DESAIN SISTEM PENGGUNAAN KOMBINASI BAHAN BAKAR (SOLAR - LPG) DAN PENGUKURAN KINERJANYA UNTUK MOTOR BAKAR DIESEL
WILIANDI SAPUTRO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar - LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2016
Wiliandi Saputro NIM F14120088
ABSTRAK WILIANDI SAPUTRO. Desain Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar - LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel. Dibimbing oleh DESRIAL. Liquid Petroleum Gas (LPG) merupakan salah satu bahan bakar gas yang dapat digunakan sebagai bahan bakar pada motor diesel dengan cara mengkombinasikannya dengan bahan bakar solar. Penelitian ini bertujuan untuk mendesain sistem penggunaan kombinasi bahan bakar (solar - LPG) dari variasi pembukaan katup pada regulator, serta menganalisis kelayakan penggunaan kombinasi solar – LPG sebagai bahan bakar motor diesel dengan perbandingan harga antara hanya menggunakan solar dengan kombinasi solar – LPG. Hasil penelitian menyatakan bahwa penggunaan bahan bakar LPG berdasar bukaan katup pada regulator dapat dilakukan mulai pada bukaan 20%, 25%, 30%, 35%, hingga 40%. Pengujian konsumsi bahan bakar menggunakan LPG dapat menghemat bahan bakar solar sebesar 0.7 liter/jam (tanpa beban) dan 1.14 liter/jam (menggunakan beban). Kecepatan motor yang dihasilkanpun meningkat hingga 300 rpm. Hasil dari kontur simulasi CFD menunjukan percampuran LPG yang paling baik dan merata terjadi pada bukaan 30% dengan hasil rata-rata campuran 0.064. Dari sisi ekonomi penggunaan kombinasi bahan bakar (solar – LPG) tidak direkomendasikan pada daerah yang dekat dengan area SPBU dikarenakan lebih mahal. Namun, penggunaan kombinasi bahan bakar ini sangat direkomendasikan pada remote areas di Indonesia yang menghasilkan total biaya konsumsi bahan bakar yang lebih murah. Kata kunci: CFD, LPG, kombinasi bahan bakar, motor diesel, solar.
ABSTRACT WILIANDI SAPUTRO. Systems Design and Performance Test of Fuel Combination (Diesel Fuel – LPG) for Diesel Engine. Supervised by DESRIAL. Liquid Petroleum Gas (LPG) is one of gas fuel can be used as fuel for diesel engine with combination (diesel fuel-LPG) technique. Purpose of this study is to make a design of the systems use fuel combination and regulator opener variation with economic engineering analysis that fuel combination (diesel fuel-LPG) as fuel of diesel engine with comparison use diesel fuel only and combination fuel. The simulation is done by Solidworks Computation Fluid Dynamic tool (CFD) to know how the contour formation between LPG and air. Result of this study that LPG injection based on valve opener at regulator that started at 20%, 25%, 30%, 35%, until 40%. Performance test of fuel consumption using LPG can save the diesel fuel about 0, 7 ltr/hour (without load) and 1, 14 ltr/hour (Load). Diesel engine revolution increase almost 300 rpm, it’s faster than use diesel fuel only. Result of CFD contour simulation showing the best combination at opener 30% with the combination average number about 0.064. Based on economically using the fuel combination (diesel fuel – LPG) is not recomended in near SPBU areas because more expensive. However, using the fuel combination highly recomended in the remote areas in Indonesia that resulted total fuel consumption cost is cheaper. Key words: CFD, diesel engine, diesel fuel, fuel combination application, LPG.
DESAIN SISTEM PENGGUNAAN KOMBINASI BAHAN BAKAR (SOLAR - LPG) DAN PENGUKURAN KINERJANYA UNTUK MOTOR BAKAR DIESEL
WILIANDI SAPUTRO
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2016
PRAKATA Puji dan syukur dipanjatkan ke hadapan Allah SWT atas karunia-Nya sehingga penelitian ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul “Desain Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar – LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel” telah dilaksanakan di Lab. “Siswadhi Soepardjo”, pada bulan Mei 2016 sampai September 2016. Dengan telah selesainya penelitian ini , penulis ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Kedua orang tua dan sanak saudara yang telah memberikan dukungan secara moril dan materiil kepada penulis. 2. Dr. Ir. Desrial, M.Eng., selaku dosen pembimbing skripsi atas bimbingan dan arahan kepada penulis selama ini. 3. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si dan Ir. Agus Sutejo, M.Si. selaku dosen penguji yang memberikan saran dan arahan dalam penyempurnaan skripsi ini. 4. Para teknisi (Pak Udin, Pak Parma, Pak Wana, Mas Firman, Pak Darma dan Pak Andri), atas bantuannya selama penelitian di lapangan. 5. Bob Andri, Irsyad, Iswadi, Yunan, Andriyana, Diang, Oza, Roziqin, Fauzan, Danov, dan seluruh teman-teman TMB angkatan 49 yang membantu penulis selama penelitian. 6. Semua pihak yang telah ikut membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satupersatu. Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca, penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih ada kekurangan, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan.
Bogor, Desember 2016
Wiliandi Saputro
vii
DAFTAR ISI DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ ix PENDAHULUAN ................................................................................................ 1 Latar Belakang .................................................................................................. 1 Perumusan Masalah ........................................................................................... 1 Tujuan Penelitian ............................................................................................... 2 TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 2 Motor Diesel ...................................................................................................... 2 Solar................................................................................................................... 3 Liquefied Petroleum Gas (LPG) ........................................................................ 3 Dual Fuel System (Solar – LPG) ....................................................................... 4 Computational Fluid Dynamic (CFD) .............................................................. 4 METODE PENELITIAN ...................................................................................... 5 Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................................... 5 Alat dan Bahan Penelitian ................................................................................. 5 Tahapan Penelitian ............................................................................................ 6 PENDEKATAN RANCANGAN ....................................................................... 16 Analisis Rancangan Fungsional ...................................................................... 16 Analisis Rancangan Struktural ........................................................................ 17 HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 18 Analisis Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) ............................... 18 Uji Pembukaan Katup Regulator ..................................................................... 24
viii Uji Konsumsi Bahan Bakar ............................................................................. 24 Uji Kecepatan Putar Motor .............................................................................. 28 Analisis Ekonomi ............................................................................................. 31 SIMPULAN DAN SARAN................................................................................. 38 Simpulan .......................................................................................................... 38 Saran ............................................................................................................... 38 DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 39 RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. 66
DAFTAR TABEL 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Data komposisi LPG (BP Migas 2012) Spesifikasi regulator yang digunakan Nilai masing-masing bukaan katup Rancangan fungsional pengujian Hasil pengujian pembukaan katup regulator LPG Data perhitungan ekonomi Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada harga solar standar Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada harga solar standar Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada remote areas Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada remote areas
34 11 12 16 24 31 32 33 35 36
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5 6 7 8
Diagram P-v dan Diagram T-s siklus ideal diesel 22 Penggunaan CFD dalam mengetahui kontur campuran volume bahan 34 bakar (Septiansyah 2013) Diagram alir penelitian 56 Konsep desain alat ukur konsumsi solar 78 Desain dan instalasi alat ukur konsumsi gas LPG 89 Tampilan LCD pada alat ukur ventury digital 10 Hasil pabrikasi alat ukur konsumsi bahan bakar solar 10 Pemberian tanda persen bukaan katup pada regulator 12
ix 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
Gambar teknik mixer LPG Sketsa instalasi mixer LPG pada engine Layout pengujian kerja Mixer hasil pabrikasi dan desain digunakan dalam simulasi CFD Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak samping) Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak atas) Tekanan dalam mixer pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD Kecepatan aliran pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD Massa jenis pencampuran LPG dan udara pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD Segitiga perilaku api ( Kelvin et al. 2015) Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan tanpa beban pada kecepatan motor 2000 rpm Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan menggunakan beban pada kecepatan motor 2000 rpm Fuel air ratio (F/A ratio) Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan tanpa beban Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan menggunakan beban 2000 watt Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban pada harga solar standar Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunakan beban harga solar standar Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban pada remote areas Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunkan beban pada remote areas
13 14 15 18 19 20 21 22 23 25 26 27 28 29 30 32 34 35 37
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Spesifikasi motor diesel Dong Feng R-180 Perhitungan rasio LPG - udara Perhitungan diameter port yang digunakan Analisis teknik mixer Perhitungan laju aliran dan intake volumetric satu kali intake Perhitungan debit konsumsi bahan bakar solar dan LPG Perhitungan ekonomi Data pengujian kinerja motor Gambar teknik mixer pencampur udara - LPG Dokumentasi penelitian
41 42 44 45 46 47 53 62 64 65
x
1
PENDAHULUAN Latar Belakang Dalam sepuluh tahun terakhir, konsumsi BBM (Bahan Bakar Minyak) nasional mengalami peningkatan yang signifikan. Saat ini, penggunaan BBM oleh masyarakat mencapai lebih dari 1.5 juta barel per hari (SKK Migas 2015). Berdasarkan BPPT (2016), pada tahun 2014 konsumsi energi final menurut jenis selama tahun 2000-2014 masih didominasi oleh BBM. Konsumsi jenis bensin sebesar 45.5%, minyak solar 45.2%, avtur 6.3%, dan minyak tanah serta minyak bakar masing-masing sebesar 1.5%. Oleh karena itu, kini penggunaan bahan bakar alternatif terutama pada mesin pembakaran dalam telah menjadi objek yang menarik untuk terus dikembangkan. Penggunaan bahan bakar alternatif tidak bisa lepas dari dua masalah global yaitu ketersediaan minyak mentah yang terus menurun dan masalah emisi gas buang yang semakin memprihatinkan. Usaha yang kini terus dilakukan yaitu mengembangkan bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menurunkan emisi gas buang serta biaya bahan bakar yang relatif rendah. Salah satu upaya untuk menjawab permasalahan tersebut yaitu dengan menggunakan bahan bakar ganda. Penggunaan bahan bakar ganda khususnya bagi para petani dan nelayan di Indonesia telah banyak dimanfaatkan, terutama kombinasi antara solar dengan LPG (Liquified Petroleum Gas) untuk bahan bakar penggerak bertenaga diesel. Namun, kendala yang dihadapi yaitu perbandingan komposisi campuran gas dan udara yang masuk ke ruang pembakaran dilakukan secara tidak tepat. Perbandingan komposisi yang tidak tepat tersebut dilakukan dengan pembukaan katup aliran gas pada regulator yang dilakukan secara coba-coba. Sehingga mempengaruhi kinerja, performa, dan efisiensi mesin yang pada akhirnya akan mempengaruhi biaya bahan bakar yang harus dikeluarkan. Berdasarkan permasalahan tersebut, pada penelitian ini akan ditentukan suatu desain sistem penggunaan kombinasi bahan bakar ganda (solar – LPG) untuk motor bakar bertenaga diesel. Penggunaan analisis biaya dilakukan untuk mengetahui perbandingan biaya yang dikeluarkan jika menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya dan jika menggunakan kombinasi bahan bakar ganda. Simulasi pencampuran udara dan LPG yang dilakukan adalah simulasi aliran fluida untuk mengetahui kontur pencampuran dari setiap range penentuan bukaan katup.
Perumusan Masalah Dalam penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG diperlukan studi ilmiah dalam perbandingan komposisi bahan bakar diantara keduanya, karena masalah yang terjadi di masyarakat saat ini adalah penggunaan yang sebatas mencoba tanpa adanya dukungan data yang ilmiah. Perbandingan biaya dari segi ekonomi akan menjawab pertanyaan benar atau tidaknya menggunakan kombinasi bahan bakar LPG jauh lebih murah dibanding hanya menggunakan solar, tentunya dengan data dan analisis yang mendukung.
2 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah mendesain sistem penggunaan kombinasi bahan bakar (solar - LPG) dari variasi pembukaan katup pada regulator, serta menganalisis kelayakan penggunaan kombinasi solar – LPG sebagai bahan bakar motor diesel dengan perbandingan harga antara hanya menggunakan solar dengan kombinasi solar – LPG.
TINJAUAN PUSTAKA
Motor Diesel Motor diesel biasanya disebut juga “motor penyalaan - kompresi” (“compression - ignition engine”) oleh karena penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi (Arismunandar 1993). Pembakaran merupakan suatu reaksi kimia yang melibatkan kombinasi bahan bakar dan oksigen untuk menghasilkan panas dan produk pembakaran. Konsep pembakaran pada motor diesel udara dikompresi ke temperatur di atas temperatur auto ignition dari bahan bakarnya (175°C sampai 370°C), kemudian pembakaran dimulai saat bahan bakar yang diinjeksikan kontak dengan udara panas tersebut.
