Analisis Pengaruh Suhu Mesin Terhadap Emisi Gas Buang Pada Kondisi Torsi Dan Daya Maksimum
Studi Kasus:  Sepeda Motor YAMAHA VEGA ZR
Nefli Yusuf 1 , Dodih Sutrisno Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Sumatera Barat 1
Abstrak: Reaksi  pembakaran  bahan  bakar  bensin  (C 8 H 18 )  dengan  oksigen  (O 2 )  dalam  keadaan sempurna  akan  menghasilkan  karbondioksida  (CO 2 )  dan  uap  air  (H 2 O)  murni.  Tetapi  karena  bensin merupakan  campuran  senyawa  hidrokarbon  yang  diikuti  oleh  unsur-unsur  lainnya  sedemikian  rupa dalam  proses  pembakaran  yang  begitu  singkat  akan  terjadi  hasil  unsur  dan  senyawa  lainnya.  Pada pengujian  emisi  gas  buang  biasanya  yang  dideteksi  adalah  senyawa  dari  unsur  C,  H  dan  N.  Unsur Nitrogen  perlu  diamati  karena  merupakan  kandungan  udara  terbesar  yang    melebihi  Oksigen.  Pada penelitian ini akan dilakukan pengamatan terhadap emisi gas buang pada kondisi torsi maksimum dan daya  maksimum  dengan  memvariasikan  suhu  (temperatur)  mesin.  Senyawa  yang  diamati konsentrasinya adalah CO, CO 2 , HC dan O 2 . Torsi maksimum terjadi pada putaran rendah sedang daya masimum  terjadi  pada  putaran  yang  lebih  tinggi.  Hasil  percobaan  memperlihatkan  konsentrasi  gas buang naik dengan naiknya temperatur, kecuali konsentrasi CO 2 . Konsentrasi CO dan HC lebih tinggi pada kondisi Torsi maksimum, sebaliknya untuk konsentrasi CO 2 dan O 2 .
Kata kunci: reaksi pembakaran, bensin, konsentrasi gas buang.
Abstract :The  combustion  reaction  of  gasoline  (C8H18)  with  oxygen  (O2)  in  perfect  condition  will produce  pure  carbon  dioxide  (CO2)  and  water  vapor  (H2O).  But  because  gasoline  is  a  mixture  of hydrocarbons followed by other elements in such a way in a process of combustion that so short will occur  the  results  of  elements  and  other  compounds.  In  testing  of  exhaust  emissions  are  usually detected is a compound of elements C, H and N. Nitrogen elements need to be observed because it is the largest air content in excess of Oxygen. In this research will be observed on exhaust emissions at maximum  torque  conditions  and  maximum  power  by  varying  the  temperature  (temperature)  of  the machine.  The  observed  compounds  of  concentration  are  CO,  CO2,  HC  and  O2.  Maximum  torque occurs at low rotation while maximum power occurs in higher rotation. The experimental results show the  concentration  of  exhaust  gas  rises  with  increasing  temperature,  except  CO2  concentration.  The concentration  of  CO  and  HC  is  higher  at  maximum  Torque  conditions,  in  contrast  to  CO2  and  O2 concentrations.
Key words: combustion reaction, gasoline, exhaust gas concentration

## PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah
Seiring  dengan  pesatnya  perkembangan sepeda  motor  sudah  bisa  dipastikan  bahwa pencemaran  udara  juga  akan  semakin  cepat yang  ditimbulkan  dari  sepeda  motor  tersebut. Ini  baru  dari  sepeda  motor  saja,  belum  juga dari  kendaraan  bermotor  lainnya.  Oleh  karena itu  kepedulian  masyarakat  akan  pencemaran udara akibat gas buang kendaraan bermotor di kota-kota  besar  saat  ini  makin  tinggi.  Dari berbagai  sumber  kendaraan  bergerak  seperti mobil  penumpang,  truk,  bus,  lokomotif  kereta api,  kapal  terbang  dan  kapal  laut,  kendaraan bermotor  saat  ini  maupun  dikemudian  hari
akan terus menjadi sumber yang dominan dari pencemaran udara di perkotaan.
Resiko kesehatan yang dikaitkan dengan pencemaran  udara  di  perkotaan  secara  umum, banyak  menarik  perhatian  dalam  beberapa dekade belakangan ini. Di beberapa kota besar, gas  buang  kendaraan  bermotor  menyebabkan ketidak  nyamanan  pada  orang  yang  berada  di sekitar  jalan  raya  khususnya  dan  merupakan masalah  terbesar  terhadap  pencemaran  udara. Beberapa pendapat para peneliti menyimpulkan  adanya  hubungan  yang  erat antara  tingkat  pencemaran  udara  perkotaan dengan  angka  kejadian  ( prevalensi )  penyakit pernapasan. Pengaruh dari pencemaran
khususnya  akibat  kendaraan  bermotor  tidak sepenuhnya  dapat  dibuktikan  karena  sulit dipahami  dan  bersifat  kumulatif.  Kendaraan bermotor  akan  mengeluarkan  berbagai  gas jenis  maupun  partikulat  yang  terdiri  dari berbagai  senyawa  organik  dan  anorganik dengan  berat  molekul  yang  besar  yang  dapat langsung terhirup melalui hidung dan mempengaruhi  masyarakat  di  jalan  raya  dan sekitarnya.  Kajian  ini  kami  tujukan  untuk mengetahui  tinggi-rendahnya  kadar  emisi  gas buang, kemudian membandingkan kadar emisi CO,  HC,  CO 2 dan  O 2 dari  beberapa  kondisi suhu  mesin  pada  sepeda  motor  Yamaha  Vega ZR.

