INTERNALISASI LINGKUNGAN DALAM PROSES PEMBANGUNAN

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS Peningkatan Kualitas Pendidikan dan Penelitian Pasca Sarjana

INTERNALISASI LINGKUNGAN DALAM PROSES PEMBANGUNAN

Volume 2 Teknik Mesin, Teknik Elektro, Teknik Kimia, Teknik Fisika, Teknik Industri, Teknik Material dan Metalurgi ISBN 978-602-96565-7-2

PROGRAM PASCASARJANA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA AGUSTUS 2014

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS Peningkatan Kualitas Pendidikan dan Penelitian Pasca Sarjana Program Pascasarjana Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Internalisasi Lingkungan dalam Proses Pembangunan Volume 2 Teknik Mesin, Teknik Elektro, Teknik Kimia, Teknik Fisika, Teknik Industri, Teknik Material dan Metalurgi

Hak cipta Agustus 2014, Program Pascasarjana, ITS.

Dipublikasikan dan didistriusi Program Pascasarjana Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Cover: Jurusan Teknik Lingkungan ITS, 2014

ii

Program Pascasarjana Institut Teknologi Sepuluh Nopember


Editor Ipung Fitri Purwanti, Arseto Yekti Bagastyo, Welly Herumurti

Mitra Bebestari Adi Soeprijanto, Ria Asih Aryani Soemitro, Yulinah Trihadiningrum, Eddy Yahya, Subiono, Suhartono, Mardi Santoso, Sutardi, Djoko Purwanto, Renanto, Aulia Aisjah, I Nyoman Pujawan, Endah Wahyuni, Murni Rachmawati, Ali Masduqi, Teguh Hariyanto, Rudi Walujo Prastianto, Waskitho Wibisono

Program Pascasarjana, Institut Teknologi Sepuluh Nopember

iii


Daftar Isi Editor........................................................................................................................................... iii Mitra Bebestari........................................................................................................................... iii Kata Pengantar........................................................................................................................... iv Sambutan Direktur Pascasarjana ITS ...................................................................................... v Sambutan Rektor ITS ................................................................................................................ vi Daftar Isi .................................................................................................................................... vii

Volume 2 Teknik Mesin, Teknik Elektro, Teknik Kimia, Teknik Fisika, Teknik Industri, Teknik Material dan Metalurgi................................................................ I Pengaruh Tipe Abrasif dan Parameter Proses Gerinda Pada Proses Gerinda Permukaan Baja Perkakas SKD-11 Terhadap Gaya Potong, Kekasaran Permukaan Benda Kerja dan Mode Pembentukan Geram ..................................................................... 275 KAJIAN NUMERIK PENGARUH VARIASI INJECTION TIMING TERHADAP PERFORMA ENGINE GUNA OPTIMASI APLIKASI DUAL FUEL SOLAR DAN LPG PADA MESIN DIESEL STASIONER DIRECT INJECTION ................................. 282 Pengembangan Menejemen Energi Pada Kendaraan Hybrid Dengan KERS ................... 288 KOMPARASI PENGHASILAN HHO PADA GENERATOR SISTEM BASAH (WET) DENGAN SUSUNAN KERUCUT DAN PLAT DATAR TERPASANG HORISONTAL ........................................................................................................................ 296 EVALUASI dan PENINGKATAN FUNGSI PARAMETER DEBIT PADA PLTMH KAPASITAS 50 kVA di DESA MONGIILO KABUPATEN BONE BOLANGO, GORONTALO ........................................................................................................................ 304 STUDI NUMERIK RESPON GETARAN MESIN BENSIN 650 CC DUA SILINDER SEGARIS DENGAN SUDUT ANTAR ENGKOL 0o ...................................... 310 RANCANG BANGUN DAN ANALISA SISTEM TRANSMISI PADA MESIN TEMPA MEKANIK SEBAGAI PENINGKATAN KUALITAS DAN KAPASITAS PRODUKSI PADA UKM KERAJINAN KERIS ................................................................. 317 Komparasi Penghasilan HHO pada Generator Tipe Kering (Dry) dengan Susunan Kerucut Diameter Lubang 7mm dan 10mm Terpasang Vertikal ...................................... 326 Perancangan Kontroller Fuzzy Logic Sliding Mode Untuk Pengaturan Kecepatan Motor Induksi 3 Phasa dengan Beban Bervariasi Berbasis Metoda Vektor Kontrol ...... 332 INOVASI SEPEDA MOTOR GAS DENGAN SISTEM KARBURATOR DAN SISTEM INJEKSI MENGGUNAKAN APR (AUTO PRESSURE REGULATOR) ........ 340 Analisa Performance Two Stroke Marine Diesel Berbahan Bakar Campuran HSD dan Biodiesel Minyak Kesambi .............................................................................................. 346 KOMPARASI PERFORMA ENGINE 125 cc SINGLE CYLINDER DAN KADAR EMISI GAS BUANG BERBAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN BERBAHAN BAKAR LPG INJEKSI TIPE I DENGAN KONVERTER KIT ........................................ 353 Pengaruh Multi Feedstock Biodiesel terhadap Kerja Motor Diesel ................................... 360 APLIKASI GAS HHO PADA SEPEDA MOTOR 150 cc ................................................... 368 STUDI EKSPERIMEN KARAKTERISTIK GETARAN DAN ENERGI LISTRIK BANGKITAN DARI HIDRAULIK-MEKANIK-ELEKTRO SHOCK ABSORBER AKIBAT VARIASI PEMBEBANAN LISTRIK .................................................................. 375