Gambar 1 Diagram P-v dan Diagram T-s siklus ideal diesel Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada volume konstan (Cengel & Boles 2006). Siklusnya seperti pada diagram P-v dan T-s diatas (Gambar 1). Siklus tersebut terdiri dari empat buah proses berantai yang reversible secara internal. Proses 1-2 isentropik, 2-3 penambahan kalor. Pada siklus diesel, kalor dipindahkan pada tekanan konstan. Proses 3-4 ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume konstan, dimana kalor keluar dari udara ketika piston berada pada titik mati bawah.
3 Solar Bahan bakar solar adalah fraksi minyak bumi yang mendidih pada suhu sekitar 175°C sampai 370°C dan digunakan sebagai bahan bakar motor diesel. Salah satu sifat bahan bakar solar yang terpenting adalah kualitas penyalaan. Kualitas penyalaan bahan bakar solar berhubungan dengan kelembapan penyalaan. Kualitas penyalaan bahan bakar solar dinyatakan dalam angka cetan. Angka cetan bahan bakar solar dengan kecepatan tinggi mempunyai harga antara 40 – 60 (Hardjono 2000). Karakteristik bahan bakar motor diesel (solar) yaitu: a. Volatilitas (penguapan) Penguapan adalah sifat kecenderungan bahan bakar untuk berubah fasa menjadi uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang rendah menandakan tingginya penguapan. Makin rendah suhu ini berarti makin tinggi penguapannya. b. Titik Nyala Titik nyala adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat menimbulkan uap yang dapat terbakar ketika disinggungkan dengan percikan atau nyala api. Nilai titik nyala berbanding terbalik dengan penguapan. c. Viskositas Viskositas menunjukan resistansi fluida terhadap aliran. Semakin tinggi viskositas bahan bakar, semakin sulit bahan bakar itu diinjeksikan. Peningkatan viskositas juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan bahan bakar tersebut bercampur dengan udara. d. Kadar Sulfur Kadar sulfur dalam bahan bakar solar yang berlebihan dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran.
Liquefied Petroleum Gas (LPG) Liquefied Petroleum Gas (LPG) atau lebih dikenal dengan elpiji adalah gas minyak bumi yang dicairkan pada suhu biasa dan tekanan sedang, sehingga elpiji dapat disimpan dan diangkut dalam bentuk cair dalam bejana dengan satuan tekanan. Komponen elpiji di Indonesia yang diproduksi Pertamina didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10) lebih kurang 99% dan selebihnya adalah gas pentana (C5H12) dan etana (C2H6). Elpiji memiliki nilai oktan sebesar 110, serta massa jenis bahan bakar sebesar 1.5 kg/m3 (Purnama 2010). Bahan bakar LPG mempunyai suhu penyalaan sendiri 500 °C, lebih tinggi dibanding bahan bakar diesel 245 °C (Yunianto 2008) . Tekanan uap elpiji cair dalam tabung sekitar 5.0 – 6.2 kg/cm2 (Swain 1983). Data komposisi molekus gas LPG secara detail dapat dilihat pada Tabel 1. Jika terjadi kebocoran, gas cenderung berada dibawah karena sifatnya yang lebih berat dari udara dan akan menempati permukaan tanah, yang apabila terkonsentrasi dapat berpotensi menyebabkan kebakaran. Merkeptan sulfur digunakan untuk mengindikasi kebocoran dengan cepat, merkeptan sulfur memiliki bau yang sangat menyengat dan mudah menguap.
4 Tabel 1 Data komposisi LPG Molekul Gas Komposisi (%) Propana (C3H8) 29.3 Butana (C4H10) 69.7 Pentana (C5H12) 0.62 Etana (C2H6) 0.38 Sumber: BP Migas (2012)
Berat Molekul Densitas (kg/m3) 44.09 1.88 58.1 2.48 72.15 626 30.07 1.26
Dual Fuel System (solar – LPG) Dual fuel system solar – LPG adalah sistem bahan bakar yang menggunakan dua jenis bahan bakar sekaligus di dalam bekerjanya motor penggerak yaitu solar – LPG melalui sedikit modifikasi mixer motor pada intake manifold dan menggunakan peralatan konversi LPG. LPG bercampur udara di mixer masuk ke dalam silinder motor penggerak, kemudian dikompresi di ruang bakar untuk selanjutnya terbakar bersama solar (Oktavin 2011).
Computational Fluid Dynamic (CFD) Menurut Heng (2008), software CFD memungkinkan penggunanya untuk membuat virtual prototype dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan menerapkan kondisi nyata di lapangan. Software CFD akan memberikan data-data, gambar-gambar, atau kurva-kurva yang menunjukkan dari performansi keandalan sistem yang akan didesain. Hasil analisis CFD umumnya berupa prediksi kualitatif meski terkadang kuantitatif (bergantung pada data yang dimasukkan). Sebuah perangkat lunak CFD dapat memberikan kemudahan dalam mengsimulasikan perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa, reaksi kimia, serta aliran fluida seperti tampak pada Gambar 2.
Gambar 2 Penggunaan CFD dalam mengetahui kontur pencampuran volume bahan bakar (Septiansyah 2013)
5
METODE PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2016 sampai dengan September 2016. Studi pustaka, pembuatan konsep desain dan gambar kerja dilakukan pada bulan Maret – Mei 2016. Pembuatan prototipe dan pengujian dilakukan dari bulan Mei – Agustus 2016. Selang waktu tersebut juga digunakan untuk perbaikan dan penyempurnaan prototipe. Tempat pembuatan alat konsumsi bahan bakar, mixer LPG, serta pengujian dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo. Desain gambar teknik dilakukkan di Engineering Design Studio (EDS), Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: 1. Gerinda 2. Las karbid 3. Mesin bubut 4. Mesin bor 5. Jangka sorong 6. Penggaris 7. Set kunci pas 8. Motor diesel 9. Multimeter 10. Tachometer 11. Regulator tekanan tinggi 12. Selang bahan bakar 13. Komputer 14. Software Solid works 15. Lampu halogen 2000 watt 16. Busur 17. Generator 18. CFD simulation Solid works Bahan Bahan yang digunakan pada penelitian ini meliputi: 1. LPG 3 Kg 2. Solar 3. Besi 4. Timah (solder) 5. Lem campur
6 Tahapan Penelitian Mulai Identifikasi masalah Merumuskan kriteria rancangan alat ukur konsumsi bahan bakar : Solar Gas LPG Pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar Solar
Uji fungsional prototipe
Tidak
Ya Pengembangan dan merumuskan perhitungan persen (%) bukaan katup pada regulator tekanan tinggi dan mixer LPG Data pendukung
Gambar teknik dan simulasi mixer LPG
Pembuatan prototipe mixer LPG Ya Uji fungsional katup dan prototipe mixer LPG
Pengujian dan pengukuran kinerja motor bakar Analisis dan pengolahan data Selesai Gambar 3 Diagram alir penelitian
Tidak
7 Identifikasi Masalah Penggunaan LPG sebagai bahan bakar di Indonesia mulai banyak digunakan, terutama pada sektor pertanian dan perikanan. Dalam penggunaannya terdapat kendala yang dihadapi, Budiyanto (2012) menyatakan kendala penggunaan bahan bakar ganda khususnya pada beban menengah dan tingkat subtitusi yang tinggi sebagai akibat dari peningkatan delay propagasi pengapian adalah akibat campuran miskin bahan bakar udara-gas, yang dalam kondisi seperti ini berakibat tidak sempurnanya pembakaran dan atau lebih banyak bahan bakar gas yang tidak terbakar dibanding aplikasi bahan bakar petrodiesel murni. LPG yang digunakan sebagai bahan bakar harus mempertimbangkan debit yang masuk ke dalam ruang pembakaran. Pertimbangan tersebut didasarkan pada katup regulator yang dibuka, sehingga saat berada pada mixer gas LPG memiliki komposisi ideal dimana udara juga memliki proporsi dalam proses pembakaran yang berlangsung. Karena komposisi LPG berlebih dibanding udara akan menyebabkan pembakaran yang tidak sempurna dan engine akan mati dengan sendirinya. Oleh sebab itu harus dilakukan penelitian terhadap proporsi gas LPG yang masuk ke ruang pembakaran berdasarkan bukaan katup regulator yang digunakan. Sehingga memungkinkan LPG dijadikan bahan bakar dengan mengetahui debit serta performansi engine yang dihasilkan. Analisis ekonomi dilakukan untuk mengetahui total biaya yang harus dikeluarkan saat menggunakan kombinasi bahan bakar atau hanya menggunakan solar sepenuhnya. Perumusan Rancangan Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar a) Alat ukur konsumsi bahan bakar solar Konsumsi bahan bakar solar pada engine dilakukan dengan menggantikan saluran bahan bakar dari tangki solar yang ada pada motor bakar diesel ke dalam sebuah wadah yang transparan. Dengan demikian penurunan jumlah bahan bakar dapat diamati. Wadah ini kemudian akan disebut sebagai alat ukur konsumsi bahan bakar. Alat ukur konsumsi bahan bakar yang digunakan terdiri dari selang plastik transparan, botol minuman, corong kaca, selang bahan, dan keran bahan bakar. Botol plastik digunakan sebagai penampung sementara sehingga bahan tidak cepat habis selama mesin dinyalakan, pemilihan botol plastik yang digunakan adalah botol plastik transparan dengan tujuan agar dapat mengetahui volume bahan bakar pada botol sewaktu-waktu harus diisi kembali. Botol dilubangi pada bagian atas dan bagian bawah untuk menyambungkan botol dengan selang ukur (bagian atas botol) dan selang menuju ruang bakar (bagian bawah botol) menggantikan saluran bahan bakar dari tangki motor, sehingga solar di dalam botol mengalir ke ruang pembakaran. Diantara lubang bawah botol dan selang diberikan keran agar sewaktu-waktu tidak digunakan solar dapat ditutup. Botol dan selang di sambung dan ditutup dengan campuran lem “Dextone” yang cukup banyak untuk menghindari adanya kebocoran pada sambungan. Desain alat ukur konsumsi bahan bakar solar dibuat menggunakan software CAD Solidworks yang dapat dilihat pada Gambar 4.
8
Gambar 4 Konsep desain alat ukur konsumsi solar Alat ukur panjang yang digunakan berupa kertas putih yang dijadikan background dan penggaris sepanjang 60 cm yang diletakkan diatasnya kemudian diikat dengan tali tis. Lalu selang diletakkan disamping mistar, sehingga dapat diketahui penurunan solar yang terjadi. Selang digunakan untuk mengamati kecepatan penurunan volume bahan bakar selama pengujian konsumsi bahan bakar. Selang ini dipasang tegak lurus sehingga penurunan volume bahan bakar dapat diamati. Ukuran selang yang digunakan adalah diameter luar 10 mm, dengan ketebalan dinding 3.5 mm berdasarkan pengukuran dengan jangka sorong. Dengan demikian diameter dalam selang adalah 6.5 mm. Karena dimensi selang yang bermacam-macam dan belum diketahui volume selang dalam ketinggian 1 cm, maka untuk mengetahui volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm harus dihitung menggunakan rumus berikut: a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm : 1
𝑉 = (4 𝜋 × 𝑑2 ) × ℎ
(1)
Keterangan : 𝑉 = Volume selang (ml) 𝜋 = 3.14 𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm) ℎ = tinggi, 1 cm 1
𝑉 = (4 × 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2 ) × 1 𝑐𝑚 𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 10 ml.
9 b. Laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm : 𝑄=
𝑉
(2)
𝑡
Keterangan : 𝑄 = laju aliran bahan bakar (ml/s) 𝑉 = volume selang dalam ketinggian 30.5 cm (ml) 𝑡 = waktu untuk penurunan permukaan 30.5 cm (s) c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam maka laju aliran bahan bakar dikonversi dengan persamaan : 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙 × (3600 𝑠/1000 𝑚𝑙)
(3)
𝑠
b) Alat ukur konsumsi gas LPG LPG adalah bahan bakar berwujud gas, oleh karena itu pengukuran konsumsi bahan bakar tidak seperti solar atau bahan bakar lainnya. Sifat fisik bahan bakar gas yang memiliki nilai spesifik grafity dibawah udara menyebabkan tidak dapat menggunakan metode penimbangan. Hal tersebut mewujudkan adanya pembuatan alat ukur debit gas dengan output berupa tekanan (Pa) dan debit (l/min). Alat ini dibuat dengan menggunakan prinsip venturi untuk mendapatkan nilai debit. Alat ukur konsumsi gas LPG terdiri dari regulator LPG tekanan tinggi, tabung gas LPG, mikrokontroler dan LCD, tabung venturi, sensor tekanan, dan selang bahan bakar gas yang instalasinya dapat dilihat seperti pada Gambar 5.
