6 dengan + 4,2 kg LPG s.d Rp 36.000,- yang setara dengan + 8 kg LPG dalam satu kali tripnya. Melihat hal tersebut, perlu dilakukan penelitian mengenai aplikasi LPG pada motor bakar bensin 6,5 HP sebagai bahan bakar alternatif perahu bermotor kecil. LPG dipilih karena banyak tersedia di pasaran dan diyakini mampu mengurangi ketergantungan nelayan pada bensin premium. Beberapa faktor yang menjadi fokus dalam penelitian ini adalah besarnya perubahan secara teknis yaitu suhu mesin dan gas buang, konsumsi bahan bakar dan konsumsi bahan bakar secara ekonomi jika mesin dioperasikan dengan bensin premium dan LPG dengan maksud untuk mengungkap kondisi teknis dan ekonomis jika mengaplikasikan LPG sebagai bahan bakar pada kapal perikanan untuk aktivitas penangkapan ikan.
2
TINJAUAN PUSTAKA
Kapal Perikanan UU 45 tahun 2009 mendefinisikan kapal perikanan adalah kapal, perahu, atau alat apung lain yang digunakan untuk melakukan penangkapan ikan, mendukung operasi penangkapan ikan, pembudidayaan ikan, pengangkutan ikan, pengolahan ikan, pelatihan perikanan, dan penelitian/eksplorasi perikanan. Kapal perikanan dapat dibedakan atas kapal perikanan non bermotor dan kapal perikanan bermotor. Kapal perikanan bermotor ini merupakan kapal yang menggunakan motor bakar sebagai sumber penggerak dan propeler sebagai alat penggerak. Berdasarkan motor penggeraknya, kapal perikanan dapat dibedakan atas kapal ikan bermotor luar (outboard engine) dan kapal ikan bermotor dalam (inboard engine). Kapal ikan bermotor luar adalah kapal ikan yang memiliki motor penggerak tidak terletak di dalam lambung kapal, melainkan terpasang duduk pada transom buritan kapal, pada salah satu sisi bulwark atau di atas geladak buritan kapal. Kapal ikan bermotor dalam adalah kapal ikan yang memiliki motor penggerak di dalam lambung kapal atau di bawah geladak di dalam kamar mesin, terpasang pada pondasi mesin sehingga poros baling-baling menembus dinding buritan kapal atau pada linggi baling-baling (Gulbrandsen, 1990). Kapal perikanan bermotor luar seringkali digunakan oleh nelayan skala kecil. Pada prinsipnya desain ini ditujukan untuk memudahkan perawatan. Motor yang digunakan pun memiliki konstruksi yang ringan, putaran mesin tinggi dan masa penggunaannya hanya berkisar satu hingga dua tahun saja, sehingga upaya untuk memperpanjang masa pakai, konsumsi bahan bakar yang lebih efisien dan daya tahan yang baik selama pengoperasian merupakan masalah yang seringkali dialami oleh nelayan skala kecil (Fyson, 1985). Ditinjau dari pembakarannya, motor penggerak dibedakan menjadi dua macam yaitu motor bakar otto dan diesel. Motor bakar otto atau lebih dikenal dengan motor bensin proses pembakarannya menggunakan api dari busi dengan bahan bakar bensin, sedangkan motor diesel pembakarannya terjadi karena adanya kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak mencapai titik nyala. Karena prinsip penyalaan bahan bakar yang terjadi akibat adanya tekanan
7 maka motor diesel disebut sebagai compression igniton engine dan pada motor bensin disebut spark ignition engine (Arismunandar, 2005). Dasar-Dasar Motor Bakar Motor bakar adalah suatu mesin kalor yang mengubah energi termal menjadi energi mekanik. Dengan kata lain, motor bakar adalah alat mekanis yang menggunakan energi termal untuk bekerja secara mekanik. Energi tersebut terjadi karena adanya proses pembakaran yang berlangsung di dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas yang terbakar di dalam ruang silinder