vii


ANALISA STRUKTUR KERANGKA ATAS DAN BAWAH PADA MESIN PENCETAK PELET IKAN UNTUK PENINGKATAN EFISIENSI DAN EKONOMI PETANI IKAN ................................................................................................... 389 Pemodelan Dinamik UAV Quadrotor dengan Slung-Load Cargo ..................................... 396 Studi eksperimental pengaruh penambahan Inlet Disturbance Bodi (IDB) terhadap karakteristik aliran melintasi tiga silinder sirkular tersusun stagger pada jarak antar silinder L/D= 2 dan T/D= 1,5., 2 dan 3 “Studi kasus untuk IDB 60° dan tanpa IDB pada Re = 2.2x104”............................................................................................... 402 Struktur Aliran Fluida di dekat Dinding dan Keterkaitannya dalam Estimasi Nilai Tegangan Geser pada Dinding ............................................................................................... 410 MODIFIKASI PENDINGIN MOTOR INDUK KAPAL ALUMINIUM DENGAN PEMANFAATAN PELAT LAMBUNG SEBAGAI MEDIA PENUKAR PANAS ........... 415 PENGARUH PENGGUNAAN INLET DISTURBANCE BODY TERHADAP KARAKTERISTIK ALIRAN MELINTASI EMPAT BUAH SILINDER SIRKULAR YANG TERSUSUN ........................................................................................... 421 IN-LINE SQUARE .................................................................................................................. 421 DESAIN DAN ANALISA SISTEM KONTROL HIDRAULIK PADA ALAT UJI SUSPENSI SEPEDA MOTOR 1 DOF .................................................................................. 427 STUDI NUMERIK PENGARUH CONVERGENCY PROMOTERS (CPs) PADA TUBE BANKS YANG TERSUSUN SECARA STAGGERED ........................................... 436 ANALISIS PENGGUNAAN HHO DAN TANPA HHO TERHADAP KINERJA MOTOR BENSIN ................................................................................................................... 445 Optimasi Kinerja Mesin Sinjai Bi-Fuel Bensin dan Compressed Natural Gas (CNG) .... 453 PENINGKATAN PERFORMA MESIN SINJAI BERBAHAN BAKAR BI-FUEL (PREMIUM-COMPRESSED NATURAL GAS) DENGAN PENGATURAN DURASI INJEKSI DAN AIR FUEL RATIO ........................................................................................ 461 Studi Eksperimen Pengaruh Inlet Disturbance Body Terhadap Karakteristik Aliran Melintasi Silinder Sirkular Yang Tersusun Secara Staggered Dalam Saluran Sempit Berpenampang Bujur Sangkar .............................................................................................. 467 STUDI NUMERIK KARAKTERISTIK RESPON DINAMIK DARI MODEL HYDRAULIC MOTOR - REGENERATIVE SHOCK ABSORBER ..................................... 473 Studi Karakteristik Separasi Aliran 3D Melintasi Bidang Tumpu Airfoil Asimetri Camber Kuat dengan Penambahan Forward Facing Step Turbulator (FFST), Studi Kasus Airfoil British 9C7/42.5C50 ........................................................................................ 480 RANCANG BANGUN DAN ANALISA STRUKTUR KERANGKA PADA MESIN TEMPA MEKANIK PADA PANDAI BESI SEBAGAI PENINGKATAN KUALITAS DAN KAPASITAS PRODUKSI PADA UKM KERAJINAN KERIS.......... 494 Pengaturan Kecepatan Brushless DC Motor dengan Beban Bervariasi Menggunakan Disturbance Observer ............................................................................................................... 502 Ektraksi Fitur Emosi Berdasarkan Suara ............................................................................ 507 Menggunakan Metode Mel-Frequency Cepstrum Coefficients (MFCC)............................. 507 Perhitungan Skor Pada Puzzle Game Instalasi Dimensi DuaBerbasis Algoritma Genetika ................................................................................................................................... 514 Sistem Peringatan Dini Status Bencana Tanggul Jebol Berbasis Web .............................. 518

