BAB II Dasar Teori
BAB II DASAR TEORI
2.1
Kajian Pustaka
Penelitian tentang pengujian Bioetanol pada motor bensin telah dilakukan oleh banyak
peneliti dengan berbagai bahan baku yang terbuat dari tebu, ubikayu, dan lain sebagainya,
penelitian juga dilakukan dengan berbagai variasi presentasi bioetanol dari mulai 0% sampai 10%.
Penelitian terdahulu yang dilakukan oleh A. Neneng tahun 2007 dalam hal tugas akhir dengan judul penelitian
“Pengujian Mesin Bensin Terhadap Pemakaian Bahan Bakar
Premium dan Bioethanol 5%” menyimpulkan bahwa, bioetanol 5% lebih hemat dari pada premium pada saat bukaan throttle 50% dan 75%. Penelitian serupa juga telah dilakukan oleh Ridho Daniel Sihaloho tahun 2009 dengan judul skripsinya “ Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium dengan Campuran premium-Bioetanol (Gasohol BE-5 dan BE-10)” menjelaskan bahwa penggunaan bahan bakar campuran premium-bioetanol (Gasohol BE-5 dan BE-10) dapat berdampak pada pengurangan emisi gas buang, selain itu dibandingkan dengan premium bahan bakar (gasohol BE-5 dan BE-10) dari sisi performansi mesin dapat menurunkan daya dan torsi serta meningkatkan konsumsi bahan bakar spesifik. Namun pada sisi ekonomis, penggunaan bahan bakar gasohol BE-5 dan BE-10 sangat menguntungkan , apabila dibandingkan dengan premium tanpa subsidi. Dimana, dengan penggunaan bahan bakar gasohol BE-5 dapat dilakukan penghematan sebesar Rp. 242.125/liter. Sedangkan gasohol BE-10 dapat dilakukan penghematan sebesar Rp.484.25/liter. Sedangkan menurut Joko Winarno, berdasarkan penelitiannya pada tahun 2009 menggunakan bioetanol dari tetes tebu dengan presentasi campuran sebesar 15% dan 20% pada motor type 1 silinder 4 langkah menyimpulkan bahwa pada putaran motor yang lebih tinggi (> 7000 rpm) torsi dan daya motor yang dihasilkan cenderung mengalami penurunan seiring dengan naiknya presentase bioethanol. Dari presentasi bioetanol dengan range 0%,
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
5
BAB II Dasar Teori
5%, 10%, 15% dan 20% torsi dan daya terbesar diperoleh pada bahan bakar campuran bioetanol dengan presentasi campuran sebesar 5%.
2.2
Bioetanol Bioetanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk
dalam minuman beralkohol. Residu yang ditemukan pada peninggalan keramik yang berumur
9000 tahun dari China bagian utara menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia prasejarah dari masa Neolitik.
Campuran dari Bioetanol yang mendekati kemrunian untuk pertama kali ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang mengembangkan proses distilasi pada masa Kalifah Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah Jabir ibn Hayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus)
dan al-Razi (Rhazes). Catatan yang disusun oleh Jabir ibn Hayyan (721-815) menyebutkan bahwa uap dari wine yang mendidih mudah terbakar. Al-Kindi (801-873) dengan tegas menjelaskan tentang proses distilasi wine. Sedangkan (Bio)etanol absolut didapatkan pada tahun 1796 oleh Johann Tobias Lowitz, dengan menggunakan distilasi saringan arang. Antoine Lavoisier menggambarkan bahwa Bioetanol adalah senyawa yang terbentuk dari karbon, hidrogen dan oksigen. Pada tahun 1808 Nicolas-Théodore de Saussure dapat menentukan rumus kimia etanol. Limapuluh tahun kemudian (1858), Archibald Scott Couper menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus bangunnya. Etanol pertama kali dibuat secara sintetis pada tahu 1829 di Inggris oleh Henry Hennel dan S.G.Serullas di Perancis. Michael Faraday membuat etanol dengan menggunakan hidrasi katalis asam pada etilen pada tahun 1982 yang digunakan pada proses produksi etanol sintetis hingga saat ini. Pada tahun 1840 etanol menjadi bahan bakar lampu di Amerika Serikat, pada tahun 1880-an Henry Ford membuat mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908 mobil Ford model T telah dapat menggunakan (bio)etanol sebagai bahan bakarnya. Namun pada tahun 1920an bahan bakar dari petroleum yang harganya lebih murah telah menjadi dominan menyebabkan etanol kurang mendapatkan perhatian. Akhir-akhir ini, dengan meningkatnya harga minyak bumi, bioetanol kembali mendapatkan perhatian dan telah menjadi alternatif energi yang terus dikembangkan. Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