## Maksud dan Tujuan Maksud
Maksud dari penelitian ini adalah:
a. Menganalisa  emisi  gas  buang  yang dihasilkan  dengan  celah  klep  standar, suhu  mesin  yang  bervariasi  yaitu  pada torsi maksimum dan daya maksimum.
b. Melakukan  penghitungan camlift,  valve lift dan efective  area pada  klep  buang dengan setelan standar.

## Tujuan
Tujuan  penelitian  ini  adalah  sebagai berikut:
a. Mengetahui  pengaruh  suhu  terhadap kondisi emisi gas buang yang dihasilkan  dari  proses  pembakaran  di ruang bakar.
b. Mengetahui emisi gas buang pada torsi maksimum dan daya maksimum.

## TINJAUAN PUSTAKA Suhu Mesin
Suhu  mesin  yang  terjadi  diakibatkan oleh  beberapa  faktor.  Proses  pembakaran  di ruang  bakar,  komponen-komponen  di  dalam mesin  yang  saling  bergesekan,  bertumbukan, merupakan  salah  satu  penyebab  sumber  dari perubahan suhu yang terjadi pada mesin. Suhu mesin yang dimaksud disini bukan merupakan kondisi  suhu  di  ruang  bakar,  tetapi  hanya merupakan  konduksi  dari  ruang  bakar  saat terjadi  proses  pembakaran.  Suhu  mesin    bisa juga  dipengaruhi  pada  saat  mesin  melakukan proses kerja dalam setiap siklusnya.
Selain  itu  suhu  mesin  dipengaruhi  juga oleh  jenis  bahan  bakar  yang  digunakan,  jenis
oli  yang  digunakan,  spesifikasi  dari  motor  itu sendiri seperti:  kapasitas  mesin,  volume  ruang bakar, tekanan kompresi, perbandingan kompresi, lain-lain.

## Siklus Motor Empat Langkah
- Langkah pemasukan
- Langkah kompresi
- Langkah tenaga
- Langkah buang

## Proses Pembakaran Motor Bensin
a. Pembakaran normal (sempurna) adalah kondisi  bahan  bakar  dapat  terbakar seluruhnya  pada  saat  dan  keadaan yang
dikehendaki.
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. Pada 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.
b. Pembakaran  tidak  sempurna  (tidak normal)  adalah  pembakaran  dimana nyala  api  dari  pembakaran  ini  tidak menyebar  secara  teratur  dan  merata sehingga  menimbulkan  masalah  atau bahkan  kerusakan  pada  bagian-bagian motor ( Suyanto 1989 : 257 ).
Pembakaran  yang  tidak  sesuai  dengan yang  dikehendaki  sehingga  tekanan  di dalam  silinder  tidak  bisa  dikontrol, sering  disebut  dengan autoignition .
Autoignition
adalah proses
pembakaran  dimana  campuran  bahan bakar  tidak  terbakar  karena  nyala  api yang  dihasilkan  oleh  busi  melainkan oleh  panas  yang  lain,  misalnya  panas akibat  kompresi  atau  panas  akibat arang  yang  membara  dan  sebagainya.
Pembakaran  tidak  sempurna  dapat mengakibatkan  seperti knocking dan pre-ignition yang memungkinkan timbulnya  gangguan  dankesukaran- kesukaran dalam motor bensin ( Suyanto 1989 : 259 ).
Pada  pembakaran  yang  tidak  sempurna sering  pula  terjadi  pembakaran  yang  tidak lengkap. Pembakaran yang normal pada motor bensin  adalah  dimulai  pada  saat  terjadinya loncatan  api  pada  busi  dan  membakar  semua hidrogen  dan  oksigen  yang  terkandung  dalam campuran  bahan  bakar.  Dalam  pembakaran normal  semua  atom  karbon  dan  hidrogen bereaksi sempurna dengan udara yaitu oksigen. Berikut  adalah  contoh  pembakaran  normal CH4:
CH 4 + 2O 2 --> CO 2 + 2H 2 O Tetapi dalam pembakaran yang tidak lengkap yaitu pembakaran yang ada kelebihan atau kekurangan oksigen. Contoh reaksi kelebihan oksigen:
CH 4 + 3O 2 --> CO 2 + 2H 2 O + O 2 Jadi didalam persamaan reaksi di atas jelas ada kelebihan  O2  (Oksigen).  Contoh  reaksi kekurangan oksigen:
1CH 4 + 1,75 O 2 --> 0,5 CO 2 + 0,5CO + 2H 2 O Jadi  didalam  persamaan  reaksi  di  atas masih  ada  CO  yang  tidak  terbakar  dan  keluar bersama-sama  dengan  gas  buang.  Hal  tersebut disebabkan karena kekurangan oksigen.