viii



Peningkatan Performa Jaring Distribusi Radial Tiga Phasa Tidak Seimbang dan Terdistorsi Harmonisa Melalui Penempatan Optimum Kapasitor Menggunakan DSA ........................................................................................................................................... 524 Deteksi Asap Pada Video Kebakaran Dengan Motion & Texture Features Menggunakan Support Vector Machine................................................................................. 533 Implementasi Preconcentrator Pada e-Nose Untuk Mendeteksi Polutan Udara ............. 541 PENGARUH VARIASI SUDUT KOLEKTOR SURYA TIPE V-GROOVE TERHADAP LAJU PENGERINGAN JAGUNG ................................................................ 548 ANALISA PERPINDAHAN PANAS KEADAAN TUNAK PADA PENGERING JAGUNG TIPE RUMAH KACA .......................................................................................... 552 Rancang Bangun Dual-Axis PV Solar Tracker System Menggunakan Interval Type2 Fuzzy Logic Controller ........................................................................................................ 558 Simulasi Prediksi Emisi Gas Karbon Dioksida di Kota Surabaya. .................................... 566 IDENTIFIKASI DAN OPTIMASI STEAM EJECTOR UNIT GAS REMOVAL SYSTEM PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA PANAS BUMI KAMOJANG ... 573 Analisis Kekerasan Komposit Mo/Al2O3 dengan Variabel Temperatur Sintering dan Holding Time ........................................................................................................................... 580 Analisa mikrostruktur dan sifat kekerasan komposit Mo/Al2O3 HASIL kompaksi dingin ........................................................................................................................................ 588 Analisa Komposisi Produk Pengolahan Mineral Tembaga Karbonat yang Diolah Menggunakan Mini Blast Furnace (MBF) ............................................................................ 595 Pengaruh Rasio Heat Input Pengelasan Temper Bead Terhadap Struktur Mikro Sifat Mekanik dan Laju Korosi pada Material SA 516 Grade 70 ...................................... 600


ix


Optimasi Kinerja Mesin Sinjai Bi-Fuel Bensin dan Compressed Natural Gas (CNG) Variasi Derajat Pengapian dan Tekanan Masuk Anggun Angkasa BP. 1*, Bambang Sudarmanta2 Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia1* Email : [email protected] Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, Indonesia 2