6
2.2.1
BAB II Dasar Teori
Bioetanol, Etanol, Alkohol Etanol disebut juga etil-alkohol atau alkohol saja, adalah alkohol yang paling sering
digunakan dalam kehidupan sehari-hari, hal ini disebabkan karena memang etanol yang digunakan sebagai bahan dasar pada minuman tersebut, bukan metanol, atau grup alkohol
lainnya. Sedangkan bioetanol adalah etanol (alkohol yang paling dikenal masyarakat) yang dibuat dengan fermentasi yang membutuhkan faktor biologis untuk prosesnya. Sebenarnya
alkohol dalam ilmu kimia memiliki pengertian yang lebih luas lagi. Jadi untuk seterusnya, dalam tulisan ini penggunaan istilah alkohol tidak akan digunakan lagi untuk menghilangkan
ambiguitas. 2.2.2
Rumus Kimia Bioetanol sering ditulis dengan rumus EtOH. Rumus molekul etanol adalah C2H5OH
atau rumus empiris C2H6O atau rumus bangunnya CH3-CH2-OH. BioEtanol merupakan bagian dari kelompok metil (CH3-) yang terangkai pada kelompok metilen (-CH2-) dan terangkai dengan kelompok hidroksil (-OH). Secara umum akronim dari Bioetanol adalah EtOH (Ethyl-(OH)) <– Rumus Bangun. Bioetanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memilki bau yang khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Karena sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan dan minuman. 2.2.3
Bioetanol Sebagai Bahan Bakar Saat ini Bioetanol dipakai secara luas di Brazil dan Amerika Serikat. Semua kendaraan
bermotor di Brazil, saat ini menggunakan bahan bakar yang mengandung paling sedikit kadar ethanol sebesar 20 %. Pertengahan 1980, lebih dari 90 % dari mobil baru, dirancang untuk memakai Bioetanol murni. Di Amerika Serikat, lebih dari 1 trilyun mil telah ditempuh oleh kendaraan bermotor yang menggunakan BBM dengan kandungan Bioetanol sebesar 10 % dan kendaraan FFV (Flexible Fuel Vehicle) yang menggunakan BBM dengan kandungan 85 % Bioetanol. Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar, sebenarnya telah lama dikenal. Seperti telah disebutkan diatas bahwa pada tahun 1880-an Henry Ford membuat mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908 mobil Ford model T telah dapat menggunakan Bioetanol sebagai bahan Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
7
BAB II Dasar Teori
bakarnya.. Namun penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar nabati kurang ditanggapi pada waktu tersebut, karena keberadaan bahan bakar minyak yang murah dan melimpah. Saat ini
pasokan bahan bakar minyak semakin menyusut ditambah lagi dengan harga minyak dunia yang melambung membuat Bioetanol semakin diperhitungkan.
Bioetanol dapat digunakan pada kendaraan bermotor, tanpa mengubah mekanisme
kerja mesin jika dicampur dengan bensin dengan kadar (Bio) Etanol lebih dari 99,5%.
Perbandingan (Bio) Etanol pada umumnya di Indonesia baru penambahan 10% dari total
bahan bakar. Pencampuran (Bio) Etanol absolut sebanyak 10 % dengan bensin (90%), sering disebut Gasohol E-10. Gasohol singkatan dari gasoline (bensin) dan (Bio) Etanol. (Bio) Etanol
absolut memiliki angka oktan (ON) 117, sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol E-10
secara proporsional memiliki ON 92 atau setara Pertamax. Pada komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE). 2.3
Motor Bensin Motor bensin adalah salah satu jenis dari mesin kalor, yaitu mesin yang mengubah
energi termal untuk melakukan kerja mekanik atau mengubah tenaga kimia bahan bakar menjadi tenaga mekanis. Energi diperoleh dari proses pembakaran, proses pembakaran juga mengubah energi tersebut yang terjadi didalam dan diluar mesin kalor (Kiyaku dan Murdhana, 1998). 2.4
Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah Motor bensin empat langkah adalah motor yang setiap satu kali pembakaran bahan
bakar memerlukan 4 langkah dan 2 kali putaran poros engkol. Adapun prinsip kerja motor 4 langkah dapat dilihat pada gambar dibawah ini,
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
8
BAB II Dasar Teori
Gambar 2.1 langkah kerja motor bensin 4 langkah
Langkah-langkah kerja mesin 4 langkah: Langkah hisap (intake stroke): 1.