Mikrokontroler dan LCD (tekanan dan debit)
Selang bahan bakar gas Regulator tekanan tinggi
Tabung venturi
Tabung LPG 3 kg
Sensor tekanan
Gambar 5 Desain dan instalasi alat ukur konsumsi gas LPG
10 Hasil tampilan output pada tampilan LCD terdiri dari tekanan dan debit dapat dilihat pada Gambar 6. Dibuat dengan menggunakan sensor perbedaan tekanan MPX5050dp dan Mikrokontroler Atmega 8535 sehingga dapat diubah kenilai debit menggunakan persamaan venturi dengan skema pemrograman tertentu (Septiansyah 2013).
Gambar 6 Tampilan LCD pada alat ukur venturi digital Pembuatan Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Solar Pembuatan dari prototipe alat ukur konsumsi bahan bakar dilakukan secara manual, dengan bahan rangka kayu dan memiliki tinggi 2 meter. Dimensi alat ukur konsumsi bahan bakar solar adalah 30 cm x 20 cm x 200 cm. Motor penggerak dengan dudukannya memiliki ketinggian 100 cm, oleh karena itu dengan tujuan agar solar dapat mengalir ke saluran bahan bakar maka ketinggian botol penampung dari tanah adalah 110 cm. Pembuatan dilakukan di Bengkel Metanium Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB. Hasil pembuatan alat konsumsi bahan bakar solar dapat dilihat pada Gambar 7.
Pengukur ketinggian permukaan bahan bakar
Selang transparan
Botol penampung Keran on - off
Selang bahan bakar
Gambar 7 Hasil pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar solar
11 Pengujian Fungsional Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Solar Uji fungsional dilakukan dengan mengisi wadah botol dengan solar dan menyambungkan selang bahan bakar ke lubang pemasukan bahan bakar pada motor. Kemudian motor dinyalakan dan dilihat penurunan solar yang terjadi. Pengecekan kebocoran juga dilakukan pada bagian lubang yang telah di rekatkan/diberi lem. Di dalam pengisian bahan bakar solar ke dalam wadah botol penampung sementara harus dilakukan secara perlahan agar bahan bakar solar tidak tumpah karena diameter corong yang digunakan kecil mengikuti diameter selang pada alat ukur konsumsi bahan bakar solar. Perhitungan Persen (%) Bukaan Katup Regulator gas yang digunakan adalah regulator tekanan tinggi dengan spesifikasi seperti pada Tabel 2 : Tabel 2 Spesifikasi regulator yang digunakan Spesifikasi Regulator Jenis Regulator Merk / Type Kapasitas Aliran Gas ( kg/h) Tekanan Keluar ( kg/cm2) Tekanan Masuk ( kg/cm2) Kapasitas Tabung LPG ( kg)
Keterangan Regulator tekanan tinggi Winn gas / W 181 M 0-6 0-2 0.7 - 20 3 - 12
Sebelum menentukan range pembukaan katup LPG, terlebih dahulu ditentukan derajat maksimum saat katup dibuka penuh. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan busur, dengan cara menempatkan busur pada titik saat katup dalam keadaan tertutup. Saat katup dalam keadaan tertutup (gas tidak dapat dialirkan melalui regulator) pada bagian leher keran regulator diberikan tanda menggunakan cat putih. Tanda yang diberikan berupa garis lurus vertikal sejajar dengan keran regulator yang digunakan. Selanjutnya keran regulator diputar hingga katup terbuka penuh (100%). Didapatkan bahwa keran berputar mengulangi tanda titik awal (cat putih) sebanyak tiga kali ulangan putar ditambah 120° sisa bukaan, dimana satu kali pengulangan sebesar 360°. Artinya total pembukaan katup hingga keadaan terbuka maksimum adalah 1200. Total pembukaan katup = (360°×jumlah putaran penuh) + sisa derajat putaran
(4)
Kemudian dilakukan penentuan range 5% hingga 100% dengan cara total nilai bukaan penuh katup dikalikan dengan range % (persen) bukaan katup, maka didapat nilai derajat untuk range tersebut adalah sebagai berikut. Setelah didapatkan nilai derajat untuk masing-masing range bukaan katup, dengan menggunakan kertas putih yang telah diberikan nilai range lalu direkatkan pada leher regulator.
12 Tabel 3 Nilai masing-masing bukaan katup Persen (%) Bukaan Katup Nilai (°) 5
60
10
120
15
180
20
240
25
300
30
360
35
360 + 60
40
360 +120
45
360 +180
50
360 + 240
55
360 + 300
60
360 + 360
65
360 + 420
70
360 + 480
75
360 + 540
80
360 + 600
85
360 + 660
90
360 + 720
95
360 + 780
100
360 + 840
Lalu masing-masing nilai diberikan tanda menggunakan kertas yang diberi nilai pada bagian leher regulator seperti pada Gambar 8. Nilai persen (%) bukaan katup
Gambar 8 Pemberian tanda persen bukaan katup pada regulator
13 Analisis Teknik Mixer LPG Analisis teknik dilakukan untuk mengetahui kecepatan aliran udara dengan desain yang dibuat pada leher mixer pada kecepatan motor maksimum, sehingga pencampuran antara udara dan LPG dapat berlangsung dengan baik. Perhitungan yang digunakan antara lain laju intake volumetric, kecepatan aliran udara pada leher mixer, luas penampang leher mixer, dan debit dalam satu kali intake. Mixer LPG ini memiliki panjang total 50 mm, diameter lubang bagian depan disamakan dengan diameter saluran saringan udara, yaitu 28 mm. Diameter bagian belakang sama dengan diameter intake manifold pun terhitung 28 mm. Serta diameter lubang LPG disamakan dengan diameter keran bahan bakar sebagai pengatur on – off yaitu 14 mm. Gambar Teknik Mixer LPG Gambar teknik mixer dilakukan setelah perhitungan teknis. Proses gambar teknik dilakukan dengan menggunakan bantuan Computer Aided Design (CAD) oleh piranti lunak Solidworks 2016. Hasil gambar teknik mixer LPG dapat dilihat pada Gambar 9.
a. Gambar teknik tampak 2 dimensi b. Gambar teknik tampak 3 dimensi Gambar 9 Gambar teknik mixer LPG Simulasi CFD Simulasi CFD dilakukan untuk melihat kontur campuran LPG dan udara dari pendekatan hasil teoritis dengan pengaturan bukaan katup regulator. Simulasi CFD ini menggunakan software CAD Solidworks yang di dalamnya terdapat menu flow simulation yang memungkinkan pengguna untuk melakukan simulasi CFD. Dalam melakukan simulasi CFD diperlukan beberapa penginputan parameter yang akan dijadikan boundary conditions dalam simulasi kali ini. Pada awalnya kita memilih sistem unit SI yang akan digunakan project ini. Type analysis yang digunakan adalah internal flow. Konsep internal flow adalah aliran dalam suatu wadah atau aliran yang dibatasi oleh permukaan. Karena analysis type yang digunakan adalah internal flow maka kita dapat mengabaikan exclude cavities without conditions, sehingga proses running tidak membutuhkan memori yang terlalu besar. Selanjutnya penginputan project fluids yang digunakan terdiri dari air (gases), butane (gases), dan propane (gases). Penggunaan butana dan propana karena komponen LPG yang diproduksi Pertamina didominasi oleh molekul gas tersebut lebih kurang 99%. Jenis aliran yang digunakan adalah aliran
14 turbulen yang memiliki nilai bilangan Reynold (Re) > 4000. Pada default wall thermal condition, parameter yang digunakan adalah adiabatic wall, dimana wall akan terisolasi sempurna. Ini karena kita tidak mempertimbangkan panas konduksi dalam solid, dan kita memiliki pilihan untuk mendefinisikan nilai panas konduksi untuk permukaan yang kontak dengan fluida saja. Sebuah boundary condition diperlukan sebagai jalan masuk atau keluar fluida pada sistem CFD dan dapat ditetapkan sebagai pressure, mass flow, volume flow, atau velocity. Engineering goals adalah parameter yang ditekankan dalam output. Pada dasarnya adalah merupakan cara untuk menyampaikan ke proses perhitungan flow simulation sehingga mengurangi waktu untuk mencapai solusi yang konvergen. Engineering goals dapat diatur dalam global domain (global goals). Dalam volume domain (volume goals), di daerah surface domain (surface goals), atau point domain (point goals). Selanjutnya, flow simulation dapat mempertimbangkan rata-rata nilai, nilai maksimum atau nilai minimum untuk tujuan tertentu. Dalam project kali ini parameter engineering goals yang ditekankan diantaranya pressure, velocity, volume fraction (air - LPG), dan density. Pembuatan Mixer LPG Pembuatan dari prototipe mixer dilakukan secara manual tanpa adanya pencetakan komponen secara tepat dan presisi. Bahan yang digunakan adalah besi pipa dengan diameter dalam lubang 28 mm, tebal 7.5 mm, dan panjang 50 mm. Pabrikasi dilakukan di Bengkel Metanium Siswadhi Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB. Pengujian Fungsional Mixer LPG Instalasi dilakukan dengan cara menyambungkan bagian depan mixer dengan lubang saringan udara dan bagian belakang mixer dengan intake manifold pada engine. Lubang pada bagian tengah mixer disambungkan dengan selang pemasukan gas LPG. Selanjutnya motor diesel dinyalakan, pembukaan keran pada regulator di buka, hingga motor dapat hidup dalam keadaan stabil. Apabila motor bakar hidup dalam keadaan tidak stabil maka perlunya pengulangan pada proses perumusan konsep perancangan hingga motor yang diuji hidup dalam keadaan stabil. Instalasi mixer LPG yang ditempatkan pada saluran udara dapat dilihat pada Gambar 10.
Selang pemasukan gas LPG
Mixer LPG
Gambar 10 Sketsa instalasi mixer LPG pada engine
15 Pengujian dan Pengukuran Kinerja Motor Bakar Pengujian dilakukan dalam dua tahap yaitu 1) pengujian yang dilakukan tanpa menggunakan beban dan 2) pengujian yang dilakukan dengan menggunakan beban, berupa lampu halogen dengan daya 2000 watt. Kecepatan motor yang digunakan sebesar 2000 rpm, dengan mencoba terlebih dahulu perlakukan yang dapat digunakan saat pembukaan katup setiap kelipatan 5 % (5 % – 100 %). Pengukuran konsumsi bahan bakar solar dilakukan dengan cara menghitung waktu yang dibutuhkan setiap penurunan 10 ml solar menggunakan stopwatch. Pengukuran konsumsi gas LPG dilakukan dengan menggunakan alat ukur debit gas dengan range pembukaan katup LPG yang bervariasi. Alat ukur konsumsi bahan bakar solar
LPG 3 kg
Generator
Lampu halogen 2000 watt
Alat ukur konsumsi gas LPG Engine Gambar 11 Layout pengujian kerja
Pengukuran kecepatan motor diakukan disetiap pembukaan katup gas LPG dengan beban dan tanpa beban menggunakan tachometer. Pengulangan dilakukan sebanyak tiga kali disetiap pembukaan persen katup gas LPG dengan layout kerja penelitian seperti pada Gambar 11. Analisis dan Pengolahan Data Analisis yang akan dilakukan setelah pengujian adalah analisis perbandingan konsumsi bahan bakar antara solar dan LPG dengan menggunakan beban dan tanpa menggunakan beban pada kecepatan motor 2000 rpm, hasil uji kecepatan motor dengan variasi pembukaan persen katup regulator dengan beban dan tanpa beban, waktu konsumsi bahan bakar solar dengan perlakuan variasi pembukaan katup regulator dengan beban dan tanpa beban. Serta analisis dari segi ekonomi yaitu perbandingan harga antara menggunakan solar 100% dengan menggunakan kombinasi bahan bakar solar - LPG. Analisis CFD juga akan digunakan untuk mengetahui kontur pencampuran yang terjadi antara udara dengan bahan bakar LPG dari setiap range bukaan katup yang dilakukan. Analisis CFD menggunakan Solidworks software, selain dapat melihat kontur pencampuran yang terjadi dengan software ini dapat ditentukan pencampuran yang terbaik berdasarkan data yang diperoleh dari hasil simulasi
16 PENDEKATAN RANCANGAN
Analisis Rancangan Fungsional Berdasarkan kriteria rancangan mixer dibuat dengan bagian-bagian yang terdiri dari flens, badan selongsong, serta keran gas, alat ukur konsumsi bahan bakar solar dibuat dengan bagian-bagian seperti selang plastik transparan, botol, corong, selang bahan bakar, rangka, corong, dan keran bahan bakar, alat ukur konsumsi gas dibuat dengan bagian-bagian seperti venturi, sensor perbedaan tekanan, mikrokontroler, serta tampilan LCD. Penjelasan fungsi dari masing-masing komponen dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Rancangan fungsional pengujian Komponen
Flens
Badan selongsong Keran gas Selang plastik transparan
Botol 250 ml Corong Rangka Sensor perbedaan tekanan Mikrokontroler Venturi LCD
Rancangan Fungsional Flens atau dudukan merupakan bagian yang menghubungkan selongsong dengan motor dan saringan udara serta menjaga agar selongsong diam pada tempatnya. Sebagai penghubung udara dengan gas LPG dan tempat terjadinya pencampuran keduanya. Menutup dan membuka aliran gas saat digunakan dan tidak digunakan. Untuk mengamati kecepatan penurunan volume bahan bakar selama pengujian konsumsi bahan bakar. Sebagai penampung sementara sehingga bahan bakar tidak cepat habis selama mesin dinyalakan. Mempermudah pemasukan solar ke dalam alat ukur konsumsi bahan bakar. Penegak atau penopang komponen lain seperti botol, selang, keran, dll. Untuk membaca dan mengetahui nilai tekanan yang mengalir selama pengujian berlangsung. Untuk mengontrol suatu proses atau aspekaspek dari lingkungan. Mampu menyalurkan campuran gas LPG dan udara ke dalam silinder serta mampu menjaga tekanan saat proses intake (Septiansyah 2013). Menapilkan hasil output dari proses yang terjadi.