mampu menggerakkan torak yang selanjutnya memutar poros engkol. Pada kepala silinder terdapat katup isap dan katup buang. Katup isap berfungsi memasukkan udara segar ke dalam silinder, sedangkan katup buang berfungsi mengeluarkan gas pembakaran yang sudah tidak terpakai dari dalam silinder ke udara. (Arismunandar, 2005). Ditinjau dari fungsinya Suyitno (2010) menyatakan motor bakar merupakan suatu mesin penggerak yang berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk berbagai macam peralatan dari yang bervolume kecil hingga yang terbesar baik untuk yang statis atau yang bergerak seperti pada kendaraan bermotor, pesawat dan kapal. Menurut Arismunadar dan Tsuda (2008), siklus kerja motor bakar yang merupakan prinsip kerja dari motor bensin atau diesel saat ini adalah siklus 4-langkah. Dan prinsip kerjanya adalah sebagai berikut : 1. Langkah pemasukan Katup masuk terbuka dan katup buang tertutup, dan torak bergerak dari batas atas (dinamakan TMA : titik mati atas) menuju ke bawah (dinamakan TMB : titik mati bawah). Hal ini menciptakan pertambahan volume di ruang bakar, yang pada gilirannya menciptakan ruang hampa. Tekanan diferensial yang dihasilkan melalui sistem pemasukan dari tekanan udara atmosfer ke vakum didalam silinder menyebabkan udara didorong masuk ke dalam silinder. Ketika udara lewat melalui sistem masukan, bahan bakar dimasukkan kedalamnya sesuai dengan jumlah yang diinginkan dengan bantuan injector bahan bakar atau karburator. 2. Langkah kompresi Ketika piston mencapai TMB, katup masuk tertutup dan piston bergerak kembali ke TMA dengan seluruh katup dalam kondisi tertutup. Kompresi campuran udara-bahan bakar ini, meningkatkan temperatur dan tekanan di dalam silinder. Menjelang akhir langkah kompresi, pembakaran dimulai. 3. Langkah ekspansi Campuran udara dan bahan bakar yang terbakar menimbulkan tekanan yang maksimum. Tekanan ini menekan torak ke bawah dan tekanan di dalam ruang silinder mulai berkurang. 4. Langkah pembuangan Pada saat piston mencapai TMB, lengkaplah pembilasan keluaran, tetapi silinder masih penuh dengan gas buang. Dengan katup buang yang terbuka, piston sekarang bergerak dari TMB ke TMA pada langkah buang. Ketika piston mendekati TMA maka katup masuk mulai membuka dan katup buang mulai menutup.
8 Bahan Bakar Bahan bakar adalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi. Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang sewaktu-waktu dapat dilepaskan dan dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah direaksikan dengan oksigen di udara (Krause, 2008). Bahan bakar konvensional menurut Sudrajad (2008), ditinjau dari keadaan dan wujudnya dapat padat, cair atau gas, sedangkan ditinjau dari cara terjadinya dapat alamiah, non-alamiah atau buatan. Termasuk bahan bakar padat alamiah ialah: antrasit, batubara bitumen, lignit, kayu api, dan sisa tumbuhan. Termasuk bahan bakar padat nonalamiah antara lain: kokas, semi-kokas, arang, briket, bris, serta bahan bakar nuklir. Bahan bakar cair non-alamiah antara lain : bensin atau gasolin, kerosin atau minyak tanah, minyak solar, minyak residu, dan juga bahan bakar padat yang diproses menjadi bahan bakar cair seperti minyak resin dan bahan bakar sintetis. Bahan bakar gas alamiah seperti: gas alam dan gas petroleum, sedang bahan bakar gas non-alamiah adalah gas rengkah (atau cracking gas) dan producer gas. Karakteristik Bahan Bakar Setiap bahan bakar memiliki karakteristik dan nilai pembakaran yang berbeda– beda. Karakteristik