Torak bergerak dari TMA ke TMB
2.
Katup masuk terbuka, katup buang tertutup
3.
Campuran bahan bakar dengan udara yang telah tercampur didalam karburator masuk kedalam silinder melalui katup masuk.
4.
Saat torak berada di TMB katup masuk akan tertutup
Langkah kompresi (compression stroke): 1.
Torak bergerak dari TMb ke TMA.
2.
Katup masuk dan katup buang kedua-duanya tertutup sehingga gas yang telah diisap tidak keluar pada waktu ditekan oleh torak yang mengakibatkan tekanan gas akan naik.
3.
Beberapa saat sebelum torak mencapai TMA busi mengeluarkan bunga api listrik
4.
Gas bahan bakar yang telah mencapai tekanan tinggi terbakar.
5.
Akibat pembakaran bahan bakar, tekanannya akan naik menjadi kira-kira tiga kali lipat.
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
9
BAB II Dasar Teori
Langkah kerja / ekspansi (combustion (power) stroke) :
1.
Saat ini kedua katup masih dalam keadaan tertutup
2.
Gas terbakar dengan tekanan yang tinggi akan mengembang kemudian menekan torak turun kebawah dari TMA ke TMB
3.
Tenaga ini disalurkan melalui batang penggerak, selanjutnya oleh poros engkol diubah menjadi gerak rotasi
Langkah pembuangan (Exchause stroke) :
1.
Katup buang terbuka, katup masuk tertutup
2.
torak bergerak dari TMB ke TMA
3.
Gas sisa pembakaran terdorong oleh torak keluar melalui katup buang.
2.5
Siklus Termodinamika Konversi energi yang terjadi pada motor bakar torak berdasarkan pada siklus
termodinamika. Proses sebenarnya amat komplek, sehingga analisa dilakukan pada kondisi ideal dengan fluida kerja udara. Idealisasi proses tersebut sebagai berikut : a. Fluida kerja dari awal proses hingga akhir proses. b. Panas jenis dianggap konstan meskipun terjadi perubahan temperatur pada udara. c. Proses kompresi dan ekspansi berlangsung secara adiabatik, tidak terjadi perpindahan panas antara gas dan dinding silinder. d. Sifat-sifat kimia fluida kerja tidak berubah selama siklus berlangsung. e. Motor 2 (dua) langkah mempunyai siklus termodinamika yang sama dengan motor 4 (empat) langkah. Gambar diagram P-V dan T-S siklus termodinamika dapat dilihat pada (gambar 2.2) di bawah sebagai berikut :
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
10
BAB II Dasar Teori
Gambar 2. 2. Diagram P-V dan T-S siklus otto (Cengel & Boles, 1994 : 451)
2.6
Sistem Penyalaan Motor bensin dapat juga disebut sebagai motor otto. Motor tersebut dilengkapi dengan
busi dan karburator. Busi menghasilkan loncatan bunga api listrik yang membakar campuran bahan bakar dan udara karena motor ini cenderung disebut spark ignition engine. Pembakaran bahan bakar dengan udara ini menghasilkan daya. Di dalam siklus otto (siklus ideal) pembakaran tersebut dimisalkan sebagai pemasukan panas pada volume konstan. 2.7
Proses Pembakaran Secara umum pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia atau reaksi persenyawaan
bahan bakar oksigen (O2) sebagai oksidan dengan temperaturnya lebih besar dari titik nyala. Mekanisme pembakarannya sangat dipengaruhi oleh keadaan dari keseluruhan proses pembakaran dimana atom-atom dari komponen yang dapat bereaksi dengan oksigen yang dapat membentuk produk yang berupa gas. (Sharma, S.P, 1978). Untuk memperoleh daya maksimum dari suatu operasi hendaknya komposisi gas pembakaran dari silinder (komposisi gas hasil pembakaran) dibuat seideal mungkin, sehingga tekanan gas hasil pembakaran bisa maksimal menekan torak dan mengurangi terjadinya detonasi. Komposisi bahan bakar dan udara dalam silinder akan menentukan kualitas pembakaran dan akan berpengaruh terhadap performance mesin dan emisi gas buang.