17 Analisis Rancangan Struktural Analisis struktural diperlukan untuk mengetahui kecepatan aliran udara dengan desain yang dibuat pada leher mixer tidak melebihi 150 m/s pada kecepatan motor maksimum (Mitzlaff 1988), sehingga pencampuran antara udara dan LPG dapat berlangsung dengan baik. Perhitungan diameter leher mixer agar kecepatannya tidak melebihi batas tersebut, maka harus dihitung laju intake volumetric menggunakan persamaan 5 (Siripornakarachi 2007): 𝐷×𝑁
𝑉𝑖 = 2000 ×𝑚𝑎𝑥 60
(5)
Keterangan : 𝑉𝑖 = Laju intake volumetric (m3/s) 𝐷 = Kapasitas silinder motor (liter) 𝑁𝑚𝑎𝑥 = Kecepatan putar motor maksimum (rpm) Diameter leher mixer dibuat sama dengan diameter lubang intake manifold yaitu sebesar 28 mm, tidak dibuatkannya venturi dikarenakan gas LPG yang masuk sudah bertekanan tinggi sehingga tidak diperlukannya venturi sebagai peningkatan laju tekanan pada leher mixer. Namun demikian, juga harus dianalisis bahwa aliran udara yang masuk tidak melebihi 150 m/s pada kecepatan motor maksimum. Memastikan kecepatan aliran udara di dalam leher mixer tidak melebihi batas, maka kecepatan dihitung dengan persamaan 6 (Mitzlaff 1988). 𝑉
𝑣 = 𝐴𝑣𝑖
(6)
Keterangan : 𝑣 = Kecepatan aliran udara pada leher mixer (m/s) 𝑉𝑖 = Laju intake volumetric (m3/s) 𝐴𝑣 = Luas penampang leher mixer (m2/s) Luas penampang leher mixer dapat dihitung menggunakan persamaan 7 (Mitzlaff 1988). 𝐴𝑣 =
𝜋𝑑2 4
(7)
Keterangan : 𝐴𝑣 = Luas penampang leher mixer (mm2/s) 𝑑 = Diameter leher mixer (m) Menggunakan asumsi putaran motor maksimum 2600 rpm dan diameter leher mixer sebesar 28 mm, didapatkan laju intake volumetric motor sebesar 0.0871 m3/s dan kecepatan udara pada leher mixer sebesar 141.62 m/s, atau dalam 1 kali intake ialah 4.467 x 10-3 m3/s dan 4.46 m/s yang artinya desain mixer LPG ini masih layak untuk dibuat. Perhitungan yang lebih jelas dapat dilihat pada Lampiran 4 dan 5.
18
HASIL DAN PEMBAHASAN Liquefied Petroleum Gas (LPG) merupakan salah satu bahan bakar berbentuk gas yang dapat diterapkan ke dalam motor diesel terutama pada Dong Feng/R-180. Perlunya beberapa analisis dalam pemanfaatan LPG didalam penerapannya. Analisis tersebut berupa pembukaan katup regulator yang diizinkan, debit pemasukan gas, kecepatan aliran udara di dalam mixer, serta analisis perbandingan harga pemakaian solar dan kombinasi solar – LPG. Hal tersebut dapat memaksimalkan penggunaan kombinasi bahan bakar, serta menetukan kelayakan penggunaan kombinasi solar -LPG sebagai bahan bakar motor diesel.
Analisis Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) Berikut ini merupakan hasil pabrikasi dari mixer LPG (Gambar 12). Simulasi CFD akan menggunakan desain mixer seperti pada gambar 12 yang telah dilakukan beberapa analisis untuk menentukan diameter inlet dan outlet dari mixer.
Gambar 12 Mixer hasil pabrikasi dan desain digunakan dalam simulasi CFD Dalam menentukan pertimbangan kondisi batas untuk persen (%) bukaan katup 20 hingga 40 persen pada simulasi kali ini, maka didasarkan pada beberapa penginputan parameter seperti tekanan atmosfer, tekanan LPG, serta debit masuknya gas LPG setiap variasi bukaan. Pendekatan simulasi dilakukan dengan cara penginputan data input tekanan atmosfer sebesar 101325 Pa pada lubang inlet udara dan penginputan tekanan LPG pada lubang inlet LPG sebesar 201260 Pa (20%), 218080 Pa (25%), 237239 Pa (30%), 260534 Pa (35%), dan 332549 Pa (40%). Selanjutnya data input debit LPG sebesar 0.000167 m3/s (20%), 0.0004 m3/s (25%), 0.00045 m3/s (30%), 0.000608 m3/s (35%), dan 0.000872 m3/s (40%) diletakan pada lubang pemasukan gas LPG pada mixer. Pendekatan CFD menghasilkan kontur pencampuran volume LPG dengan udara seperti pada Gambar 13 dan Gambar 14.
19
25%
20%
30%
35%
40%
Gambar 13 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak samping)
20
20%
25%
30%
35%
40% Gambar 14 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak atas).
21 Hasil dari kontur simulasi CFD menunjukan percampuran LPG yang paling baik dan merata terjadi pada bukaan 30% dengan hasil rata-rata campuran 0.064. Pendekatan simulasi CFD menghasilkan hasil pencampuran yang sama dengan hasil teoritis sebesar 0.064. Sementara itu hasil rata-rata pencampuran pada bukaan katup 20%, 25%, 35%, dan 40% sebesar 0.023, 0.056, 0.081, dan 0.108. Pencampuran LPG sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan tekanan aliran bahan bakar dan udara, selain itu faktor yang mempengaruhi adalah debit intake LPG yang masuk ke dalam mixer LPG. Pendekatan CFD menghasilkan kontur tekanan dalam mixer seperti pada Gambar 15.
Tampak Samping
Tampak Samping
Tampak Atas
Gambar 15 Tekanan dalam mixer pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD
22
Tampak Samping
Tampak Atas Gambar 16 Kecepatan aliran pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD Pada hasil simulasi CFD (Gambar 16) menunjukan pencampuran LPG dan udara dapat berlangsung dengan tepat apabila di daerah lubang pencampuran lebih kecil dibandingkan di daerah inlet LPG, apabila kecepatan inlet LPG lebih kecil dibandingkan di daerah pencampuran maka tidak akan terjadi pencampuran secara merata hingga keseluruh daerah mixer. Bukaan katup sangat mempengaruhi kecepatan di daerah inlet LPG, semakin besar bukaan katup maka semakin besar kecepatan di daerah inlet LPG. Kecepatan rata-rata inlet udara adalah 66.012 m/s, kecepatan rata-rata inlet LPG adalah 118.043 m/s, dan kecepatan rata-rata outlet adalah 86.937 m/s.
23 Percampuran yang merata menyebabkan adanya percampuran massa jenis di ruang mixer LPG. Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dihasilkan percampuran massa jenis rata-rata di daerah manifold connection sebesar 1.32 kg/m3. Pendekatan CFD menghasilkan kontur pencampuran massa jenis LPG dengan udara seperti pada Gambar 17.
Tampak Samping
Tampak Samping
Tampak Atas Gambar 17 Massa jenis pencampuran LPG dan udara pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD
24 Uji Pembukaan Katup Regulator Pengujian persen (%) pembukaan katup dilakukan untuk mengetahui dalam range 5 – 100 persen (dengan kelipatan 5%) pada pembukaan katup manakah pemasukan gas LPG dapat digunakan. Pengujian dilakukan dengan kecepatan motor 2000 rpm dengan hasil sebagai berikut, pada pembukaan katup gas LPG 5% alat ukur debit gas belum mendeteksi laju pengeluaran yang terjadi, pembukaan katup dinaikkan menjadi 10% dan 15% dengan hasil yang sama alat ukur debit gas belum mendeteksi laju pengeluaran yang terjadi. Selanjutnya pembukaan katup dinaikkan menjadi 20% dengan hasil alat ukur debit menunjukkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 10 liter/menit, pada pembukaan katup 25% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 24 liter/menit, pada pembukaan katup 30% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 27 liter/menit, pada pembukaan katup 35% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 36.57 liter/menit, pada pembukaan katup 40% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 52.43 liter/menit. Pada pembukaan katup sebesar 45% terjadi ledakan pada muffler yang sangat keras, tidak hanya terjadi sekali saat mencoba kembali terjadi ledakan hingga beberapa kali sehingga disimpulkan pembukaan katup yang dizinkan adalah 20 hingga 40 persen. Terjadinya ledakan tersebut ditandai dengan keluarnya api bewarna merah disertai suara dentuman yang sangat keras pada bagian muffler. Hal ini terjadi akibat melimpahnya komposisi gas LPG yang masuk ke ruang pembakaran, sehingga terjadinya pembakaran yang tidak sempurna. Padahal untuk menghasilkan pembakaran yang sempurna dibutuhkan campuran udara dan bahan bakar dalam takaran yang ideal. Hasil pengujian pembukaan katup regulator secara rinci dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Hasil pengujian pembukaan katup regulator LPG 0 Bukaan Katup (%)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
-
-
-
√
√
√
√
√
×
×
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
×
×
×
×
×
×
×
×
×
×
Keterangan : - : Belum keluar, √ : Diizinkan, × : Tidak diizinkan
Uji Konsumsi Bahan Bakar Uji konsumsi bahan bakar adalah pengujian yang dilakukan untuk mengetahui jumlah bahan bakar solar dan LPG yang dihabiskan selama pengujian. Pengujian dilakukan dengan dua perlakuan yaitu perlakuan tanpa beban dan perlakuan menggunakan beban lampu halogen 2000 watt.
25 Didalam mesin, bahan bakar dibakar oleh campuran udara dan LPG. Udara kering merupakan campuran berbagai gas yang memiliki komposisi representatif 23.3% oksigen, 78.09% nitrogen, dan sisanya berupa argon, CO2, neon, helium, metana, dan gas lainnya. Dengan diinjeksikannya LPG maka campuran memiliki gas tambahan seperti butana (C4H10) dan propana (C3H8) selebihnya adalah gas pentana (C5H12). Pada pembakaran, oksigen merupakan komponen reaktif dari udara. Sebelum diinjeksikan ke ruang pembakaran, campuran udara dan bahan bakar LPG di mixer terlebih dahulu. Gas propana, butana, dan pentana yang memiliki persentase komposisi sebesar 29.3%, 69.7%, dan 1% (Anton 2013) direaksikan dengan oksigen sehingga didapatkan rasio LPG dengan udara secara teoritis sebesar 1 : 15.52 (Lampiran 2). Udara dan LPG dikompresi pada tekanan 30 kg/cm2 – 35 kg/cm2 dan diatas temperatur auto ignition bahan bakar solar sebesar 245 ºC dimana titik temperatur terendah bahan bakar solar berada. Saat kompresi temperatur naik secara perlahan sampai mencapai titik bakarnya lalu solar diinjeksikan, partikel bahan bakar solar dikabutkan halus dan bersinggungan dengan udara – LPG dimana temperatur mencapai titik nyala LPG sebesar 500 ºC dan terjadilah ledakan atau yang disebut dengan langkah kerja atau usaha. Proses pembakaran (ignition point) bermula dari pembakaran yang terjadi oleh bahan bakar solar yang menghasilkan suhu melebihi dari titik nyala LPG dan selanjutnya diikuti dengan bahan bakar LPG sehingga kedua bahan bakar tersebut terbakar pada langkah power. Berdasarkan segitiga perilaku api (Gambar 18), oksigen adalah salah satu komponen dari proses pembakaran oleh karena itu kaitannya dengan pembakaran pada motor diesel sangat penting. Motor diesel yang tidak tersuplai oksigen maka tidak akan terjadi proses pembakaran. Energi yang dihasilkan akan jauh lebih besar karena nilai kalor LPG dan solar sebesar 10920 kkal/kg dan 10917 kkal/kg sehingga tenaga yang dihasilkan motor diesel akan lebih besar dibandingkan dengan hanya menggunakan solar dalam waktu yang sama.