Abstrak Compressed Natural Gas (CNG) tersusun dari 98% metana, 0,4% etana, dan hidrokarbon lain. CNG memiliki bobot yang lebih ringan dari udara lingkungan, memiliki nilai kalor yang lebih tinggi daripada bahan bakar bensin, tidak bersifat korosif, aman (lebih ramah lingkungan), serta jumlahnya yang melimpah di alam. Beberapa karakteristik pada CNG yaitu memiliki angka oktan sebesar 120-130 sedangkan bensin 80-90, densitas CNG 0,72 kg/m3 sedangkan bensin 749 kg/m3, laminar burning velocity CNG 0,43 m/sec dan bensin 0,5 m/sec. Dari beberapa karakteristik tersebut maka CNG dapat berperan untuk menggantikan bahan bakar minyak seperti bensin. Mesin uji yang digunakan dalam penelitian ini yaitu mesin Sinjai 2 silinder 650 cc single fuel yang dimodifikasi menjadi bi-fuel dengan sistem pemasukan bahan bakar port injection. Karakteristik CNG yang diteliti yaitu densitas dan laminar burning velocity CNG sehingga ketika mesin menggunakan bahan bakar CNG maka terjadi penurunan daya dan torsi dikarenakan pasokan bahan bakar kedalam ruang bakar berkurang serta terjadi keterlambatan pengapian, namun penggunaan bahan bakar CNG dapat menurunkan emisi CO, CO2 dan HC yang cukup signifikan daripada penggunaan bahan bakar bensin. Hasil penelitian saat mesin menggunakan bahan bakar CNG menunjukkan torsi terbaik pada putaran 2500 rpm-3000 rpm yaitu sebesar 47,76 Nm ketika menggunakan bensin sebesar 47,75 Nm, sedangkan daya terbaik terjadi pada putaran mesin 4000 – 4500 rpm yaitu sebesar 18,64 Kw dan ketika menggunakan bensin sebesar 18,35 Kw. Emisi yang dihasilkan ketika mesin menggunakan bahan bakar bensin CNG antara lain emisi CO dan HC terendah terjadi pada putaran mesin 3500 rpm yaitu masing-masing sebesar 0,49% dan 45 ppm sedangkan ketika menggunakan bahan bakar bensin sebesar 0,75%, dan 62 ppm. Katakunci: Compressed Natural Gas, mesin sinjai, daya, torsi, emisi

1. Pendahuluan Compressed Natural Gas (CNG) merupakan gas yang tersusun dari 98% metana, 0,4% etana, dan hidrokarbon lainnya. CNG memiliki bobot yang lebih ringan dari udara lingkungan, CNG memiliki nilai kalor yang lebih tinggi daripada bahan bakar bensin, tidak bersifat korosif, aman (lebih ramah lingkungan), lebih cepat terbakar karena berwujud gas, serta jumlahnya yang melimpah di alam. Beberapa karakteristik pada CNG yaitu memiliki angka oktan sebesar 120-130 sedangkan bensin 80-90, densitas CNG 0,72 kg/m3 sedangkan bensin 749 kg/m3, laminar burning velocity CNG 0,43 m/sec dan bensin 0,5 m/sec. Dari beberapa karakteristik tersebut maka CNG dapat berperan untuk menggantikan bahan bakar minyak seperti bensin.