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
11
BAB II Dasar Teori
Sebagaimana telah diketahui bahwa bahan bakar bensin mengandung unsur-unsur karbon dan hidrogen.
Terdapat 3 (tiga) teori mengenai pembakaran hidrogen tersebut yaitu : a. Hidrokarbon terbakar bersama-sama dengan oksigen sebelum karbon bergabung
dengan oksigen.
b. Karbon terbakar lebih dahulu daripada hidrogen.
c. Senyawa hidrokarbon terlebih dahulu bergabung dengan oksigen dan membentuk senyawa (hidrolisasi) yang kemudian dipecah secara terbakar. (Yaswaki, K, 1994). Dalam sebuah mesin terjadi beberapa tingkatan pembakaran yang digambarkan dalam
sebuah grafik dengan hubungan antara tekanan dan perjalanan engkol. Berikut adalah gambar dari grafik tingkatan pembakaran :
Gambar 2.3. Tingkat pembakaran dalam sebuah mesin (Maleev.V.L, 1995)
Proses atau tingkatan pembakaran dalam sebuah mesin terbagi menjadi empat tingkat atau periode yang terpisah. Periode-periode tersebut adalah : 1.
Keterlambatan pembakaran (Delay Periode) Periode pertama dimulai dari titik 1 yaitu mulai disemprotkannya bahan bakar sampai
masuk kedalam silinder, dan berakhir pada titik 2. perjalanan ini sesuai dengan perjalanan engkal sudut a. Selama periode ini berlangsung tidak terdapat kenaikan tekanan yang melebihi Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
12
BAB II Dasar Teori
kompresi udara yang dihasilkan oleh torak, dan selanjutnya bahan bakar masuk terus menerus melalui nosel.
2.
Pembakaran cepat titik 2 terdapat sejumlah bahan bakar dalam ruang bakar, yang dipecah halus dan Pada
sebagian menguap kemudian siap untuk dilakukan pembakaran. Ketika bahan bakar
dinyalakan yaitu pada titik 2, akan menyala dengan cepat yang mengakibatkan kenaikan tekanan mendadak sampai pada titik 3 tercapai. Periode ini sesuai dengan perjalanan sudut
engkol b. yang membentuk tingkat kedua. 3.
Pembakaran Terkendali Setelah titik 3, bahan bakar yang belum terbakar dan bahan bakar yang masih tetap
disemprotkan (diinjeksikan) terbakar pada kecepatan yang tergantung pada kecepatan penginjeksian serta jumlah distribusi oksigen yang masih ada dalam udara pengisian. Periode inilah yang disebut dengan periode terkendali atau disebut juga pembakaran sedikit demi sedikit yang akan berakhir pada titik 4 dengan berhentinya injeksi. Selama tingkat ini tekanan dapat naik, konstan ataupun turun. Periode ini sesuai dengan pejalanan engkol sudut c, dimana sudut c tergantung pada beban yang dibawa beban mesin, semakain besar bebannya semakin besar c. 4.
Pembakaran pasca (after burning) Bahan bakar sisa dalam silinder ketika penginjeksian berhenti dan akhirnya terbakar.
Pada pembakaran pasca tidak terlihat pada diagram, dikarenakan pemunduran torak mengakibatkan turunnya tekanan meskipun panas panas ditimbulkan oleh pembakaran bagian akhir bahan bakar. Dalam pembakaran hidrokarbon yang biasa tidak akan terjadi gejala apabila memungkinkan untuk proses hidrolisasi. Hal ini hanya akan terjadi bila pencampuran pendahuluan antara bahan bakar dengan udara mempunyai waktu yang cukup sehingga memungkinkan masuknya oksigen ke dalam molekul hidrokarbon. (Yaswaki. K, 1994)
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
13
BAB II Dasar Teori
Bila oksigen dan hidrokarbon tidak bercampur dengan baik maka terjadi proses cracking dimana akan menimbulkan asap. Pembakaran semacam ini disebut pembakaran tidak
sempurna. Ada 2 (dua) kemungkinan yang terjadi pada pembakaran mesin berbensin, yaitu : a.