Gambar 18 Segitiga perilaku api ( Kelvin et al. 2015)
26
0,8
3,5
0,7
3
0,6
2,5
0,5 2 0,4 1,5 0,3 1
0,2
Debit Gas LPG (m³/h)
Debit Solar (liter/jam)
Perlakuan Tanpa Beban Pada pengujian konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban terlihat pada Gambar grafik 19, bahwa debit konsumsi solar mengalami penurunan seiring dengan penambahan jumlah gas yang diinjeksikan ke motor diesel. Salah satu hal yang dapat mempengaruhi hal ini adalah flame speed dari LPG yang terlampau lebih tinggi dari pada solar sendiri, dimana flame speed dari LPG adalah 82 cm/s dan untuk solar hanya 30 cm/s (Sitorus 2002).
0,5
0,1 Solar
Gas LPG
0
0 0
20
25
30
35
40
Bukaan Katup (%)
Gambar 19 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan tanpa beban pada kecepatan motor 2000 rpm Dengan kemampuan flame speed LPG yang sangat cepat ini menyebabkan pembakaran dalam mesin tidak membutuhkan solar atau bahan bakar terlalu banyak untuk membuat RPM tetap stabil. Hal ini dapat ditunjukan dengan perbandingan udara dan solar 22:1(Dayang 2011), dengan adanya LPG dapat menggesar ratio udara dan bahan bakar solar kearah F/A (air fuel ratio) yang lebih rendah atau dengan kata lain bahan bakar yang dibutuhkan untuk nyala mesin yang stabil lebih sedikit, yang disebabkan rentang nyala LPG yang lebih luas dibanding solar. Dengan demikian LPG akan membuat ratio semakin lebar untuk titik tertingginya dan terendahnya (Andrea 2004). Konsumsi solar terbesar terjadi saat pengujian menggunakan solar 100% konsumsi solar yang dibutuhkan per jamnya mencapai 0.75 liter. Konsumsi solar terkecil terjadi saat pengujian pada pembukaan katup 40% sebesar 0.054 liter/jam. Sementara itu konsumsi gas LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% mencapai 3.14 m3/h, dan konsumsi gas LPG terkecil terjadi pada pembukaan katup 20% sebesar 0.6 m3/h.
27
1,4
3,5
1,2
3
1
2,5
0,8
2
0,6
1,5
0,4
1
0,2
Debit Gas LPG (m³/h)
Debit Solar (Liter/Jam)
Perlakuan Menggunakan Beban Pada pengujian konsumsi bahan bakar menggunakan beban, digunakan dua buah lampu halogen yang masing-masing memiliki daya sebesar 1000 watt kemudian lampu dirangkai secara paralel sehingga dayanya menjadi 2000 watt. Hasil pengujian menggunakan beban terlihat pada Gambar grafik 20. Hal ini dapat menjelaskan setelah gas LPG di injeksi ke mesin melalui saluran udara, terjadi penghematan kosumsi solar seiring dengan pembukaan katup LPG yang semakin besar.
0,5 Solar
Gas LPG
0
0 0
20
25
30
35
40
Bukaan Katup (%)
Gambar 20 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan menggunakan beban pada kecepatan motor 2000 rpm Pada kondisi pembebanan yang sama (pada beban 2000 watt), terlihat penurunan konsumsi bahan bakar solar yang signifikan. Sementara itu seiring besarnya pembukaan katup, kenaikan konsumsi bahan bakar LPG semakin besar. Pada pembakaran dalam mesin, semakin tinggi beban yang diberikan pada engine maka kontrol laju alir pemasukan bahan bakar akan semakin cepat dan besar. Hal inilah yang menyebabkan peningkatan konsumsi solar terlihat jelas. Konsumsi solar terbesar terjadi saat pengujian menggunakan solar 100% konsumsi solar yang dibutuhkan per jamnya mencapai 1.241 liter. Konsumsi solar terkecil terjadi saat pengujian pada pembukaan katup 40% sebesar 0.097 liter/jam. Sementara itu konsumsi gas LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% mencapai 3.14 m3/h, dan konsumsi gas LPG terkecil terjadi pada pembukaan katup 20% sebesar 0.6 m3/h. Konsumsi bahan bakar akan semakin meningkat dengan demakin besarnya putaran. Pada sistem pembakaran dalam mesin, saat beban dinaikkan maka kerja piston yaitu mendorong dan menghisap akan lebih cepat atau dengan kata lain butuh ledakan dari pembakaran yang bisa mendorong piston lebih cepat yang artinya
28 butuh bahan bakar yang lebih banyak (Suyanto 1989). Hal inilah yang menyebabkan semakin banyak terjadi penghematan saat penggunaan kombinasi bahan bakar LPG dan solar pada beban yang besar. High point
Low point F/A ratio (1/22)
F/A ratio
Tanpa Beban Low point F/A ratio (>1/22)
High point F/A ratio
Dengan Beban Gambar 21 Fuel air ratio Fenomena Gambar 21 yang menyebabkan pada beban yang semakin besar maka LPG akan semakin berperan untuk menurunkan F/A lebih jauh, sehingga efisiensi bahan bakar solar makin terlihat jelas dibanding dengan pada beban kecil atau tanpa beban.
Uji Kecepatan Putar Motor Pengujian kecepatan motor dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui seberapa besar peningkatan kecepatan putar motor yang terjadi, dengan cara membandingkan pemakaian solar sepenuhnya dengan variasi pembukaan katup pada regulator. Kecepatan putar motor awalnya diatur pada 2000 rpm, selanjutnya akan diatur pembukaan katup pada 0%, 20%, 25%, 30%, 35%, dan 40%. Pada pengujian kali ini diberikan dua perlakuan yaitu perlakuan tanpa menggunakan beban dan perlakuan dengan menggunakan beban. Perlakuan Tanpa Beban Hasil pengujian kecepatan motor tanpa menggunakan beban terlihat seperti pada Gambar grafik 22, dapat diinformasikan berdasarkan grafik dengan kecepatan awal motor yang sama, penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG lebih menguntungkan karena dapat meningkatkan kecepatan motor hingga lebih dari 300 rpm. Naiknya rpm disebabkan oleh salah satu faktor yaitu, karena density LPG 1.5 kg/m3 jauh lebih rendah dari pada solar yaitu 820 kg/m3, maka LPG akan lebih mudah untuk bercampur dengan udara di intake manifold. Disaat putaran tinggi,
29 maka turbulensi aliran campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang pembakaran semakin meningkat. Karena kecepatan perambatan (flame speed) yang dimiliki LPG lebih besar yaitu 82 cm/s dibandingkan dengan solar yang hanya 30 cm/s maka rasio ekuivalen udara dan bahan bakar pada LPG akan memberikan efek yang besar terhadap kecepatan perambatan, tekanan pembakaran, dan durasi pembakaran. 2400
Kecepatan Putar Motor (rpm)
2337 2286
2300 2220
2200 2075
2100 2000
2015
2000
1900
1800 0
20
25
30
35
40
Bukaan Katup (%)
Gambar 22 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan tanpa beban Dengan kompresi tinggi yang sesuai dengan octane number LPG yaitu 110 dan ignition timing kondisi standar, maka diperoleh tekanan pembakaran yang tinggi sehingga menghasilkan penyaluran tenaga output pembakaran yang lebih besar, akibatnya ledakan yang dihasilkan juga semakin besar dan rpm yang dihasilkan akan meningkat. Secara teori peningkatan kecepatan putar motor mempengaruhi kenaikan daya motor. Daya motor merupakan salah satu parameter menentukan performa motor. Perbandingan perhitungan daya terhadap berbagai macam motor tergantung pada putaran mesin dan momen putar itu sendiri, semakin cepat putaran mesin, rpm yang dihasilkan akan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin besar, begitu juga momen putar motornya. Hal ini dapat dilihat saat penambahan bukaan katup LPG (mencapai 40%), kecepatan putar motor mengalami peningkatan hingga 300 rpm ini disebabkan oleh meningkatnya nilai kalor pada hasil pembakaran di ruang bakar. Nilai kalor yang tinggi akan menaikan kecepatan putar motor dan menaikan keluaran daya. Dengan demikian jumlah putaran (rpm) dan besarnya momen putar mempengaruhi daya motor yang dihasilkan sebuah motor. Peningkatan terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar 2337 rpm, lebih besar 300 rpm dibandingkan hanya menggunakan solar.
30 Perlakuan Menggunakan Beban Hasil pengujian kecepatan putar motor dengan menggunakan beban terlihat seperti pada Gambar grafik 23, bahwa terjadi penurunan kecepatan motor dibandingkan tanpa menggunakan beban. Namun terdapat perbedaan saat menggunakan solar sepenuhnya dan kombinasi bahan bakar. Saat hanya menggunakan solar kecepatan putar motor menurun menjadi 1883 rpm (selisih 130 rpm), berbeda saat pembukaan katup 30% yang memiliki selisih 91 rpm, dan pembukaan katup 40% yang memiliki selisih lebih kecil 69 rpm. Berdasarkan kecepatan putar motor, penggunaan kombinasi bahan bakar LPG – solar pada pembebanan yang sama lebih menguntungkan dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar. Karena dengan diinjeksikannya gas LPG akan dihasilkannya penyaluran tenaga output pembakaran yang lebih besar, akibatnya ledakan yang dihasilkan juga semakin besar dan rpm yang dihasilkan akan meningkat. Namun dalam pengaplikasiannya perlu diketahui pula bukaan katup yang menghasilkan kenaikan rpm terbesar walau pada pembebanan yang besar sekalipun. 2400 2313
Kecepatan Putar Motor (rpm)
2300 2220 2200 2129 2100 1992
2000 1883
1919
1900 1800 1700
rpm tanpa beban
rpm dengan beban
1600 1500 0
20
25
30
35
Bukaan Katup (%)
Gambar 23 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan menggunakan beban 2000 watt
40
31
Analisis Ekonomi Penggunaan LPG sebagai kombinasi bahan bakar motor diesel juga harus dikaji dari sisi ekonomi, tujuannya adalah untuk menentukan layak atau tidaknya LPG sebagai bahan bakar dalam pengujian kali ini. Analisis ekonomi dibagi menjadi dua yaitu berdasarkan pada daerah yang menggunakan harga solar standar Pertamina yang biasa di jual di SPBU dan remote areas (daerah-daerah terpencil) yang menggunakan harga eceran dari produsen yang jauh dari SPBU. Harga solar standar Pertamina yang digunakan yaitu Rp 5900/liter dan harga solar eceran yang digunakan yaitu Rp 20000,00/liter. Harga solar eceran ini merupakan harga eceran yang digunakan pada masyarakat di daerah Sandaran, Kabupaten Kutai Timur, Provinsi Kalimantan Timur. Desa-desa di wilayah kalimantan merupakan daerah yang jauh dari Stasiun Pengisian Bahan Bakar Umum (SPBU) karena jalan darat yang ekstrim dan jauh sehingga banyak warga yang membeli Bahan Bakar Minyak (BBM) dari produsen eceran yang terdapat di wilayah mereka. Harga solar di beberapa daerah di wilayah kalimantan tidaklah jauh berbeda, seperti di daerah Kotawaring Timur, Kalimantan Tengah harga solar yang dijual berkisar Rp 15000,00 – Rp 25000,00 per liter. Sementara harga LPG yang digunakan yaitu harga standar Pertamina untuk LPG isi ulang 3 kg sebesar Rp 16000,00 /tabung (BPMPTSP Kaltim 2015) . Berikut ini rincian data yang akan digunakan dalam perhitungan analisis ekonomi terlihat pada Tabel 6. Perhitungan volume LPG dan harga konsumsi LPG per meter kubik dapat dilihat pada Lampiran 7. Tabel 6 Data perhitungan ekonomi Spesifikasi
Nilai
Harga solar standar Pertamina (Rp/Liter)
5900
Harga solar remote areas (Rp/Liter)
20000
Harga satu tabung LPG 3 kg (Rp)
16000
Massa jenis LPG pada P = 101325 atm (kg/m³)
2
Volume LPG 3 kg (m³)
1.5
Harga konsumsi LPG (Rp/m³)
10666
Perlakuan Tanpa Beban Pada Harga Solar Standar Hasil analisis ekonomi perlakuan tanpa beban pada harga solar standar dapat dilihat pada Tabel 7, biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup 0% (solar sepenuhnya) sebesar Rp 4425,00 /jam, seiring dengan pembukaan katup LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya konsumsi solar mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan debit solar 0.054 liter/jam seharga Rp 319,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG seiring dengan penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan akan semakin
32 besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam. Tabel 7 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada harga solar standar Debit Bukaan Debit Biaya Biaya Gas Katup Solar Konsumsi Konsumsi Total Biaya (Rp/h) LPG (%) (ltr/jam) Solar (Rp/h) LPG (Rp/h) (m³/h) 0 0.75 0 4425 0 4425 20 0.507 0.6 2991 6400 9391 25 0.45 1.44 2655 15360 18015 30 0.094 1.62 555 17280 17835 35 0.085 2.19 502 23360 23862 40 0.054 3.14 319 33493 33812 Berdasarkan pada Gambar grafik 24, untuk mengoperasikan sebuah motor diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama yaitu 2000 rpm bahwasanya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG pada daerah yang menggunakan harga standar Pertamina memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Total biaya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp 9391,00 /jam, dan paling mahal terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp 33812,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total biaya sebesar Rp 4425,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 4966,00 per jamnya dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar-LPG pada bukaan katup 20%. 40000 33812
Total Biaya (Rp/jam)
35000 30000 23862
25000 18015
20000
17835
15000 9391
10000 5000
4425
0 0
20
Perlakuan (%) 25 30
35
40
Perlakuan (%)
Gambar 24 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban pada harga solar standar
33 Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG tanpa menggunakan beban pada daerah-daerah yang menggunakan harga solar standar Pertamina Pertamina tidak lebih menguntungkan dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Hal ini terlihat dari hasil analisis ekonomi kelima pembukaan katup yang telah dilakukan pengujian, dan dilihat dari grafik hasil analisis pengujian bahwasanya kelima pembukaan katup menunjukan total biaya yang lebih mahal dibanding menggunakan solar sepenuhnya oleh sebab itu penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG tidak direkomendasikan bagi masyarakat yang dekat dengan Stasiun Pengisian Bahan Bakar Umum. Namun dari segi penghematan konsumsi bahan bakar solar dan dari segi peningkatan kecepatan putar motor dapat dijadikan pertimbangan apabila ingin menggunakan kombinasi bahan bakar solar – LPG. Perlakuan Menggunakan Beban Pada Harga Solar Standar Hasil analisis ekonomi perlakuan menggunakan beban pada harga solar standar dapat dilihat pada Tabel 8, biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup 0% (solar sepenuhnya) sebesar Rp 7322,00 /jam, seiring dengan pembukaan katup LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya konsumsi solar mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan debit solar 0.097 liter/jam seharga Rp 572,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG seiring dengan penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan akan semakin besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam. Tabel 8 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada harga solar standar Debit Bukaan Debit Biaya Biaya Gas Katup Solar Konsumsi Konsumsi Total Biaya (Rp/h) LPG (%) (ltr/jam) Solar (Rp/h) LPG (Rp/h) (m³/h) 0 1.241 0 7322 0 7322 20 1.125 0.6 6638 6400 13038 25 1.09 1.44 6431 15360 21791 30 0.25 1.62 1475 17280 18755 35 0.236 2.19 1392 23360 24752 40 0.097 3.14 572 33493 34066 Berdasarkan pada Gambar grafik 25, untuk mengoperasikan sebuah motor diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama yaitu 2000 rpm bahwasanya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG pada daerah yang menggunakan harga standar Pertamina memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Total biaya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp 13038,00 /jam, dan paling mahal terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp 34066,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total biaya sebesar Rp 7322,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 5716,00 per jamnya dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar-LPG pada bukaan katup 20%.