inilah yang menentukan sifat–sifat dalam proses pembakaran, dimana sifat yang kurang menguntungkan dapat di sempurnakan dengan jalan menambah bahan-bahan kimia ke dalam bahan bakar tersebut, dengan harapan akan mempengaruhi daya anti knocking atau daya letup dari bahan bakar, dan dalam hal ini menunjuk apa yang dinamakan dengan bilangan oktan (octane number). Proses pembakaran bahan bakar dalam motor bensin atau mesin pembakaran dalam sangat di pengaruhi oleh bilangan tersebut, sedangkan di motor diesel sangat di pengaruhi oleh bilangan setana (cetane number) (Sitorus, 2002). Bahan bakar fosil dan bahan bakar organik lainnya, umumnya tersusun dari unsur-unsur C (karbon), H (hidrogen), O (oksigen), N (nitrogen), S (belerang), P (fosfor) dan unsur-unsur lainnya dalam jumlah kecil, namun unsur-unsur kimia yang penting adalah C, H dan S, yaitu unsur-unsur yang jika terbakar menghasilkan kalor, dan disebut sebagai bahan yang dapat terbakar disingkat dengan BDT atau combustible matter (Sudrajad, 2008). BBM menurut Obert (1990) terdiri dari berbagai jenis hidrokarbon yang berasal dari minyak bumi dan sering pula terdiri dari campuran-campuran lain. Sifat mudah menguap di dalam mesin menentukan jenis hidrokarbon dan campuran yang digunakan pada BBM. Komposisi dan sifat BBM ditentukan dari jenis dan kandungan minyak bumi mentah asalnya dan tergantung dari sifat zat-zat campuran yang ditambahkan untuk meningkatkan mutu BBM. Ada bermacam-macam jenis hasil pengolahan minyak bumi, diantaranya adalah : 1) Elpiji (Liquefied Petroleum Gas) adalah bahan bakar gas yang dipakai di rumah tangga, restoran, dan kantor. Menurut Direktorat Jendral Minyak & Gas Bumi No. 26525.K/10/DJM.T/2009, komposisi gas LPG yang diproduksi Pertamina mengandung campuran Propana (C3H8) dan Butana (C4H10) sebesar 97% dan Pentana (C5H12) sebesar 2%, sisanya merupakan campuran
9 hidrokarbon berat. Dalam komposisi tersebut tekanan uap yang ditentukan dalam tabung LPG adalah 145 psi. Dari sisi keselamatan, komposisi tersebut merupakan komposisi yang optimum, karena komposisi campuran tersebut dijaga pada level tekanan 120 psi atau 8 bar atau 8 kali tekanan udara luar. Tekanan ini sepertiga dari tekanan kerja yang dirancang untuk valve/katup LPG (yang ada pada bagian atas tabung LPG 12 kg maupun 3 kg) sebesar 24 bar. Angka oktan yang dimiliki LPG adalah 105. Kelebihan dari penggunaan LPG menurut Pundkar (2012) sebagai bahan bakar pada mesin adalah meminimalisir kesulitan engine start pada kondisi dingin, akselerasi menjadi lebih halus, pembakaran yang lebih sempurna dan tidak menyebabkan adanya kerak pada kepala silinder, mengurangi biaya perawatan rutin dikarenakan LPG mampu memperpanjang usia mesin. Dengan tingginya angka oktan pada LPG, tenaga yang dihasilkan oleh mesin pun akan meningkat menjadi lebih baik daripada menggunakan bahan bakar bensin, dan penyakit destructive knocking menjadi tidak ada sama sekali. Maka karena itu pengaturan pada mesin menjadi lebih mudah dan tentunya menjadi lebih ramah lingkungan. 2) Bensin adalah BBM yang banyak dibutuhkan. Hampir 45% total produk minyak bumi diupayakan menjadi BBM ini. Produk ini berasal dari proses sekunder karena disyaratkan angka oktannya harus tinggi. BBM jenis bensin di Indonesia disebut dengan Premium, Super atau Benzole. Penggunaannya untuk kendaraan penumpang, motor, perahu bermotor, kapal ikan dan pesawat terbang yang tidak bermesin jet. 3) Diesel disebut juga solar adalah suatu campuran yang telah didestilasi setelah premium dan minyak tanah dari minyak mentah pada temperatur 200oC sampai 340oC. Penggunaannya hampir sama seperti bensin yaitu untuk kendaraan penumpang bermesin diesel, kendaraan berat seperti truk/bus, dan kapal ikan bermesin diesel. Tabel 2.1 Karakteristik bahan bakar Bahan Bakar Struktur Kimia Kepadatan energi Angka oktan Nilai suhu terendah (MJ/Kg) Nilai suhu tertinggi (MJ/Kg) Stoichiometric air/fuel ratio Kepadatan pada suhu 15˚C, kg/m3 Titik nyala (oK) Specific Gravity 60° F/60°
