Latar Belakang
Mesin diesel merupakan sistem penggerak utama yang banyak digunakan baik untuk sistem transportasi maupun penggerak stasioner. Dikenal sebagai jenis motor bakar yang mempunyai efisiensi tinggi, penggunaan mesin diesel berkembang pula dalam bidang otomotif, antara lain untuk angkutan berat, traktor, bulldozer, pembangkit listrik di desa-desa, generator listrik darurat di rumah-sakit, Hotel dsb. Namun disamping keunggulan yang dimiliki, mesin diesel juga memiliki problem khusus yang berhubungan dengan pencemaran lingkungan, yaitu asap (jelaga) serta gas buang khususnya Nitrogen Oxide (NOx).
Kedua polutan ini saling bertolak belakang dalam pemunculannya. Asap terbentuk ketika bahan bakar tidak mampu tercampur dengan baik dengan oksigen sehingga reaksi pembakaran tidak sempurna, dalam kondisi seperti ini suhu pembakaran tidak terlalu tinggi sehingga nitrogen oxide tidak banyak terbentuk. Gas-gas beracun hasil dari pembakaran bahan bakar ini biasanya berupa oksida-oksida karbon (karbon dioksida, karbon monokisida) dan nitrogen (nitrogen monoksida, nitrogen dioksida, dinitrogen oksida) dan senyawa-senyawa hidrokarbon.
Masalah pencemaran merupakan suatu masalah yang sangat populer, banyak dibahas oleh kalangan masyarakat. Masalah pencemaran merupakan suatu masalah yang sangat perlu mendapat penanganan secara serius oleh semua pihak untuk dapat menanggulangi akibat buruk yang terjadi karena pencemaran, bahkan sedapat mungkin untuk dapat mencegah jangan sampai terjadi pencemaran lingkungan. Ada beberapa cara yang efektif untuk mengurangi gas buang pada kendaraan bermotor, untuk variasi pada mesin bisa dengan memberikan tambahan, turbo, intercooler, oxydation catalyst, SCR (Selective Catalytic Reduction) dan EGR (Exhaust Gas Recirculation).
EGR (Exhaust Gas Recirculation) merupakan salah satu metode yang dilakukan untuk mengurangi emisi gas buang sekaligus untuk meningkatkan performa enginePrinsip kerja dari EGR adalah dengan mensirkulasikan sebagian aliran gas buang kembali ke engine sehingga diharapkan pembakaran didalam silinder lebih sempurna sehingga performa engine akan meningkat dan emisi gas buang akan semakin rendah.
2 Penggunaan EGR sangat tepat diterapkan pada mesin diesel karena mesin diesel merupakan jenis engine yang memerlukan udara kompresi bertekanan tinggi untuk dapat menghasilkan penyalaan didalam silinder.
Sejarah Mesin Diesel
Rudolf Diesel (18 Maret 1858 – 30 September 1913) adalah seorang penemu Jerman, terkenal akan penemuannya, mesin diesel, Dia lahir di Paris dan meninggal secara misterius di kapal fery dalam perjalanannya ke Inggris. Diesel mengembangkan ide sebuah mesin
pemicu kompresi pada dekade terakhir abad ke-19 dan menerima hak paten untuk alat tersebut pada 23 Februari 1893. Dia membangun prototipe yang berfungsi pada awal 1897 ketika bekerja di pabrik MAN di Augsburg.
Padahal jaman itu (akhir abad 19 dan awal abad 20) belum ada orang yang berfikir tentang krisis energi minyak, apalagi global warming. Sedemikian hebatnya itu mesin, membuat pesaing-pesaingnya di dunia otomotif gigit jari. Hingga di bulan September 1913, Diesel hilang secara misterius dari kabin kamarnya di kapal SS Dresden saat bepergian dari Jerman ke Inggris. Baru lima hari kemudian mayatnya ditemukan terapung di Sungai Scheldt (Jerman).
Tak seorang pun bisa menyibak misteri di balik kematian Diesel tersebut.Beberapa tahun kemudian, tepatnya tahun 1937 di Jepang, berdirilah sebuah pabrik mesin bernama Tokyo Jidosha Kogyo Company yang sekarang berganti nama menjadi Isuzu, yang line produknya adalah Mesin Diesel. Konon salah seorang murid/asisten Diesel berhasil mengcopy seluruh desain rancang bangun mesin tersebut dan mengembangkannya di Jepang atas perintah Kaisar Tenno Haika Hirohito untuk menjalankan mesin perangnya di Asia Pasifik.