34
40000 34066
35000
Total Biaya (Rp/jam)
30000 24752
25000
21791 18755
20000 15000 10000
13038 7322
5000 0 0
20
25
30
35
40
Perlakuan (%)
Gambar 25 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada harga solar standar Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG menggunakan beban pada daerah-daerah yang menggunakan harga solar standar Pertamina juga tidak lebih menguntungkan dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Selisih biaya yang dihasilkan saat menggunakan beban terlihat lebih tinggi dibanding tanpa menggunakan beban. Maka penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG tidak direkomendasikan bagi masyarakat yang dekat dengan Stasiun Pengisian Bahan Bakar Umum. Namun seperti tanpa menggunakan beban apabila ingin menggunakan kombinasi bahan bakar solar – LPG dari segi penghematan konsumsi bahan bakar solar dan dari segi peningkatan kecepatan putar motor dapat dijadikan pertimbangan. Perlakuan Tanpa Beban Pada Remote Areas Hasil analisis ekonomi perlakuan tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 9, biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup 0% (solar sepenuhnya) dengan debit sebesar 0.75 liter/jam sebesar Rp 15000,00 /jam, seiring dengan pembukaan katup LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya konsumsi solar mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan debit solar 0.054 liter/jam seharga Rp 1080,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG seiring dengan penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan akan semakin besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% dengan debit gas LPG 3.14 m³/h sebesar Rp 33493 /jam.
35 Tabel 9 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada remote areas Debit Biaya Biaya Bukaan Debit Gas Konsumsi Konsumsi Total Biaya Katup Solar LPG Solar LPG (Rp/h) (%) (ltr/jam) (m³/h) (Rp/h) (Rp/h) 0 0.75 0 15000 0 15000 20 0.507 0.6 10140 6400 16540 25 0.45 1.44 9000 15360 24360 30 0.094 1.62 1880 17280 19160 35 0.085 2.19 1700 23360 25060 40 0.054 3.14 1080 33493 34573 Berdasarkan pada Gambar grafik 26, untuk mengoperasikan sebuah motor diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama bahwasanya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar. Total biaya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp 16540,00 /jam, selanjutnya pada bukaan katup 25% sebesar Rp 24360,00 /jam. Total biaya konsumsi bahan bakar tertinggi terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp 34573,00/jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya hanya menghabiskan total biaya sebesar Rp 15000,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 1540,00 per jamnya dibanding menggunakan kombinasi bahan bakar pada bukaan katup sebesar 20%. 40000 34573
Total Biaya (Rp/jam)
35000 30000 25060
24360
25000
19160
20000 15000
16540
15000 10000 5000 25
0 0
20
25
30
35
40
Perlakuan (%)
Gambar 26 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban pada remote areas
36 Kombinasi bahan bakar solar – LPG tanpa menggunakan beban secara ekonomi tidak direkomendasikan untuk digunakan pada remote areas di Indonesia. Seperti bagi para petani dan nelayan yang berdomisili di wilayah-wilayah desa di daerah Kalimantan, Sulawesi, Sumatera, dan Papua yang harus mengeluarkan biaya yang lebih besar jika menggunakan kombinasi bahan bakar ini. Sementara sebagian besar mereka ingin membutuhkan biaya yang lebih sedikit dalam mengoperasikan motor diesel. Namun dikarenakan keunggulan dari sisi kecepatan putar motor serta mengurangi bahan bakar solar, maka LPG dapat dijadikan pertimbangan sewaktu-waktu sebagai sumber energi untuk bahan bakar motor diesel yang digunakan. Perlakuan Menggunakan Beban Pada Remote Areas Berikut ini merupakan hasil analisis ekonomi perlakuan dengan menggunakan beban, data secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 10. Adanya beban yang terpasang maka konsumsi bahan bakar yang digunakan juga akan semakin besar konsumsi bahan bakar mencakup konsumsi bahan bakar solar dan bahan bakar LPG dan nantinya akan mempengaruhi total biaya pengeluaran bahan bakar yang dihasilkan. Biaya konsumsi bahan bakar solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup 0% sebesar Rp 24820,00 /jam dengan debit 1.241 liter/jam, dan terkecil ditunjukan pada bukaan katup 40% sebesar Rp 1940,00 /jam dengan debit 0.097 liter/jam. Sementara biaya konsumsi bahan bakar LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam dengan debit gas LPG sebesar 3.14 m³/h. Tabel 10 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada remote areas Debit Biaya Bukaan Debit Biaya Gas Konsumsi Katup Solar Konsumsi Total Biaya (Rp/h) LPG Solar (%) (ltr/jam) LPG (Rp/h) (m³/h) (Rp/h) 0 1.241 0 24820 0 24820 20 1.125 0.6 22500 6400 28900 25 1.09 1.44 21800 15360 37160 30 0.25 1.62 5000 17280 22280 35 0.236 2.19 4720 23360 28080 40 0.097 3.14 1940 33493 35433 Jika dibandingkan tanpa menggunakan beban biaya pengeluaran solar yang dikeluarkan lebih besar, hal ini dipengaruhi oleh pembebanan yang diberikan. Pembebanan yang diberikan akan mempengaruhi kerja piston yang akan mendorong dan menghisap lebih cepat dibanding tanpa menggunakan beban atau dengan kata lain butuh ledakan dari pembakaran yang bisa mendorong piston lebih cepat. Artinya secara berkesinambungan akan membutuhkan bahan bakar solar yang lebih banyak selama motor diesel tersebut beroperasi.
37
40000
37160
35433
Total Biaya (Rp/jam)
35000 28900
30000 25000
28080
24820 22280
20000 15000 10000 5000 0 0
20
Perlakuan (%) 30
25
35
40
Perlakuan (%)
Gambar 27 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunakan beban pada remote areas Berdasarkan Gambar grafik 27, untuk mengoperasikan sebuah motor diesel dengan beban dan pada tingkat kecepatan motor yang sama bahwasanya penggunaan kombinasi bahan bakar solar - LPG memiliki total biaya yang lebih murah dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar. Total biaya penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 30% sebesar Rp 22280,00 /jam, selanjutnya pada bukaan katup 35% sebesar Rp 28080,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total biaya sebesar Rp 24820,00 /jam, artinya penggunaan kombinasi bahan bakar solar - LPG lebih hemat Rp 2540,00 per jamnya dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar. Dalam masyarakat pengaplikasian atau penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG dengan pembebanan pada motor diesel dapat dicontohkan bermacammacam, seperti dalam penggilingan padi (RMU), pembajakan tanah dengan traktor tangan, sumber tenaga pompa air untuk irigasi, menggerakkan perahu nelayan, penerangan lampu, penggerak mesin kompressor, penggerak riding tiller, penggerak generator pembangkit listrik, penggerak silinder untuk memadatkan tanah, penggerak pengaduk semen dan lain-lain. Dengan beragam pengaplikasian dan waktu pengoperasian yang lama, tentunya diinginkan pengeluaran biaya bahan bakar yang lebih murah. Maka penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG sangat direkomendasikan untuk diaplikasikan dalam mengatasi permasalahan yang ada dimasyarakat.
38
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Penerapan LPG sebagai bahan bakar dapat dilakukan secara langsung ke dalam motor diesel dengan cara mengkombinasikannya dengan bahan bakar solar. Dari sisi ekonomi penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG memiliki total biaya yang lebih tinggi dibanding menggunakan bahan bakar solar pada harga standar. Namun sangat direkomendasikan penggunaanya bagi masyarakat di remote areas. Penghematan terbesar terjadi pada bukaan katup 30%, sebesar Rp 2540,00 /jam dengan menggunakan beban. Hasil uji pembukaan katup pada regulator LPG yang dapat digunakan yaitu pembukaan katup 20%, 25%, 30%, 35%, dan 40%. Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG dapat meningkatkan kecepatan putar motor hingga lebih dari 300 rpm baik tanpa beban ataupun menggunakan beban. Pada pengujian konsumsi bahan bakar dengan menggunakan beban dan tanpa menggunakan beban debit konsumsi solar mengalami penurunan seiring dengan penambahan jumlah gas yang diinjeksikan bersama udara ke motor diesel. Hasil analisis simulasi CFD menunjukan percampuran yang paling baik dan merata terjadi pada bukaan 30% dengan hasil rata-rata campuran 0.064. Kecepatan aliran udara berdasarkan simulasi CFD (30%) pada inlet udara adalah 66.012 m/s, pada inlet LPG adalah 118.043 m/s, dan kecepatan pada outlet adalah 86.937 m/s. Hasil simulasi CFD (30%) untuk pencampuran massa jenis LPG dengan udara di daerah manofild conenection sebesar 1.32 kg/m3.
Saran 1.
2.
3. 4. 5.
Perlunya melakukan penelitian pada pembukaan katup antara 25% - 30% melihat perpotongan yang terjadi pada grafik konsumsi bahan bakar antara solar dan LPG. Perlunya melakukan pengukuran terhadap nilai daya, torsi, serta specifik fuel consumption motor, konsumsi bahan bakar LPG yang dihabiskan dengan cara menimbang tabung LPG sebelum dan sesudah pemakaian, serta pembebanan pada lampu halogen yang digunakan saat pengujian. Perlunya pengukuran emisi gas buang dari penggunaan kombinasi bahan bakar. Perlunya pengembangan terhadap alat uji debit gas untuk dilakukannya kegiatan perekaman dengan interval waktu yang ditentukan. Perlunya dilakukan penyuluhan ke masyarakat khususnya petani dan nelayan untuk pengguunaan bahan bakar LPG pada mesin-mesin pertanian dan perikanan yang menggunakan motor diesel.