Bensin C7H17/C4 to C12 109,000125,000 86-94
Diesel C8 to C25 128,00030,0000 8-15
43.44
Sumber : Pundkar et al. (2012)
LPG C3H8 105+
LPG CH4 35,000 @ 3000 psi 120+
42.79
46.60
47.14
46.53
45.76
50.15
52.20
14.7
14.7
15.5
17.2
737
820-950
531 0.72-0.78
84,000
588
1.85/5 05 724
755-905
0.508
0.85
0.424
0.78
10 Proses Pembakaran Motor pembakaran dalam bekerja dengan cara membakar bahan bakar di dalamnya sehingga tercipta energi kinetik. Pembakaran bahan bakar yang terjadi adalah proses reaksi dari bercampurnya bahan bakar dan udara. Jumlah udara yang masuk di ruang silinder adalah sebanyak jumlah bahan bakar yang akan dibakar. Jika udara yang masuk terlalu banyak maka tidak semua bahan bakar akan terbakar, sehingga pembakaran yang terjadi tidak sempurna (Khemani, 2009). Ketika terjadi proses pembakaran, ikatan molekul dari bahan bakar dan udara terpecah dan dengan cepat tersusun suatu senyawa baru dimana hasil dari reaksi pembakaran menghasilkan energi. Maka karena itu perlu ditekankan bahwa tidak selamanya bahan bakar bertemu dengan udara agar pembakaran terjadi. Syarat terjadinya pembakaran harus memenuhi tiga kondisi. Menurut Suyitno (2010), tiga syarat terjadinya pembakaran adalah : 1. Terdapat bahan bakar 2. Terdapat udara (oksigen) 3. Terdapat sumber api atau titik nyala dari bahan bakar itu sendiri. Contoh sumber api pada motor bensin adalah busi. Dan contoh kondisi penyalaan sendiri adalah pada motor diesel, di mana pada tekanan tinggi, suhu campuran udara dan solar mencapai kondisi yang disebut suhu penyalaan sendiri (autoignition temperature) (Suyitno, 2010). Pemanasan Bahan Bakar Pemanasan bahan bakar berarti proses untuk meningkatkan suhu yang menyebabkan turunnya viskositas dan naiknya volume bahan bakar yang menyebabkan bertambahnya energi. Energi diserap oleh molekul-molekul dan menyebabkan reaksi jarak antar molekul-molekul menjadi renggang sehingga lebih mudah mengikat oksigen (Arismunandar, 2005). Pemanasan dengan temperatur yang terlalu tinggi yaitu melebihi batas temperatur titik didih menurut Mohlis (2007) menyebabkan bahan bakar menjadi buruk sifat viskositasnya. Dan bila disemprotkan ke dalam silinder butiran uapnya akan menjadi lebih pendek dan pencampuran dengan udara di dalam silinder tidak berlangsung sempurna. Pengaruh viskositas bensin pada pengabutan sangat menentukan pembakaran yang sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas > 100 detik Saybolt Universal (SU) dan tekanan udara < 1 psi, maka butiran-butiran kabut minyak terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu ruang pembakaran. Bagi minyak-minyak berat, pemanasan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan. Pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai dibawah 100 detik SU (Supraptono, 2004). Viskositas yang terlalu tinggi menyebabkan bahan bakar tidak terbakar seluruhnya dan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna sehingga mempengaruhi besar konsumsi bahan bakar.