## METODE PENELITIAN Langkah Penelitian
a. Melakukan Penyetelan Celah Klep. Penyetelan  celah  klep  sesuai  standar yaitu katup masuk 0,05 mm dan katup buang 0,10 mm.
b. Menganalisa  Emisi Gas Buang.
Alat yang digunakan untuk menganalisa  emisi  gas  buang  di
Yamaha Flagship Shop Bandung yaitu Tecnotest Stargas tipe 898.
Gambar 3.1 Tecnotest Stargas

## MATERI PENELITIAN
Referensi data:
Torsi maksimum  Vega ZR pada putaran 4500  rpm  dan  daya  maksimum  pada  putaran 7500 rpm.
Celah  klep  buang  standar  Vega  ZR adalah  0,08  mm-0,12  mm,  sehingga  diambil celah 0,10 mm.
[%] vol [%] vol ppm vol [%] vol hPa %HR co co2 hc o2 P humidity 30 1,584 3,24 77 14,68 2,903 929 54 48 2,017 2,93 79 14,63 2,802 929 52 65 1,939 2,72 94 14,78 2,936 929 51 75 2,018 2,75 92 14,66 2,868 929 50 93 2,154 2,78 104 14,62 2,781 928 50 suhu λ

## Data Hasil Pengujian
[%] vol [%] vol ppm vol [%] vol hPa %HR co co2 hc o2 P humidity 33 2,635 3,02 138 14,17 2,45 929 54 45 3,082 2,68 159 14,03 2,357 929 54 59 3,449 2,18 198 14,37 2,375 928 50 75 3,071 2,42 195 14,39 2,455 929 50 93 3,236 2,25 303 14,7 2,446 928 50 suhu λ

## ANALISA DAN PEMBAHASAN
Analisa
Pembahasan
a. Pengaruh Suhu terhadap CO 2 Pada  putaran  mesin  4500  dan  7500 rpm kadar CO2 semakin turun disebabkan  oleh  pembakaran  di  ruang bakar  tidak  dilakukan  sempurna.  Pada putaran  7500  rpm  unsur  oksigen  sedikit dan  bahan  bakar  banyak  sehingga karbon dioksida menjadi lebih kecil. b. Pengaruh Suhu terhadap CO
Pada  putaran  mesin  4500  dan  7500 rpm kadar CO semakin naik disebabkan oleh  pembakaran  di  ruang  bakar  tidak dilakukan  sempurna.  Pada  putaran  7500 rpm  unsur  oksigen  sedikit  dan  bahan bakar  lebih  banyak  (campuran  kaya) sehingga  karbon  dioksida  menjadi  naik. Adapun  reaksi  pembakarannya  adalah sebagai berikut: C8H18  karena  kekurangan  oksigen maka akan terurai menjadi: C8H18  C + H + HC Maka: C 8 H 18 + ³/² O 2  8 ½ H 2 +  7CO + HC 2C 8 H 18 + 7O 2  17H 2 + 14 CO + 2HC
c. Pengaruh Suhu terhadap O 2 Semakin  tinggi  putaran  mesin  dan suhu  mesin  semakin  tinggi  maka  kadar O2  semakin  tinggi,  karena  pada  putaran tinggi posisi throtle valve pada karburator terbuka lebih besar, sehingga udara yang masuk lebih banyak, dengan demikian  kadar  O2  pun  menjadi  lebih tinggi. Kondisi seperti ini bisa diuraikan menjadi:
Bensin → N 2 N 2 + O 2 = 2NO

