan kimia
NO2, dan N2O.
berbau
hanya dari carbon (C)
- Tidak mudah larut dalam
- NO adalah gas yang
dan Hydrogen (H) saja
air
tidak berwarna tidak
- Bentuk kimianya dibagi
berbau, sukar larut
Perbandingan
berat
menjadi
parafine,
dalam air, didalam
terhadap udara (1 Atm
naftaline,olefine
dan
udara karena gesekan
o
C) 0,967
aromatic N2O karena
akan menjadi NO2
tidak
aktif,
tidak
- Didalam udara bila
- NO2 adalah zat gas
menjadi persoalan
diberikan api akan
berwarna
agak
terbakar
dengan
kemerahan dan sedikit
mengeluarkan asap biru
berbau, mudah larut
dan
menjadi
CO2
dalamair
bereaksi
(carbon diokside)
dengan air menjadi
30
asam nitrit atau nitrat
Sumberutama
dalam udara
Terutama
tempat - Sumber utamanya adalah sumbernya adalah pada
gas
buang
dari
kendaraan disaat idling
kendaraan atau macammacam alat pembakaran
- dan lain-lainnya seperti
refinering
oli
(pengilangan minyak)
karena
pemakaian
pelarut
Efek buruk yang ditimbulkan
-
-
-
Akan
bercampur - Bila kepekatan HC-nya
dengn
hemologen
bertambah tinggi akan
yang terdapat dalam
merusak
sistem
darah menjadi carbon
pernapasan
manusia
oxida
hemologen
(tenggorokan) terutama
(CO-Hb.
yang beracun adalah
Dengan
Benzena dan Toruene.
bertambahnya COHb, fungsi pengalir
oxygen dalam darah - Hidro carbon aktif seperti
susunan (olefine dan
akan terhalang
sebagainya)
akan
Didalam darah bila
terdapat CO-Hb 5%
menyebabkan
photo
(dalam udara CO 40
chemical smoke (smoke
ppm)
akan
yang maksud disini
menimbulkan
adalah suatu kumpulan
keracunan
dalam
gugusan antara CO, HC
darah.
dan N2 yang bila
terkena sinar matahari
akan menimbulkan mata
pedas
Sumber
timbulnya
adalag gas buang dari
mobil, gas-gas yang
timbul dari pabrik
kimia serta gas-gas
bakar yang timbul dari
bermacam-macam
alat-alat pembakaran
- No2 akan membuat
sakit
(merangsang)
hidung
dan
tenggorokan
Dari
sifat
beracunnya
akan
menimbulkan
sukar
tidur, batuk-batuk dan
sebagainya
- Sebagai
gabungan
dari
zat
nitrogen
menyebabkan problem
utama
timbulnya
photo chemical smoke
- Dari jenis aromatic ada
juga yang menyebabkan
timbulnya kanker.
-
2.5.2
Sebab-Sebab Timbulnya CO, HC, dan Nox.
2.5.2.1 CO ( Carbon monoksida )
Bila carbon didalam bahan bakar terbakar habis dengan sempurna maka
terjadilah reaksi sebagai berikut :
C + O2
CO2
31
Dalam proses ini, yang terjadi adalah CO2, apabila unsur-unsur Oxygen (udara)
tidak cukup akan terjadinya proses pembakaran tidak sempurna sehingga carbon
didalam bahan bakar terbakar dalam suatu proses sebagai berikut:
C + ½ O2
CO
Pada kenyataannya gas CO yang dikeluarkan oleh mesin kendaraan
banyak dipengaruhi oleh perbandingan campuran dari jumlah supply antara
udara dengan bahan bakar yang dihisap oleh mesin (A/F), jadi untuk
mengurangi CO, perbandingan campuran ini harus dibuat kurus (exses Air),
tetapi akibat lain HC dan Nox lebih mudah timbul serta output mesinpun akan
menjadi kurang.