11 Titik Nyala Bahan Bakar Flash point atau titik nyala adalah suhu dimana bahan bakar terbakar dengan sendirinya oleh udara sekeliling disertai kilatan cahaya. Untuk menentukan kapan minyak terbakar sendiri, Pensky-Martens memakai system “closed cup”, sedang Cleveland memakai “open cup”. Uji dengan open cup menunjukan angka 20-30oF lebih tinggi daripada dengan closed cup (Arismunandar dan Tsuda, 2008). Titik nyala menurut Mohlis (2007) adalah suhu terendah dari suatu bahan bakar yang dapat menimbulkan nyala api dalam sekejap apabila pada permukaan bahan bakar tersebut dipercikkan api. Jika bahan bakar mempunyai gravitasi API yang tinggi maka titik didihnya rendah sehingga titik nyalanya juga rendah. Viskositas atau Kekentalan Bahan Bakar Dalam Arismunandar dan Tsuda (2008), Viskositas adalah kebalikan fluiditas atau daya alir. Makin tinggi viskositas makin sukar mengalir. Mengingat kecepatan mengalir juga tergantung pada berat jenis, maka pengukuran viskositas demikian dinyatakan sebagai “viskositas kinematik”. Pengaruh viskositas pada pengabutan sangat menentukan dalam mencapai pembakaran sempurna dan bersih. Jika pengabutan berlangsung dengan viskositas > 100 detik SU dan tekanan udara < 1 psi, maka butiran-butiran kabut minyak terlalu besar hingga susah bercampur dengan udara sekunder. Akibatnya akan terbentuk gumpalan karbon yang mengganggu ruang pembakaran. Bagi minyak-minyak berat, pemanasan pendahuluan harus dilakukan sebelum pengabutan. Pemanasan pendahuluan ini gunanya untuk menurunkan viskositas sampai dibawah 100 detik SU (Supraptono, 2004). Viskositas yang terlalu tinggi menyebabkan bahan bakar tidak terbakar seluruhnya dan proses pembakaran tidak terjadi dengan sempurna sehingga mempengaruhi besar konsumsi bahan bakar. Ignition Point atau Titik Bakar Titik Bakar adalah suhu dimana bahan bakar yang dipanaskan pada keadaan baku dapat terbakar selama waktu sekurang-kurangnya 5 detik. Nilai kalori bahan bakar diperoleh dari besarnya panas dari pembakaran suatu bahan bakar tertentu di dalam zat asam. Makin tinggi berat jenis minyak, maka nilai kalorinya makin rendah. Standart nilai kalor pembakaran untuk bahan bakar bensin adalah > 45950 kj/mol (ASTM : 1991) (Mohlis, 2007). Titik Tuang Titik tuang merupakan bilangan yang menyatakan suhu terendah dari bahan bakar minyak sehingga bahan bakar tersebut dapat mengalir dengan sendirinya karena gravitasi. Titik tuang sangat penting karena berhubungan dengan mudah atau sulitnya bahan bakar dipompa apabila suhunya telah di bawah titik tuangnya. Titik tuang untuk bahan bakar solar adalah 65oC (Bahan Bakar Minyak, Elpiji dan BBG Pertamina : 2003 dalam Mohlis, 2007).