Selama Perang Dunia II, Jepang membumi hanguskan semua sumur minyak milik kolonial Belanda, Inggris dan Perancis di Asia Tenggara. Namun, di sisi lain, Jepang juga memerintahkan anak jajahannya untuk menanam jarak pagar, yang bijinya diperas untuk dijadikan biodiesel yang menggerakkan tank dan kapal perang mereka.
Para tentara Jepang dengan mesin perang yang bermesin diesel hampir tak terkalahkan oleh Amerika Serikat. Hanya 4 buah bom atom di Hiroshima dan Nagasakilah yang mampu menghentikan laju gerak pasukan bersepatu karet tersebut melibas Asia-Pasifik.
Sementara Jendral Douglas MacArthur tergopoh-gopoh balik menyerang dengan risiko kekurangan suplai minyak bensin di sepanjang jalur penyerangannya di Pasifik Selatan, yang bisa dikatakan mendahulukan merebut sumur-sumur minyak di Papua, Sulawesi dan Kalimantan.
Makanya tidak perlu heran kenapa mesin diesel masih berbahan bakar solar, bukan minyak
jarak atau minyak kelapa sawit. Semua dikareakan para pelaku industri minyak tidak mau rugi dan digulung oleh petani kacang, kelapa sawit dan jarak pagar.
Pada saat menerima hak paten atas mesin ciptaannya di Pekan Raya Paris 1912, Rudolf Diesel menyampaikan pidato yang sangat-sangat berarti di era Global Warming saat
ini: “Der Gebrauch von Pflanzenöl als Krafstoff mag heute unbedeuntend sein. Aber derartige Produkte können im Laufe der Zeit obenso wichtig werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer-Produkte von heute.” (Pemakaian minyak nabati sebagai bahan bakar untuk saat ini sepertinya tidak berarti, tetapi pada saatnya nanti akan menjadi penting, sebagaimana minyak bumi dan produk tir-batubara saat sekarang).
Pengertian Siklus Diesel
Siklus diesel yang merupakan siklus dari mesin penyalaan kompresi (compression-ignition) ditemukan oleh Rudolph Diesel pada tahun 1890. Perbedaan mesin diesel dengan mesin otto terletak pada permulaan pembakarannya. Pada motor bensin, campuran udara- bensin dikompresi dibawah temperatur pembakaran bahan bakar dan proses pembakarannya dimulai dari percikan bunga api pada busi. Sedangkan pada mesin diesel, udara murni diisap dan dikompresi diatas temperatur pembakaran bahan bakar. Jadi, pada mesin diesel tidak terdapat karburator dan busi tetapi diganti oleh injektor bahan bakar.Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakar dinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).
Pada mesin bensin, yang dikompresi adalah campuran udara-bensin dan besarnya perbandingan kompresi dibatasi oleh temperatur terbakarnya bensin. Pada mesin diesel, yang dikompresi adalah udaranya saja sehingga mesin diesel dapat didesain pada perbandingan kompresi yang tinggi, antara 12 sampai 24. Proses injeksi bahan bakar dimulai pada saat piston hampir mencapai titik mati atas dan masih berlangsung beberapa saat setelah piston mencapai TMA.
Oleh karena itu, proses pembakaran pada mesin diesel terjadi pada interval waktu yang relative panjang dibanding dengan mesin bensin. Dengan interval waktu pembakaran yang relatif panjang tersebut, maka proses pemasukan panas didekati (approximated) sebagai proses tekanan konstan, sedangkan tiga proses lainnya sama dengan mesin bensin.
- Cara Keja Mesin Diesel
Diagram siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal. Urutan kerja mesin diesel
berurutan dari nomor 1-4 searah jarum jam. Dalam siklus mesin diesel, pembakaran terjadi dalam tekanan tetap dan pembuangan terjadi dalam volume tetap. Tenaga yang dihasilkan setiap siklus ini adalah area di dalam garis siklus.
Ketika udara dikompresi suhunya akan meningkat (seperti dinyatakan oleh Hukum Charles), mesin diesel menggunakan sifat ini untuk proses pembakaran. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin bensin. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC (Before Top Dead Center), bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nozzle supaya bercampur dengan udara panas yang
bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat. Penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).
Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear
tadi diubah menjadi tenaga putar. Tenaga putar pada ujung poros crankshaft dimanfaatkan untuk berbagai keperluan.Untuk meningkatkan kemampuan mesin diesel, umumnya ditambahkan komponen :
Turbocharger atau supercharger untuk memperbanyak volume udara yang masuk ruang bakar karena udara yang masuk ruang bakar didorong oleh turbin pada turbo/supercharger.