Karakteristik yang diteliti sehingga CNG dapat menggantikan peranan bensin yaitu densitas dimana densitas CNG sebesar 2,52 kg/m3 sedangkan bensin sebesar 749 kg/m3, berdasar karakteristik ini untuk dapat memasok

kebutuhan bahan bakar didalam ruang bakar, maka pasokan CNG harus diperbanyak. Salah satu cara yang dapat digunakan yaitu dengan memvariasikan tekanan pada port injection sebesar 1,5 bar sampai 2,5 bar pada bagian pressure reducer sehingga diketahui tekanan optimum yang dapat memasok CNG untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar pada engine sehingga enginedapat bekerja secara baik. Cara lain untuk meningkatkan performa dari engine ketika menggunakan bahan bakar CNG yaitu dengan mengatur derajat pengapian yang sesuai dikarenakan bahan bakar CNG memiliki laminer flame speed yang lebih kecil daripada bensin yaitu dengan cara memvariasikan derajat pengapian sebesar 100 – 200 sebelum TMA (BTDC) dengan interval sebesar 20 hal ini sejalan dengan penelitian yang dilakukan oleh Manan (2013) yang menyatakan kecepatan perambatan nyala api (flame speed) bahan bakar CNG yang lebih rendah dibandingkan bahan bakar bensin sehingga menyebabkan perambatan api yang rendah selama pembakaran, kalor atau energi dari bahan bakar CNG tidak dapat dikonversi menjadi kerja dengan maksimal dan sebagian besar hilang dinding silinder. Pada


453

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 penelitian yang dilakukan oleh Manan tersebut hanya melakukan variasi derajat pengapian sebesar 20 sampai 100 sebelum TMA dengan interval sebesar 20. Mesin uji yang digunakan dalam penelitian ini yaitu mesin Sinjai 2 silinder 650 cc dengan sistem pemasukan bahan bakar port injection. Pemanfaatan energi alternatif biasanya dilakukan dengan memodifikasi sistem pada permesinan dikarenakan mesin yang telah ada saat ini dirancang untuk bahan bakar non alternatif. Adapun modifikasi pada mesin yang yang dilakukan adalah merubah sistem injeksi single fuel menjadi dual fuel dan memasang perangkat bahan bakar gas (CNG). 2. Metode.

• Volume langkah : 0,28 liter • Arah putaran : CCW

• Valve timing - Intake valve membuka

: 23° BTDC

- Intake valve menutup

: 53° ABDC

- Exhaust valve membuka : 53° BBDC - Exhaust valve menutup

: 23° ATDC

2.3 Bahan Bakar

a. Bensin/Premium

2.1 Pelaksanaan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode eksperimental. Pengujian dilakukan terhadap mesin bensin empat langkah single fuel engine yang dimodifikasi sehingga menjadi bi-fuel engine sistem bensin dan Compressed Natural Gas (CNG) pada mesin Sinjai dua silinder 650 cc. Untuk mendapatkan kinerja engine yang baik, khususnya daya, dilakukan tuning injeksi dan pengapian dan diuji dengan menggunakan water brake dynamometer. Untuk mengetahui kadar emisi yang dihasilkan engine dari proses pembakaran di ruang bakar, dilakukan pengujian dengan menggunakan gas analyzer. Hasil yang diperoleh dari penelitian yaitu mendapatkan nilai setingan derajat pengapian dan tekanan masuk yang maksimal serta data unjuk kerja (torsi, daya), temperatur (exhaust, engine, oli dan radiator) dan emisi gas buang (CO, HC).

Bahan bakar premium yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar premium yang diproduksi oleh PT.Pertamina. Adapun spesifikasi mengenai bahan bakar premium dapat dilihat pada Tabel 1 b. Compressed Natural Gas (CNG) Bahan bakar gas (CNG) yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar gas yang diproduksi oleh Perusahaan Gas Negara wilayah Surabaya. Adapun spesifikasi mengenai bahan bakar gas tersebut dapat dilihat pada Tabel 1 Tabel 1: Tabel karakteristik Bensin dan CNG (pada kondisi Standart Temperatur and Pressure (600F dan 1 atm)

2.2 Mesin Uji Mesin bensin 4 (empat) langkah dua silinder dengan spesifikasi : • Merek

: Sinjai

• Model

: LJ276M/LJ276MT-2

• Jumlah Silinder

: 2 silinder

• Kapasitas

: 647 cc

• Pendinginan mesin : Radiator (Pendingin Air) • Diameter x langkah (mm) : 67 x 71 mm • Rasio kompresi