39
DAFTAR PUSTAKA Andrea T.D, e.a. 2003. Investigating combustion enhancement and emissions reduction with the addition of 2H2 + 02 to a SI engine. SAE Paper. 2003320011. Arismunandar W & Tsuda K. 1993. Motor Diesel Putaran Tinggi. Pradaya Paramita: Jakarta. [BP Migas] Badan Pengelola Minyak dan Gas. 2012. Pemanfaatan LPG sebagai Bahan Bakar Sepeda Motor dan Karakteristik Minyak Lumasnya [internet]. [diunduh 2016 Agustus 2]. Tersedia pada: http:// www.skkmigas.go.id/publikasi/buletin. [BPMPTSP] Badan Penanaman Modal Dan Pelayanan Terpadu Satu Pintu. 2015. Laporan Akhir Dari Pekerjaan Kajian Peluang Investasi Provinsi Kalimantan Timur, Tahun Anggaran 2015. [diunduh 2016 November 28]. Tersedia pada: http://www. bppmd.kaltimprov.go.id [BPPT] Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. 2014. Outlook Energi Indonesia Tahun 2014. [diunduh 2015 November 12]. Tersedia pada: http://www. bppt.go.id. Budiyanto MA. 2012. Simulasi pembakaran mesin diesel bahan bakar ganda (solar - gas) [Tesis]. Depok (ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia. Cengel, Boles, et al. 2006. Thermodynamics: An Engineering Approach , 5th Ed. McGraw-Hill College: Boston. Dayang. 2011. Pengaruh perubahan compression ratio pada unjuk kerja motor diesel dengan bahan bakar gas [tugas akhir]. Surabaya (ID): Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi Sepuluh November. Hardjono A. 2000. Teknologi Minyak Bumi. Gadjah Mada University Press: Yogyakarta. Kelvin et al. 2015. Pemetaan lokasi kebakaran berdasarkan prinsip segitiga api pada industri textile. [paper]. Surabaya (ID): Departemen Teknik Industri, Fakultas Teknik, Sekolah Tinggi Teknik Surabaya. Mitzlaff K. 1988. Engines forBiogas. Eschborn: German Appropriate Technology Exchange. Hamburg (DE): GTZ GmbH. Purnama, NE. 2010. Studi perbandingan kinerja motor stasioner empat langkah satu silinder menggunakan bahan bakar gas LPG dan biogas [Skripsi]. Surabaya (ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh November. Rahardjo, Oktavian, dkk. 2011. Bahan Bakar Gas (CNG) Alternatif Pengganti BBM Kapal Perikanan. Balai Besar Pengembangan Penangkapan Ikan: Semarang. Septiansyah PL. 2013. Penerapan bahan bakar biogas pada motor bensin dengan modifikasi karburator dan variasi rasio kompresi [skripsi]. Bogor (ID): Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
40 Siripornakarachai S, Sucharitakul T. 2007. Modification and tuning of diesel bus engine for biogas electricity production. [paper]. Chiang Mai (TH): Faculty of Engineering, Chiang Mai University. Sitorus, TB. 2002. Tinjauan pengembangan bahan bakar gas sebagai bahan bakar alternatif [skripsi]. Medan (ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatra Utara. [SKK Migas] Satuan Kerja Khusus Pelaksana Kegiatan Usaha Hulu Minyak dan Gas Bumi. 2015. Laporan Tahunan 2015. [internet]. [diunduh 2015 November 12]. Tersedia pada: http:// www.skkmigas.go.id/publikasi/buletin Suyanto, Wardan. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta: DEPDIKBUD (Dinas pendidikan dan kebudayaan) Swain, JW. 1983. Used Oil Reclamation And Environmental Considerations. Florida: CRC Handbook of Lubrication Tu J, Heng YG, Liu C. 2008. Computational Fluid Dynamic: A Practical Approach. Oxford: ELSEVIER. Yunianto, B. 2008. Pengujian mesin diesel (genset) dengan sistem bahan bakar ganda [paper]. Semarang (ID): Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro.
41 Lampiran 1 Spesifikasi motor diesel Dong Feng R-180
Dong Feng R-180
Spesifikasi Merek/tipe Jumlah langkah Jumlah silinder Diameter x langkah Daya kontinyu Daya maksimum Volume silinder Rasio kompresi Bahan bakar Tipe pompa Sistem pembakaran Sistem pelumasan Tipe pompa pelumas Minyak pelumas Sistem pendinginan Sistem governor Dimensi Berat Starter
: : : : : : : : : : : : : : : : : : :
Dong Feng/R-180 4 langkah 1 silinder 80 mm x 80 mm 7 HP pada 2200 rpm 8 HP pada 2600 rpm 402 cc 21 Solar injeksi Bosch Indirect injection Tekanan dan percikan Trikoida SAE 30 Hopper Mekanik 658 mm x 341 mm x 463 mm 70 kg Engkol
42 Lampiran 2 Perhitungan rasio LPG – udara LPG yang dipasarkan Pertamina merupakan campuran antara 29.3% propana, 69.7% butana, dan 1% pentana (Anton 2013). Reaksi pembakaran yang terjadi adalah sebagai berikut. 1. Propana (C3H8) Reaksi pembakaran pada gas propana adalah: C3H8 + 5 O2 Mr C3 Mr H8
3 CO2 + 4 H2O
: 12 x 3 = 36 :1 x 8 = 8
Mr C3H8 :
= 44
Massa atom relatif (Mr) dari propana adalah 44 dan massa atom relatif (Mr) dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram propana membutuhkan oksigen sebanyak: =
5 × 𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛 𝑀𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎
=
5 ×32 44
= 3.64 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.3 %, maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg propana adalah: = 3.64 ×
100 = 15.67 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 23.2
2. Butana (C4H10) Reaksi pembakaran pada agas butana adalah: C4H10 + 6.5 O2 Mr C4 Mr H10
4 CO2 + 5 H2O
: 12 x 4 = 48 :1 x 10 = 10
Mr C4H10 :
= 58
Massa atom relatif (Mr) dari butana adalah 58 dan massa atom relatif (Mr) dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram butana membutuhkan oksigen sebanyak: =
6.5 × 𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛 𝑀𝑟 𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑎
=
6.5 ×32 58
= 3.58 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
43 Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.2% , maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg butana adalah: = 3.58 ×
100 = 15.46 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 23.2
3. Pentana (C5H12) Reaksi pembakaran pada agas butana adalah: C5H12 + 8 O2 Mr C5 Mr H12
5 CO2 + 6 H2O
: 12 x 5 = 60 :1 x 12 = 12
Mr C5H12 :
= 72
Massa atom relatif (Mr) dari pentana adalah 72 dan massa atom relatif (Mr) dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram pentana membutuhkan oksigen sebanyak: =
8 ×𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛 𝑀𝑟 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎
=
8 ×32 72
= 3.55 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.2% , maka udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 kg pentana adalah: = 3.55 ×
100 = 15.32 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 23.2
Jadi untuk membakar 1 kg LPG yang terdiri dari 29.32% propana, 69.7% butana, dan 1% pentana dibutuhkan udara sebanyak: = (29.3% x jumlah udara untuk membakar 1 kg propana) + (69.7% x jumlah udara untuk membakar 1 kg butana) + (1% x jumlah udara untuk membakar 1 kg pentana) = (29.3% x 15.67) + (69.7% x 15.46) + (1% x 15.32) = (4.59 + 10.77 + 0.15) = 15.52 kg udara Jadi rasio LPG – udara secara teoritis adalah 1:15.52
44 Lampiran 3 Perhitungan diameter port yang digunakan Luas penampang leher mixer: 𝐴𝑣 =
𝜋 × 𝑑2 4
(Mitzlaff 1988) 2
𝜋×(28) 4 𝐴𝑣 = 615.44 𝑚𝑚2 𝐴𝑣 =
Luas penampang mixer port pada rasio 1:15.52 𝐴𝐵 = 𝐴𝑉 ×𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛 1 𝐴𝐵 = 615.44 × 15.52 𝐴𝐵 = 39.65𝑚𝑚2 Diameter mixer port LPG dapat dihitung sebagai berikut: 4×𝐴 𝐷=√ 𝜋 4×39.65 𝐷=√ 𝜋 𝐷 = 7.1 𝑚𝑚 ≈ 7 𝑚𝑚 Maka diameter port yang digunakan adalah 7 mm.
45 Lampiran 4 Analisis teknik mixer 1.
Perhitungan laju intake volumetric untuk motor Dong Feng dengan kapasitas silinder 402 cc dan putaran maksimum pada 2600 rpm: 𝐷×𝑁
𝑉𝑖 = 2000 ×𝑚𝑎𝑥 60 0.402 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 × 2600𝑟𝑝𝑚
𝑉𝑖 =
2000 ×60
𝑉𝑖 = 2.
(Siripornakarachai 2007)
1045.2 1200
= 0.0871𝑚3 /𝑠𝑒𝑐
Leher mixer dibuat dengan ukuran 28 mm. Kecepatan aliran udara pada leher mixer tidak boleh melebihi 150 m/s pada putaran motor maksimum (Mitzlaff 1988). Maka: 𝑉
𝑣 = 𝐴𝑖
𝑣
𝑣=
𝑣𝑖 𝜋𝑑2 { } 4
𝑣=
0.0871 𝑚3 /𝑠 𝜋 ×(0.028)2 { } 4
𝑣=
0.0871 𝑚3 /𝑠 6.15 × 10−4 𝑚2
𝑣 = 141.62 𝑚/𝑠 < 150 m/s, maka masih bisa digunakan.