2.5.2.2 HC (Hidrocarbon)
Bila uap bensin dipanaskan pada temperatur tinggi terjadi oksidas, tetapi
akibatnya adalah pembakaran tidak sempurna dan bahkan ada bagian yang tidak
terbakar, bensin yang belum terbakar ini keluar dari ruang bakar dalam bentuk gas HC
mentah, seperti halnya CO, didalam pembakaran sempurna HC tidak keluar bersama gas
buang tetapi sebenarnya HC terjadi didalam case. Dari gas buang HC dibagi 2 yaitu:
1. Bahan bakar yang tidak terbakar dan keluar menjadi gas mentah.
2. Bahan bakar terpecah karena reaksi panas berubah menjadi gugusan HC yang
lain, yang keluar bersama gas buang.
sebab-sebab utama timbulnya HC :
1. Sekitar dinding-dinding ruang bakar yang bertemperatur rendah dimana temperatur itu
tidak mampu melakukan pembakaran.
2. Missing (missfire).
32
3. Adanya overlap intake valve (kedua valve sama-sama terbuka), jadi merupakan gas
pembilas/pembersih.
2.5.2.3 NOx (Okside Nitrogen )
Bila terdapat unsur-unsur N2 dan O2 pada temperatur 1800 – 2000oC akan terjadi
reaksi pembentukan gas NO seperti dibawah ini :
N2 + O2
2NO
Gas NO ini bila dalam udara mudah berubah menjadi NO2, dalam ruang
pembakaran pada mesin karena temperatur pembakaran akan melebihi 2000oC, maka
gas NO akan terbentuk, NOx didalam gas buang terdiri dari 95% NO, 3-4%NO2 dan
sisanya N2O,N2O3 dan sebagainya.
2.5.3 Perbandingan udara – bahan bakar teoritis
Perbandingan udara – bahan bakar secara teoritis adalah perbandingan berat udara
didalam campuran udara-bahan bakar dengan berat bahan bakar, bila sejumlah octane
terbakar sempurna akan bercampur dengan oksigen di udara, dengan perbandingan
seperti yang ditunjukan disebelah kiri tanda panah persamaan kimia dibawah untuk
menghasilkan energi, hasil reaksi ini (disamping energi) ialah gas CO2 dan air, dengan
perbandingan seperti yang ditunjukan disebelah kanan tanda panah.
2C8H18 + 25O2
16CO2 + 18H2O
Untuk memperoleh hasil diatas, bila 1 gram octane dibakar diperlukan 15 gram
udara, dengan demikian ”perbandinganudara-bahan bakar secara teoritis” adalah
perbandingan udara terhadap bahan bakar untuk memperoleh pembakaran yang
sempurna, akan tetapi, bensin yang digunakan mobil adalah bukan oktan murni
melainkan campuran oktan dan hydrocarbon lainnya, karena itu perbandingan udarabahan bakar teoritis biasanya lebih rendah dari 15 : yaitu antara 14,4 sampai 15
(perbandingan 15 artinya 15 :1)
33
Gambar 2.16 AFR teoritis
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 24)
Perbandingan udara-bahan bakar secara teoritis mempunyai peranan penting
dalam memahami bagaimana campuran terbakar, bila perbandingan suatu campuran
lebih rendahdaripada perbandingan teoritis (misalnya 10:1) campuran akan menjadi
terlalu gemuk dan pembakaran yang terjadi kekurangan oksigen
Gambar 2.17 AFR kaya
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 25)
Sebaliknya, bila perbandingan campuran lebih tinggi daripada perbandingan
teoritis (misalnya 20:1) campuran akan menjadi terlalu kurus dan oksigen didalam
pembakaran terlalu banyak.