Pembakaran normal Pembakaran normal terjadi bila bahan bakar dapat terbakar seluruhnya pada saat dan
keadaan yang dikehendaki. Mekanisme pembakaran normal dalam motor bensin dimulai pada saat terjadinya loncatan bunga api pada busi, kemudian api membakar gas bakar yang berada
di sekitarnya sehingga semua partikelnya terbakar habis. Didalam pembakaran normal, pembagian nyala api terjadi merata diseluruh bagian. Pada keadaan yang sebenarnya pembakaran bersifat komplek, yang mana berlangsung pada beberapaphase. Dengan
timbulnya energi panas, maka tekanan dan temperatur naik secara mendadak, sehingga piston terdorong menuju TMB. Pembakaran normal pada motor bensin dapat ditunjukkan pada gambar dibawah sebagai berikut :
Gambar 2.4. Pembakaran campuran udara-bensin dan perubahan tekanan didalam silinder (Sumber : Anonim, 1996, New Traning Manual, penerbit PT. Toyota Astra Motor, Jakarta)
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
14
BAB II Dasar Teori
Gambar grafik diatas dengan jelas memperlihatkan hubungan antara tekanan dan sudut engkol, mulai dari penyalaan sampai akhir pembakaran. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa
beberapa derajat sebelum piston mencapai TMA, busi memberikan percikan bunga api sehingga mulai terjadi pembakaran, sedangkan lonjakan tekanan dan temperatur mulai point 2,
sesaat sebelum piston mencapai TMA, dan pembakaran point 3 sesaat sesudah piston
mencapai TMA. b.
Pembakaran tidak normal
Pembakaran tidak normal terjadi bila bahan bakar tidak ikut terbakar atau tidak terbakar bersamaan pada saat dan keadaan yang dikehendaki. Pembakaran tidak normal dapat menimbulkan detonasi (knocking)yang memungkinkan timbulnya gangguan dan kesulitan-
kesulitan pada motor bakar bensin.Fenomena-fenomena yang menyertai pembakaran tidak sempurna, diantaranya : 1.
Detonasi Seperti telah diterangkan sebelumnya, pada peristiwa pembakaran normal api
menyebar keseluruh bagian ruang bakar dengan kecepatan konstan dan busi berfungsi sebagai pusat penyebaran. Dalam hal ini gas baru yang belum terbakar terdesak oleh gas yang sudah terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik sampai mencapai keadaan hampir terbakar. Jika pada saat ini gas tadi terbakar dengan sendirinya, maka akan timbul ledakan (detonasi) yang menghasilkan gelombang kejutan berupa suara ketukan (knocking noise). 2.
Hal-hal yang menyebabkan terjadinya Detonasi Pada lapisan yang telah terbakar akan berekspansi. Pada kondisi lapisan yang tidak
homogen,lapisan gas tadi akan mendesak lapisan gas lain yang belum terbakar, sehingga tekanan dan suhunya naik. Bersamaan dengan adanya radiasi dari ujung lidah api, lapisan gas yang terdesak akan terbakar tiba-tiba. Peristiwa ini akan menimbulkan letupan mengakibatkan terjadinya gelombang tekanan yang kemudian menumbuk piston dan dinding silinder sehingga terdengarlah suara ketukan (knocking) yaitu yang disebut dengan detonasi. Hal-hal yang menyebabkan terjadinya detonasiantara lain sebagai berikut : a) Perbandingan kompresi yang tinggi, tekanan kompresi, suhu pemanasan campuran dan suhu silinder yang tinggi. Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
15
BAB II Dasar Teori
b) Masa pengapian yang cepat.
c) Putaran mesin rendah dan penyebaran api lambat. d) Penempatan busi dan konstruksi ruang bakar tidak tepat, serta jarak penyebaran api terlampau jauh.