## d. Pengaruh Suhu terhadap HC
Semakin  tinggi  putaran  mesin  dan suhu  mesin  semakin  tinggi  maka  kadar HC  akan  semakin  tinggi  juga,  karena
pada  putaran  tinggi  bahan  bakar  tidak terbakar dengan sempurna. Pada kondisi ini juga ada kemungkinan posisi overlap semakin  lama.  Pada  kondisi  ini  juga disaat  throtle  valve  terbuka  lebih  besar dan hisapan piston semakin besar secara otomatis  bahan  bakar  pun  terisap  lebih banyak,  sehingga  banyak  bahan  bakar yang  tidak  terbakar  dan  kadar  HC  akan semakin  meningkat.  Hal  ini  prosesnya hampir  sama  dengan  pengaruh  terhadap O2.

## e. Pengaruh Suhu terhadap Lamda (  )
Pengaruh  suhu  pada  putaran  4500 rpm dan 7500 cenderung stabil.
Walaupun  perbandingan  udara  dan bahan  bakar  disetiap  putaran  mesin berubah,  tetapi  perubahan  perbandingan itu  tidak  terlalu  signifikan,  sehingga grafiknyapun terlihat lebih stabil.

## SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
a. Jika  suhu  mesin  naik  maka  kerapatan udara  berkurang,  kandungan  oksigen semakin sedikit, sehingga bahan bakar tidak terbakar dengan sempurna.
b. Jika  putaran  mesin  semakin  tinggi maka oksigen semakin sedikit, sehingga menimbulkan campuran kaya.
c. Kadar  emisi  gas  buang  dipengaruhi oleh  kondisi  sepeda  motor,  setingan sepeda  motor  dan  jenis  bahan  bakar yang digunakan.
d. Terbentuknya  emisi  oksida  nitrogen (NOx).  NOx  merupakan  fungsi  dari temperatur  pembakaran,  paling  besar mendekati  kondisi  stoikiometri  yaitu ketika  temperatur  tertinggi.  Emisi puncak  NOx  terjadi  pada  kondisi campuran miskin, yaitu pada temperatur  pembakaran  tinggi  dan terdapat  kelebihan  oksigen  untuk bereaksi dengan nitrogen.
e. Campuran yang terlalu gemuk maupun terlalu  kurus  merupakan  suatu  kondisi yang menyebabkan proses pembakaran tidak  sempurna,  sehingga  terdapat karbon
monoksida (CO) serta
hidrokarbon  (HC)  yang  tidak  terbakar pada gas buangnya.
f. Karbon  monoksida  dihasilkan  jika karbon  yang  terdapat  dalam  bensin (C18H17) tidak terbakar dengan sempurna  karena  kekurangan  oksigen, sehingga  campuran  udara-bahan  bakar lebih gemuk dari campuran stokiometri .  Pada  perbandingan  udara dan  bahan  bakar  gemuk  tidak  cukup oksigen  untuk  bereaksi  dengan  semua hidrogen  dan  karbon,  maka  emisi  CO maupun HC meningkat.
Saran
a. Untuk  memperoleh  hasil  emisi  gas buang yang ramah lingkungan sebaiknya  perawatan  dilakukan  secara berkala dengan setingan sesuai spesifikasi.
b. Untuk rekan-rekan yang mau melanjutkan  analisa  terhadap  masalah ini  bisa  dengan  melakukan  analisa terhadap  tekanan  aliran  pemasukan bahan  bakar  dan  pembuangan  pada proses pembakaran, bisa juga menganalisa pada bahan dan konstruksi  dibagian  knalpot  ( mufler ) yang  menggunakan catalyzer dan tanpa catalyzer .

## DAFTAR PUSTAKA
Heywood, J.B .,” Internal Combustion Engine Fundamentals”, New York: Mc-Graw Hill, (1988).
Kaye, G. W. C., and Laby, T. H., “Tables of Physical and Chemical Constants,”
Longmans, London, 1973. Owen, K. dan Coley, T., “Automotive Fuel Handbook ”, 1990.
Pulkrabek, W.W., “EngineeringFundamentals of the Internal Combustion Engines,” Second Edition, Pearson Prentice-Hall, 2004.