34
Gambar 2.17 AFR Kurus
(modul :Memelihara/servis sistem kontrol Emisi hal 25)
Tabel 2.1 Tabel Ambang batas Emisi
Ambang Batas Emisi
SK. Gubernur DKI Jakarta
No. 1041/2000
CO
TAHUN
KARBURATOR
INJEKSI
< 1985
Max. 4 %
-
1986 – 1995
Max. 3,5 %
Max. 3,0 %
> 1996
Max . 3 %
Max. 2,5%
TAHUN
KARBURATOR
INJEKSI
< 1985
Max. 1.000 PPM
-
1986 – 1995
Max. 800 PPM
Max. 600 PPM
> 1996
Max. 700 PPM
Max. 500 PPM
CO2
Min . 12 %
Min 12 %
O2
Max. 2 %
Max. 2%
Lamda
0,950 – 1,025
0,970 – 1,000
HC
35
2.6 Desfek Sepeda Motor Yamaha Scorpio 225
Tipe Mesin
Pendingin Udara 4-Langkah bensin, SOHC
Susunan Cylinder
Tegak single Cylinder
Volume Cylinder
223,2 cm3
Diameter x Langkah
70 x 58 mm
Perbandingan Kompresi
9,5 : 1
Tekanan Kompresi (STD)
8,5 kg/cm2/370 r/min
Starting system
Motor Starter dan Kick Starter
Sistem pelumasan
Basah/ wet sump
Tipe Oli
SAE 20W40 tipe SE motor oil
(jika temperature tidak di bawah 5oC)
SAE 10W30 tipe SE Motor oil
(jika temperature tidak di bawah 15oC)
Kapasitas Oli
Oli Mesin:
Pergantian Berkala
2.7 L
Dengan membuka saringan oli
2.8 L
Kapasitas total
2.9 L
Saringan Udara
Element tipe basah
Bahan bakar:
Tipe
Bahan bakar regular
Kapasitas Tangki:
Total
13 L
cadangan
2,4 L
Karburator:
Tipe Pabrikan
BS30/MIKUNI
Busi/spark plug:
NGK D8EA-9 atau Denso X24ES-U
Celah/Gap
0,8-0,9 mm
36
2.7 Perhitungan yang digunakan
2.7.1 Hukum Faraday
Banyaknya zat yang dihasilkan dari reaksi elektrolisis sebanding dengan
banyaknya arus listrik yang dialirkan kedalam larutan. hal ini dapat digambarkan
dengan hukum faraday 1
Dimana,
W = massa zat yang dihasilkan
i = arus dalam ampere
t = waktu dalam satuan detik
F = tetapan Farady,
1 F = 96500 C
i.t = Q = arus dalam satuan C
arus dalam satuan Farady
mol elektron
Mol elektron dari suatu reaksi sama dengan perubahan biloks
1 mol zat. Dari rumusan diatas diperoleh :
Jumlah Faraday = mol elektron
= perubahan bil.oksidasi 1 mol zat
Dalam penentuan massa zat yang dihasilkan dalam reaksi elektrolisis, biasanya
data yang diketahui adalah Ar bukan e, sedangkan
sehingga rumusan Hukum Faraday 1 menjadi :
37
n = valensi atau banyaknya mol elektron untuk setiap mol zat.
(SMK Kimia_ratna)
2.7.2 Konsentrasi Larutan
Ada beberapa cara dalam menyatakan konsentrasi suatu larutan, yaitu
sebagai berikut :
MOLARITAS (M)
: adalah banyak mol zat yang terlarut dalam 1000 ml
larutan.
NORMALITAS (N)
: adalah banyaknya gram ekivalen zat yang terlarut dalam
1000 ml larutan.
MOLALITAS (m)
: adalah banyaknya mol zat yang terlarut dalam 1000 mg
pelarut.
Normalitas (N) ditentukan oleh banyaknya gram ekivalen zat terlarut
dalam 1000 ml larutan.
2.7.3 Hukum Ohm
Hukum Ohm adalah suatu pernyataan bahwa besar arus listrik
yang mengalir melalui sebuah penghantar selalu berbanding lurus dengan
beda potensial yang diterapkan kepadanya. Secara matematis hukum
Ohm diekspresikan dengan persamaan:
38
Dimana :
I = adalah arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar dalam satuan
Ampere.
V = tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar dalam
satuan Volt.
R = nilai hambatan listrik (resistansi) yang terdapat pada suatu
penghantar dalam satuan Ohm.
Hukum ini dicetuskan oleh George Simon Ohm, seorang
fisikawan dari Jerman pada tahun 1825 dan dipublikasikan pada sebuah
paper yang berjudul The Galvanic Circuit Investigated Mathematically
pada tahun 1827.
2.7.4 Daya
Daya (Power) dalam fisika adalah laju energi yang dihantarkan
atau kerja yang dilakukan per satuan waktu. Daya dilambangkan dengan
P. Mengikuti definisi ini daya dapat dirumuskan sebagai:
Dimana:
P = Daya (J/s)
W = Kerja, atau energi (Joule)
T = Waktu (s)