Proses terjadinya detonasi dapat ditunjukkan pada (gambar 2.8) dibawah :
Gambar 2.5. Proses terjadinya detonasi (Wiranto Arismunandar, 2002)
Gambar diatas menjelaskan bahwa detonasi (knocking) terjadi karena bahan bakar terbakar sebelum waktunya. Hal ini terjadi pada saat piston belum mencapai posisi pembakaran, tetapi bahan bakar telah terbakar lebih dahulu. 2.8
Sistem Bahan Bakar Motor bensin merupakan jenis dari motor bakar, motor bensin kebanyakan dipakai
sebagai kendaraan bermotor yang berdaya kecil seperti mobil, sepeda motor, dan juga untuk motor pesawat terbang. Pada motor bensin selalu diharapkan bahan bakar dan udara itu sudah tercampur dengan baik sebelum dinyalakan oleh busi. Pada motor bakar sering memakai sistem bahan bakar menggunakan karburator. Pada gambar (2.4) diterangkan skema sistem penyaluran bahan bakar. Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
16
BAB II Dasar Teori
Gambar 2.6. Skema sistem penyaluran bahan bakar (Sumber : Arismunandar, 1983)
Pompa bahan bakar menyalurkan bahan bakar dari tangki bahan bakar ke karburator untuk memenuhi jumlah bahan bakar yang harus tersedia didalam karburasi. Pompa ini terutama dipakai apabila letak tangki lebih rendah daripada letak karburator. Untuk membersihkan bahan bakar dari kotoran yang dapat mengganggu aliran atau menyumbat saluran bahan bakar, terutama didalam karburator, digunakan saringan atau filter. Sebelum masuk kedalam saringan, udara mengalir melalui karburator yang mengatur pemasukan, pencampuran dan pengabutan bahan bakar ke dalam, sehinggadiperoleh perbandingan campuran bahan bakar dan udara yang sesuai dengan keadaan beban dan kecepatan poros engkol. Penyempurnaan pencampuran bahan bakar udara tersebut berlangsung baik di dalam saluran isap maupun didalam silinder sebelum campuran itu terbakar. Campuran itu haruslah homogen serta perbandingannya sama untuk setiap silinder, campuran yang kaya (rich fuel) diperlukan dalam keadaan tanpa beban dan beban penuh sedangkan campuran yang miskin (poor fuel) diperlukan untuk operasi normal. 2.9
Jenis Bahan Bakar
2.9.1
Premium Premium berasal dari bensin yang merupakan salah satu fraksi dari penyulingan
minyak bumi yang diberi zat tambahan atau aditif, yaitu Tetra Ethyl Lead (TEL). Premuim mempunyai rumus empiris Ethyl Benzena (C8H18). Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
17
BAB II Dasar Teori
Premium adalah bahan bakar jenis disilat berwarna kuning akibat adanya zat pewarna tambahan. Penggunaan premium pada umumnya digunakan untuk bahan bakar kendaraan
bermotor bermesin bensin, seperti mobil, sepeda motor, dan lain lain. Bahan bakar ini juga sering disebut motor gasoline atau petrol dengan angka oktan adalah 88, dan mempunyai titik
didih 300C-2000C. Adapun rumus kimia untuk pembakaran pada bensin premium adalah
sebagai berikut:
2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O
Pembakaran di atas diasumsikan semua bensin terbakar dengan sempurna. Komposisi bensin, yaitu : bahan bakar
a.
Bensin (gasoline) C8H18
b.
Berat jenis bensin 0,65-0,75
c.
Pada suhu 400 bensin menguap 30-65%
d.
Pada suhu 1000 bensin menguap 80-90%
(Sumber: Encyclopedia Of Chemical Technologi, Third Edition, 1981: 399)
Tabel 2.1 Karakteristik Premium
Karakteristik
Nilai
Rumus Kimia
C8H18
Berat Jenis (kg/L)
0,7329
Nilai Kalor Bawah (KJ/kg)
44651 kJ/kg
Angka Ortan Riset (RON)
88
(sumber: pengujian di Lab. Kimia ITB)
2.9.2
Bioetanol dari Singkong Menurut Dr Ir Tatang H Soerawidjaja, dari Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung
(ITB), singkong salah satu sumber pati. Pati senyawa karbohidrat kompleks. Sebelum difermentasi, pati diubah menjadi glukosa, karbohidrat yang lebih sederhana. Untuk mengurai
pati, perlu bantuan cendawan Aspergillus sp. Cendawan itu menghasilkan enzim alfamilase dan gliikoamilase yang berperanmengurai pati menjadi glukosa alias gula sederhana. Setelah menjadi gula, baru difermentasi menjadi etanol. Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
18
BAB II Dasar Teori
1. Kelebihan bioetanol
Ramah lingkungan, emisi gas buang lebih baik
Bersifat detergensi
2. Kekurangan bioetanol
Nilai oktan lebih tinggi dari premium yaitu 115 sedangkan premium 88
Mengandung air yang dapat mengakibatkan korosi pada material logam dan reaksi kimin pada polimer .