12 Peralatan Konversi LPG Peralatan konversi LPG adalah peralatan yang digunakan untuk menyalurkan gas dari tabung LPG ke dalam saluran udara mesin. Menurut (DJPT, 2011) peralatan konversi ini terdiri dari : - Katup utama (Main Valve). Katup utama merupakan komponen yang berfungsi untuk membuka dan menutup lubang kepala tabung LPG, pelepas LPG akibat tekanan belebih. - Penurun tekanan LPG (LPG Regulator). Penurun tekanan LPG adalah salah satu komponen yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dari sekitar 8 bar menjadi sekitar 1 bar. - Alat ukur tekanan LPG (High Pressure Gauge). Alat ukur tekanan LPG adalah alat ukur yang digunakan untuk menunjukkan tekanan LPG dalam tabung LPG. - Selang LPG tekanan rendah (Low Pressure Hose). Selang LPG tekanan rendah adalah salah satu komponen yang berfungsi untuk mengalirkan LPG bertekanan rendah dari penurun tekanan ke pencampur udara dan gas. - Katup pengatur aliran (Power Valve). Katup pengatur aliran LPG adalah komponen yang berfungsi mengatur aliran LPG bertekanan rendah menuju pencampur udara dan gas. - Pencampur LPG dan udara (Gas-Air Mixer). Pencampur LPG dan udara adalah komponen yang berfungsi mencampur udara dengan LPG di saluran masuk udara (intake manifold) pada motor penggerak. Pendekatan Efisiensi Pada Perikanan Tangkap Skala Kecil Beberapa pendekatan yang mungkin untuk dilakukan di lingkungan perikanan tangkap skala kecil menurut Gulbrandsen (1990) diantaranya adalah, dengan cara mereduksi ukuran alat tangkap yang dibawa, memperbesar diameter propeller dan nozzle untuk meningkatkan efisiensi, menggunakan alat tangkap pasif berupa gillnet, longline dan pancing ulur. Namun beberapa metode tersebut tentunya telah banyak dilakukan oleh kebanyakan nelayan skala kecil di Indonesia yang menggunakan perahu bermotor berukuran kurang dari 5 GT dan menggunakan mesin ketinting berkapasitas 5-9 HP. Usaha untuk mereduksi biaya bahan bakar pada perikanan skala kecil harus dilakukan dengan berbagai macam cara, diantaranya adalah mengurangi konsumsi bahan bakar sehingga biaya operasional dalam sekali tripnya dapat ditekan. Fyson (1985) mengusulkan lima cara untuk mengefisienkan biaya operasional, usulan ini dapat diterapkan salah satu atau seluruhnya : 1) Menggunakan motor yang efisien konsumsi bahan bakarnya atau menggunakan perangkat lain yang dapat digunakan untuk mengefisiensi kinerja motor. 2) Menggunakan perahu yang disain lambungnya tidak menghasilkan tahanan besar. 3) Merubah pandangan metode penangkapan ikan dari yang sifatnya memerlukan energi besar menjadi lebih efisien dalam penggunaan energi. 4) Menggunakan motor berkapasitas kecil dan mengurangi kecepatan kapal saat berlayar.
13 5)
Menggunakan bahan bakar alternatif atau tenaga penggerak alternatif seperti tenaga angin. Menurut Gulbrandsen (1990) ada beberapa usulan untuk mengefisienkan penggunaan energi pada perahu perikanan skala kecil. Beberapa pendapat yang dikemukakan adalah : Tabel 2.2 Usaha efisiensi energi pada perahu ikan kecil Usaha Efisiensi Usulan Untuk Bahan Bakar Diimplementasikan Mengurangi laju Bisa dilakukan kapal Merubah desain Bisa dilakukan lambung Memodifikasi rasio mesin dan ukuran Bisa dilakukan propeller Mengganti bahan Bisa dilakukan bakar (alternatif) Menggunakan layar Bisa dilakukan Merawat lambung Bisa dilakukan dari kerusakan Merawat mesin Bisa dilakukan sebaik mungkin Memperlama waktu Bisa dilakukan penangkapan Sumber : Gulbrandsen, 1990
Tingkat Kesulitan
Pengeluaran Ekstra
Mudah
Tidak ada
Sulit
Rendah
Mudah
Rendah
Mudah
Sedang
Sedang
Sedang
Mudah
Rendah
Mudah
Rendah
Sedang
Rendah ke Tinggi
Dengan cara mengganti ke bahan bakar alternatif, hal ini tidak terlalu populer di lingkungan nelayan skala kecil. Akan tetapi, penggunaan bahan bakar alternatif yang efisien adalah usulan terbaik dimana nelayan seringkali dihadapi dengan biaya bahan bakar yang semakin melambung sehingga mereka harus membeli bahan bakar dengan jumlah yang terbatas dan harga yang mahal. Hal-hal fundamental seperti ini diperparah dengan tingginya konsumsi bahan bakar sesuai dengan kapasitas mesin yang digunakan. Di negara berkembang, sumber energi alternatif seperti gas secara signifikan memiliki harga yang lebih murah dibandingkan BBM. Bagaimanapun juga, dengan selisih harga yang lebih murah sebesar 30-50% energi alternatif ini sifatnya hanya opsional (Wilson, 1999).