46 Lampiran 5 Perhitungan laju aliran dan intake volumetric satu kali intake Diketahui: 1. Putaran motor tertinggi (Dong Feng/R-180) 2. Jumlah langkah 3. Volume silinder
= 2600 rpm = 4 langkah = 402 cc = 402 cm3
𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖
Satu langkah intake = 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎ℎ 2600 4 = 650 𝑘𝑎𝑙𝑖 (𝑟𝑝𝑚) =
650 𝑟𝑝𝑚
𝑟𝑝𝑠 =
60
= 10.83 ≈ 11 𝑘𝑎𝑙𝑖
Waktu tempuh 1 (satu) kali langkah intake: 𝑡=
1 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎ℎ 𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 𝑟𝑝𝑠
𝑡=
1 11
𝑡 = 0.09 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 Debit pada saat intake: 𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 =
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛 (𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑐) 𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢ℎ
𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 =
402 0.09
𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 = 4466.67 (𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑐) = 4.46 𝑚/𝑠 Laju aliran udara ialah: 𝑉𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 =
𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 𝑣𝑖 =𝑣= 𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 𝐴𝑣
𝑣𝑖 4466.67 𝑐𝑚3 /𝑠𝑒𝑐 𝑣= = 𝜋𝑑 2 𝜋 ×(0.028)2 { 4 } { } 4 4466.67 𝑐𝑚3 } 6.15 𝑐𝑚2 𝑐𝑚 = 726.28 = 7.26 𝑚/𝑠 𝑠
𝑣𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 = {
7.26 m/s < 150 m/s (Menurut Mitzlaff (1988))
47 Lampiran 6 Perhitungan debit konsumsi bahan bakar solar dan LPG Perhitungan konsumsi debit bahan bakar solar: 1. Tanpa Beban (solar) a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm : 1
𝑉 = (4 𝜋×𝑑 2 ) ×ℎ Dimana : 𝑉 = Volume selang (ml) 𝜋 = 3.14 𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm) ℎ = tinggi, 1 cm 1
𝑉 = (4 × 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2 ) × 1 𝑐𝑚 𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 10 ml. b. Perhitungan laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm: 0% 𝑄=
𝑉 𝑡 10 𝑚𝑙
𝑄 = 48 𝑠𝑒𝑐 = 0.208𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 20% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.14 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 71 𝑠𝑒𝑐
25% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.125 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 80 𝑠𝑒𝑐
30% 𝑄=
𝑉 𝑡
48
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.026 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 379 𝑠𝑒𝑐
35% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.023 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 419 𝑠𝑒𝑐
40% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.015 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 659 𝑠𝑒𝑐
c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam maka laju aliran bahan bakar dikonversi . 0% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.208 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.75 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 20% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.14 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.507 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 25% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.125 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.45 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 30% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.026 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.094 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
49 35% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.023 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.085 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 40% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.015 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.054𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 2. Menggunakan Beban (solar) a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm : 1
𝑉 = (4 𝜋×𝑑 2 ) ×ℎ Dimana : 𝑉 = Volume selang (ml) 𝜋 = 3.14 𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm) ℎ = tinggi, 1 cm 1
𝑉 = (4 × 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2 ) × 1 𝑐𝑚 𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume bahan bakar sebesar 10 ml. b. Perhitungan laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm: 0% 𝑄=
𝑉 𝑡 10 𝑚𝑙
𝑄 = 29 𝑠𝑒𝑐 = 0.344 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 20% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.312 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 32 𝑠𝑒𝑐
50 25% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.303 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 33 𝑠𝑒𝑐
30% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.069 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 144 𝑠𝑒𝑐
35% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.065 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 152 𝑠𝑒𝑐
40% 𝑄=
𝑉 𝑡
𝑄=
10 𝑚𝑙 = 0.027 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐 361 𝑠𝑒𝑐
c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam maka laju aliran bahan bakar dikonversi . 0% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.344 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 20% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.312 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.125 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
25% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
51 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.303 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.09 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 30% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.069 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.25 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 35% 3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.065 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.236 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚 40% 3600 𝑠 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙)
3600 𝑠
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.027 𝑚𝑙/𝑠 × (1000 𝑚𝑙) 𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.097𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
Perhitungan konversi debit gas LPG dalam satuan m3/h: 20% = 10 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 10 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥 = 600 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 0.6 m3 /ℎ
1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 600 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 1 (60)
25% = 24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥 = 1440 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 1.44m3 /ℎ
1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 1440 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 1 (60)
30% = 27 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 27 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥 = 1620 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 1.62 m3 /ℎ
1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 1620 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 1 (60)
35% = 36.572 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 36.572 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥 = 2194 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 2.19 m3 /ℎ
1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 2194 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 1 (60)
52 40% = 52.436 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 52.436 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥 = 3146 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 3.14 m3 /ℎ
1 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 = 3146 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟⁄𝑗𝑎𝑚 1 (60)
53 Lampiran 7 Perhitungan ekonomi Data yang digunakan dalam perhitungan ekonomi adalah sebagai berikut: Spesifikasi
Nilai
Harga solar standar Pertamina (Rp/Liter)
5900
Harga solar remote areas/eceran (Rp/Liter)
20000
Harga satu tabung LPG 3 kg (Rp)
16000
Massa jenis LPG (kg/m³)
2
Volume LPG 3 kg (m³)
1.5
Harga konsumsi LPG (Rp/m³)
10666
1. Perhitungan massa jenis LPG: 0.0038×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶2 𝐻6 = 30.07 𝐶2 𝐻6 ] 0.293 ×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶3 𝐻8 = 44.09 𝐶3 𝐻8 ] 0.697 ×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶4 𝐻10 = 59.1 𝐶4 𝐻10 ] 0.0062×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶5 𝐻12 = 72.15 𝐶5 𝐻12 ] 1 kmol = 53.975 gr = 0.005397 kg/kmol R= 8.314 kj/kmol.ºk 8.314 𝑘𝑗 = 0.0053×1000 = 0.15404 𝑘𝑔.°𝑘 𝐽
= 154 𝑘𝑔.°𝑘 𝜌=
𝑃 𝑅𝑇
𝜌=
101325 𝑃𝑎 𝐽 154 ×300 º𝐾 𝑘𝑔. °𝑘
101325 𝑘𝑔/𝑚𝑠 2 𝜌= 𝑘𝑔 𝑚2 1 {154 . } × 300 º𝐾 𝑠 2 𝑘𝑔 º𝑘 𝜌 = 2.1
𝑘𝑔 ≈ 2 𝑘𝑔/𝑚3 𝑚3
54 2. Perhitungan volume LPG 3 kg. 𝑚 𝑣 𝑚 𝑣= 𝜌 𝜌=
3 𝑘𝑔 2 𝑘𝑔/𝑚3
𝑣=
𝑣 = 1.5 𝑚3 3. Harga konsumsi LPG per meter kubik. =
ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐿𝑃𝐺 3𝑘𝑔 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿𝑃𝐺 3 𝑘𝑔
=
16000 (𝑅𝑝) 1.5 (m3 )
= 10666 (
𝑅𝑝 m3
)
4. Contoh perhitungan biaya konsumsi solar yang digunakan pada remote areas. A. Tanpa Beban
0% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.75 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 15000 ( ) 𝑗𝑎𝑚
20% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.507 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 10140 ( ) 𝑗𝑎𝑚
25% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
55 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.45 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 9000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
30% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.094 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1880 ( ) 𝑗𝑎𝑚
35% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.085 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1700 ( ) 𝑗𝑎𝑚
40% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.054 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1080 ( ) 𝑗𝑎𝑚
B. Menggunakan Beban
0% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
56 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1.241 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 24820 ( ) 𝑗𝑎𝑚
20% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1.125 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 22500 ( ) 𝑗𝑎𝑚
25% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1.09 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 21800 ( ) 𝑗𝑎𝑚
30% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.25 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 5000 ( ) 𝑗𝑎𝑚
35% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.236 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
57
= 4720 (
𝑅𝑝 ) 𝑗𝑎𝑚
40% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 0.097 ( ) ×20000 ( ) 𝑗𝑎𝑚 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑅𝑝 = 1940 ( ) 𝑗𝑎𝑚
5. Perhitungan biaya konsumsi LPG yang digunakan (remote areas).
20% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 𝑚3 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( 3 ) ℎ 𝑚 3 𝑚 𝑅𝑝 = 0.6 ( ) ×10666 ( 3 ) ℎ 𝑚 𝑅𝑝 = 6400 ( ) ℎ
25% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 𝑚3 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( 3 ) ℎ 𝑚 3 𝑚 𝑅𝑝 = 1.44 ( ) ×10666 ( 3 ) ℎ 𝑚 𝑅𝑝 = 15360 ( ) ℎ
30% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 𝑚3 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( 3 ) ℎ 𝑚 3 𝑚 𝑅𝑝 = 1.62 ( ) ×10666 ( 3 ) ℎ 𝑚 𝑅𝑝 = 17280 ( ) ℎ
58
35% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 𝑚3 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( 3 ) ℎ 𝑚 3 𝑚 𝑅𝑝 = 2.19 ( ) ×10666 ( 3 ) ℎ 𝑚 𝑅𝑝 = 23360 ( ) ℎ
40% 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 𝑚3 𝑅𝑝 = 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 ( ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( 3 ) ℎ 𝑚 3 𝑚 𝑅𝑝 = 3.14 ( ) ×10666 ( 3 ) ℎ 𝑚 𝑅𝑝 = 33493 ( ) ℎ
6. Total biaya konsumsi bahan bakar yang digunakan (remote areas). A. Tanpa Beban
0% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 15000 ( ) + 0 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 15000 ( ) ℎ
20% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 10140 ( ) + 6400 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 16540 ( ) ℎ
59
25% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 9000 ( ) + 15360 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 24360 ( ) ℎ
30% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 1880 ( ) + 17280 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 19160 ( ) ℎ
35% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 1700 ( ) + 23360 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 25060 ( ) ℎ
40% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 1080 ( ) + 33493 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 34573 ( ) ℎ
A. Menggunakan Beban
0% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 24820 ( ) + 0 ( ) ℎ ℎ
60 𝑅𝑝 = 24820 ( ) ℎ
20% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 22500 ( ) + 6400 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 28900 ( ) ℎ
25% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 21800 ( ) + 15360 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 37160 ( ) ℎ
30% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 5000 ( ) + 17280 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 22280 ( ) ℎ
35% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 4720 ( ) + 23360 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 28080 ( ) ℎ
40% 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑅𝑝 𝑅𝑝 = 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 ( ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 ( ) ℎ ℎ
61 𝑅𝑝 𝑅𝑝 ) + 33493 ( ) ℎ ℎ 𝑅𝑝 = 35433 ( ) ℎ = 1940 (
62 Lampiran 8 Data Pengujian kinerja motor Data pengujian tanpa menggunakan beban Bukaan katup (%)
Ulangan
RPM awal
1 0
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
20
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
25
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
30
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
35
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
40
2
2000
3 Rata-rata
2000
RPM akhir
Debit LPG (liter/mnt)
Konsumsi solar/10 ml (sec)
2000
-
00.52.42
2000
-
00.42.14
2000
-
00.49.28
2000
-
00.48.08
2014
9.15
01.10.02
2017
9.35
01.11.46
2014
11.5
01.11.14
2015
10
01.11.01
2075
25.5
01.20.00
2078
23.9
01.22.16
2072
22.6
01.19.14
2075
24
01.20.30
2220
26.14
06.20.05
2218
30.27
06.18.50
2222
24.59
06.19.32
2220
27
06.19.29
2284
38.1
07.01.19
2284
31.65
06.51.09
2290
39.96
07.06.17
2286
36.57
06.59.35
2300
44.98
10.55.00
2330
55.81
11.03.24
2381
56.52
11.00.00
2337
52.4367
10.59.28
63 Data pengujian dengan menggunakan beban 2000 watt Bukaan katup (%)
Ulangan
RPM awal
1 0
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
20
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
25
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
30
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
35
2
2000
3 Rata-rata
2000 1
40
2
2000
3 Rata-rata
2000
RPM akhir
Debit LPG (liter/mnt)
Konsumsi solar/10 ml (sec)
1882
-
00.28.03
1883
-
00.30.15
1884
-
00.31.00
1883
-
00.29.46
1919
9.15
00.33.00
1918
9.35
00.32.18
1920
11.5
00.32.53
1919
10
00.32.44
1990
25.5
00.33.30
1992
23.9
00.34.00
1994
22.6
00.33.00
1992
24
00.33.30
2129
26.14
02.25.00
2128
30.27
02.24.53
2130
24.59
02.25.01
2129
27
02.24.58
2218
38.1
02.31.59
2220
31.65
02.32.00
2222
39.96
02.32.02
2220
36.57
02.32.00
2298
44.98
06.01.00
2329
55.81
06.01.07
2312
56.52
06.00.58
2313
52.4367
06.01.02
64 Lampiran 9 Gambar teknik mixer pencampur udara – LPG
65 Lampiran 10 Dokumentasi penelitian
66
RIWAYAT HIDUP Nama lengkap Wiliandi Saputro. Lahir di Sukoharjo, 26 Juli 1994 dari ayah Supangat dan Ibu Surati, sebagai putra pertama dari dua bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2012 dari SMA Negeri 1 Langsa dan pada tahun yang sama diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur SNMPTN undangan. Penulis memilih program studi Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama perkuliahan, penulis aktif mengikuti kepanitian dan organisasi seperti kepanitian penyambutan mahasiswa baru (MABA) dalam Organisasi Mahasiswa Daerah Aceh divisi acara tahun 2013, pelatihan Leadership and Entrepreneur School (LES) oleh BEM KM IPB tahun 2013, Staf Komisi Satu di Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) Fateta IPB tahun 2014, Kepala Divisi Hubungan Masyarakat (Humas) Agro Mechanical Fair tahun 2014, panitia divisi Humas Techno-F Fateta tahun 2014, Ketua Young Legeslative on Top DPM Fateta tahun 2014. Pelatihan Web dan design oleh Agricultural Information Club (AIC) tahun 2014. Staf Electro and Robotic Club (ERC) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem tahun 2015. Selama perkuliahan, penulis juga aktif mengikuti lomba di tingkat nasional seperti pada tahun 2014 dalam lomba Pekan Kreativitas Mahasiswa (PKM) kategori Karsa Cipta (KC) dua judul yang diajukan oleh penulis berhasil didania oleh Dikti yaitu “Astro Farm” Mesin Pengumpul dan Pembalik Biji-Bijian dengan Kontrol Jarak Jauh dan “Smart Seeder” Mesin Tanam Jagung Cerdas dengan Kontrol Jarak Jauh sebagai Solusi Ketahanan Pangan Nasional. Pada tahun 2015 penulis terpilih sebagai 10 finalis dalam Tanoto Student Research Award dengan judul “ Autonomous Seeder”, Mesin Tanam Benih tanpa Awak dengan Aplikasi Android sebagai User Interface. Tahun 2016 salah satu proposal PKM Teknologi penulis didanai oleh Dikti dengan judul “METANI” Mesin Tanam Jagung yang Praktis, Ringan, dan Mini untuk Mengurangi Biaya Produksi Kelompok Tani Jagung di Dramaga, Bogor. Selama masa studi penulis aktif menjadi asisten pratikum Teknologi Green house dan Hidroponik. Penulis juga melakukan praktik lapangan di PT Kubota Indonesia dengan judul “ Mempelajari Aspek Keteknikan dan Pengujian Mesin Diesel di PT Kubota Indonesia”. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik, penulis menyelesaikan skripsi yang berjudul “Desain Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar – LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel”.