Menurunkan nilai kalor
Konsumsi bahan bakar yang lebih tinggi
Tekanan uap rendah Tabel 2.2 Karakteristik bioetanol dari tanaman singkong
No
Kode Sampel
1
5% Bioetanol + 95% Premium
2
8% Bioetanol + 92% Premium
3
10% Bioetanol + 90% Premium
Nilai Kalor (Kalori/gr)
Nilai Kalor ( Joule/gr)
Massa Jenis
10.497,9146 43.734,3122
0,7970
10.483,4059
10.198,4292
43.673,8689 42.486,6560
0,7980
0,7997
(sumber: pengujian di Lab. ITB dan Poltekes Bandung 2012) 2.9.3 Pengaruh pemakaian ethanol terhadap unuk kerja mesin Mesin yang berbahan bakar alkohol secara teoritis akan memiliki unjuk kerja yang lebih tinggi atau minimal sama dengan yang berbahan bakar bensin. Hal ini disebabkan karena ethanol memiliki bilangan oktan yang lebih tinggi sehingga memungkinkan penggunaan rasio kompresi yang lebih tinggi pada motor bensin. Korelasi antara efisiensi dengan rasio kompresi berimplikasi pada fakta bahwa motor bensin berbahan bakar ethanol (sebagian atau seluruhnya) memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar bensin (Yuksel dkk, 2004) di sisi lain, Wulung (2009) melakukan penelitian tentang kinerja motor Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
19
BAB II Dasar Teori
bensin menggunakan bahan bakar campuran. Pada putaran rendah dihasilkan torsi minimum, torsi tersebut makin meningkat seiring peningkatan putaran poros motor. Dari penelitian
tersebut dapat disimpulkan bahwa torsi pada motor Ford 2271 E berbahan bakar campuran sebanyak 10% dapat meningkatkan nilai oktan tetapi nilai kalor menjadi lebih rendah dan
efisiensi pembakaran menurun sehingga torsi mengalami penurunan dari 35,95 Nm menjadi
33,39 Nm. Hal ini terjadi pula pada daya motor dengan putaran rendah memiliki daya 2,55
kW dan terus meningkat hingga maksimum 9,58 kW pada putaran 2800 rpm. Penambahan
ethanol pada bahan bakar akan meningkatkan nilai oktan dan temperatur penguapan tetapi nilai kalor bahan bakar semakin menurun.
2.9.4
Hubungan Kompresi dan Nilai Oktan
Gambar 2.7 Perbandingan Kompresi Mesin.
Perbandingan kompresi adalah perbandingan ruang yang tercipta di atas piston ketika berada di titik terendah atau bawah (TMB) dan tertinggi atau titik mati atas (TMA).kompresi berhubungan erat dengan bahan bakar yang akan di gunakan dan jika hal itu tidak terpenuhi maka gejala detonasi, ngelitik akan terjadi pada mesin. Sebagai acuannya adalah :
Semakin besar kompresi maka semakin membutuhkan bahan bakar beroktan tinggi.
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
20
BAB II Dasar Teori
Semakin besar nilai oktan maka semakin lambat titik bakarnya.
Semakin tinggi oktan yang di pakai melebihi ketentuan besar kompresi motor maka semakin banyak sisa/kerak bahan bakar yang tidak terbakar dalam silinder atau klep.
Semakin besar kompresi motor dan tanpa di ikuti oktan bahan bakarnya maka akan detonasi atau ngelitik.