Intercooler untuk mendinginkan udara yang akan masuk ruang bakar. Udara yang panas volumenya akan mengembang begitu juga sebaliknya, maka dengan didinginkan bertujuan supaya udara yang menempati ruang bakar bisa lebih banyak.
Mesin diesel sulit untuk hidup pada saat mesin dalam kondisi dingin. Beberapa mesin menggunakan pemanas elektronik kecil yang disebut busi menyala (spark/glow plug) di dalam silinder untuk memanaskan ruang bakar sebelum penyalaan mesin. Lainnya menggunakan pemanas “resistive grid” dalam “intake manifold” untuk menghangatkan udara masuk sampai mesin mencapai suhu operasi. Setelah mesin beroperasi pembakaran bahan bakar dalam silinder dengan efektif memanaskan mesin. Dalam cuaca yang sangat dingin,
bahan bakar diesel mengental dan meningkatkan viscositas dan membentuk kristal lilin atau gel. Ini dapat memengaruhi sistem bahan bakar dari tanki sampai nozzle, membuat penyalaan mesin dalam cuaca dingin menjadi sulit. Cara umum yang dipakai adalah untuk memanaskan penyaring bahan bakar dan jalur bahan bakar secara elektronik.
Untuk aplikasi generator listrik, komponen penting dari mesin diesel adalah governor, yang mengontrol suplai bahan bakar agar putaran mesin selalu pada putaran yang diinginkan. Apabila putaran mesin turun terlalu banyak kualitas listrik yang dikeluarkan akan menurun sehingga peralatan listrik tidak dapat bekerja sebagaimana mestinya, sedangkan apabila putaran mesin terlalu tinggi maka dapat mengakibatkan over voltage yang bisa merusak peralatan listrik.
Mesin diesel modern menggunakan pengontrolan elektronik canggih untuk mencapai tujuan ini melalui modul kontrol elektronik (ECM) atau unit kontrol elektronik (ECU) – yang merupakan “komputer” dalam mesin. ECM/ECU menerima sinyal kecepatan mesin melalui sensor dan menggunakan algoritma dan mencari tabel kalibrasi yang disimpan dalam ECM/ECU, dia mengontrol jumlah bahan bakar dan waktu melalui aktuator elektronik atau hidraulik untuk mengatur kecepatan mesin.
Mesin Diesel
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia.
Siklus ini dinamai untuk mengenang ilmuan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 °C (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30°C. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik sebesar 42%.
Gambar Mesin Diesel (Siklus Rankine)
Gambar ini menunjukkan siklus diesel ideal (sempurna). Mula-mula udara ditekan secara adiabatik (a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan – penyuntik (injector) menyemprotkan solar dan terjadilah pembakaran (b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume konstan – gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke silinder (d-a).
Asumsi yang digunakan pada siklus diesel ini sama dengan pada siklus Otto, kecuali langkah penambahan panas. Pada siklus diesel langkah 2-3 merupakan penambahan panas pada tekanan konstan.
Siklus Diesel Ditemukan pada tahun 1890 oleh seorang berkebangsaan Jerman yaitu Rudolph Diesel. Sama halnya dengan siklus otto, siklus diesel merupakan siklus bolak-balik (reciprocating), namun pada siklus ini terdapat pengapian kompresi yang berbeda dengan siklus otto (menggunakan spark plug). Pada siklus diesel ini spark plug dan karburator digantikan oleh injektor bahan bakar.
Siklus diesel dapat dirancang dengan rasio kompresi yang tinggi (pada umumnya 12- 24). Diagram perbandingan T-S dan P-V dapat dilihat pada gambar:
Berbeda pada siklus otto, siklus diesel terdapat rasio pancung (cutoff ratio) yang terjadi pada proses pembakaran seperti yang terlihat pada diagram diatas proses 2-3. Untuk
proses pada siklus diesel 4 langkah dapat dilihat pada gambar:
Pada gambar pertama (kiri ke kanan) merupakan langkah kompresi setelah udara masuk ke dalam ruang bakar. Udara ini dikompresi hingga mempunyai tekanan yang sangat tinggi sekali. Pada gambar kedua merupakan proses injeksi bahan bakar. Akibat tekanan udara yang sangat tinggi sekali dan injeksi dari bahan bakar tersebut menyebabkan terjadinya pembakaran.
Pada gambar ketiga merupakan langkah tenaga dimana akibat ledakan dari pembakaran tadi piston didorong ke bawah dan menyebabkan terjadinya daya/power. Pada gambar keempat merupakan langkah buang, dimana sisa dari pembakaran dibuang ke lingkungan.
selamat membaca…