Dari beberapa poin acuan di atas pemilihan bahan bakar yang tidak sesuai dengan kompresi akan menimbulkan tumpukan kerak atau ngelitik, jadi harus seimbang. Oleh karena ini adalah cara menentukan bahan bakar yang pas sesuai dengan tinggi kompresi. itu di bawah
Tabel 2.3 Tabel Perbandingan Kompresi dengan Kebutuhan Nilai Oktan
Perbandingan Kompresi
Kebutuhan Nilai Oktan
5:1
72
6:1
81
7:1
87
8:1
92
9:1
96
10:1
100
11:1
104
12:1
108
(sumber: tuningpedia.blogspot.com)
2.10
Parameter Kinerja Motor Bensin Kinerja motor bakar torak merupakan indikator yang menunjukkan tingkat
keberhasilan motor tersebut. Dalam mengkonversi energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar menjadi energi mekanik. Beberapa diantara parameter-parameter kinerja yang penting adalah: Daya poros (Ne). Konsumsi bahan bakar spesifik (Be). Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
21
BAB II Dasar Teori
Konsumsi bahan bakar (mf)
Tekanan efektif rata-rata (Pe) Effisiensi Thermal (ηt)
Energi bahan bakar (Ebb) 2.10.1 Daya Poros Efektif (Ne)
Pada motor bakar torak, daya yang berguna adalah daya poros efektif, karena poros tersebut yang menggerakan beban. Daya poros efektif adalah perkalian antara besarnya beban
atau torsi (T) dengan putaran mesin (N). untuk menghitung daya poros dipakai sebuah alat
yang dinamakan dynamometer alat tersebut dihubungkan ke poros mesin yang diapaki untuk mengukur momen putar, putaran mesin (N) yang diukur dengan menggunakan tachometer.
Dengan mengetahui besarnya beban atau torsi (T) dan putaran mesin (N), maka daya poros dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: Ne = T x ω (kW) =
. π
(kW)
Dimana: Ne= daya poros efektif, (kW) T = momen putar, (Nm) N = Putaran poros engkol, (rpm) ω = kecepatan sudut, (rad/s) 2.10.2 Tekanan Efektif rata-rata (Pe) Tekanan efektif rata-rata adalah suatu tekanan tertentu yang apabila mendorong torak sepanjang langkahnya dapat menghasilkan kerja yang besarnya sama dengan kerja yang dilakukan mesin tersebut. Jadi, tekanan efektif rata-rata sama dengan kerja persiklus dibagi volume langkah kerja per silinder. Pe = =
.
(kPa)
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
22
BAB II Dasar Teori
Dimana:
Ne
= daya poros
VL
= volume langkah torak
L
= panjang langkah torak
Z
= jumlah silinder
n
= putaran porol engkol
a
= π/4 d 2 x L, d= diameter silinder
= jumlah siklus persilinder
= ½ (untuk motor 4 langkah)
2.10.3 Konsumsi Bahan Bakar (mbb) Konsumsi bahan bakar adalah, penggunaan bahan bakar persatuan waktu, pemakaian ini sangat bergantung dari massa jenis bahan bakar. Semakin kecil konsumsi bahan bakar persatuan waktu maka kemungkinan penghematan bahan bakar akan semakin baik.
mbb
= V x ρbb x 3600 (kg/jam) t = 50 x 10-3 ρ bb x 3600 t
dimana: V
= volume injeksi bahan bakar = 50 mL
ρbb
= berat jenis bensin = 0,7329 (g/ml)
ρbb
= berat jenis bioetanol = 0,7449 gram/mL
t
= waktu injeksi bahan bakar/second
2.10.4 Pemakaian Bahan Bakar Spesifik (Be) Pemakaian bahan akar spesifik adalah ukuran ekonomi banyaknya bahan bakar yang dipakai setiap jam untuk menghasilkan 1 satuan daya motor (kW). Dalam hal ini pemakaian bahan bakar spesifik dapat dihitung dengan rumus: Be
=
(kg/kW jam)
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
23
BAB II Dasar Teori
Dimana:
mbb
= konsumsi bahan bakar
Ne
= daya poros
2.10.5 Effisiensi mekanik/termal (ηt)
Makin besar efisiensi mekanik/termal maka kinerja dari motor bensin akan semakin baik. ηm
= Ne x 3600 x 100 % dimana:
mbb x LHV
mbb
=
Ne
= daya poros
konsumsi bahan bakar
LHV = nilai kalor bahan bakar
Jurusan Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung 2012
24