: 9,0 : 1 • Daya maksimum : 20.6 KW pada 4500rpm

• Torsi maksimum : 49 N.m pada 2700~3300 rpm • Kecepatan idle : 900±50r/min

454

Sumber: Atok Setyawan: 2012 dalam BIMTEK BBG-DIRJEN MIGAS

2.4 Modifikasi Mesin Bensin menjadi Bi-Fuel Engine


Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 a. Pembuatan lubang berdiameter 7 mm pada intake manifold di posisi sebelum injektor bensin dengan posisi kemiringan yang sejajar dengan injektor bensin. b. Pemasangan outlet gas fitting pada lubang yang telah dibuat (point a) di intake manifold dan gas injector rail. c. Menyambungkan outlet gas fitting yang terpasang pada intake manifold dengan outlet gas fitting yang terpasang pada gas injector rail menggunakan CNG rubberhose 4x10 mm. d. Instalasi Injektor dan penyambungan wiring

Gambar 1. Instalasi gas injector rail dan wiring

e. Instalasi pressure reducer, pressure gauge, temperature sensor, MAP sensor, CNG filter, dan CNG ruber hose f. Instalasi CNG tank g. Instalasi pipa CNG berdimensi 6x1 mm pada outlet CNG tank dan inletpressure reducer. h. Instalasi electrical wiring dan control unit

2.5 Tahap Pengujian

2.5.1 Persiapan pengujian a. Pengecekan kondisi engine yang meliputi pengecekan gab busi, injektor, tangki bahan bakar (bensin), sistem pendinginan (radiator dan oli), ECU dan sistem kelistrikan, dan sebagainya. b. Pengecekan waterbrakedynamometer. c. Pengecekan alat uji bantu yang meliputi Exhaust Gas Analyzer, thermocouple, manometer U, dan sebagainya. 2.5.2 Proses Pengujian A. Pengujian Prestasi Kerja Pada tahap awal dilakukan proses tuning di pressure reducer untuk mendapat setingan tekanan masuk yang tepat, kemudian mengatur derajat pengapian dari ECU standar. Pada pressure reducer dilakukan pengaturan besarnya tekanan CNG yang masuk ke ruang bakar dengan variasi 1,5, 2 dan 2,5 bar dan dilakukan variasi derajat pengapian yang dimulai dari 10 derajat sebelum TMA hingga 20 derajat sebelum TMA. Kemudian akan didapat data berupa torsi dan BHP yang diperoleh dari hasil sensor pada lengan waterbrake dynamometer. B. Pengujian Emisi dari engine berbahan bakar premium dan gas/CNG

Penelitian ini menggunakan putaran mesin dengan variasi (variable speed) putaran 20005000 rpm. Pengaturan putaran mesin dilakukan melalui load valve dan unload valve pada water brake dynamometer dengan menggunakan air. Adapun langkah pengujian sebagai berikut:

a. Pengujian dengan premium/bensin

bahan

bakar

• Menghidupkan engine pada putaran idle (± 900 rpm) selama ±10 menit untuk mencapai kondisi steady state atau stasioner dan melakukan kalibrasi pada ECU dengan menggunakan bantuan perangkat komputer.

• Membuka katub kupu-kupu hingga terbuka penuh (full open throttle). Pada kondisi ini putaran engine mencapai putaran maksimum (±5500 rpm). Dalam kondisi putaran maksimum ini, beban air tidak dialirkan ke power absorber. • Beban air dialirkan ke power absorber sehingga putaran mesin akan turun menjadi 5000 rpm. Jika putaran mesin sudah stabil maka pencatatan data emisi dapat dilakukan (CO, HC, CO2) dengan melihat data yang tampil pada layar exhaust gas analyzer. • Apabila pengambilan data pada putaran 5000 rpm tersebut selesai, maka beban air yang dialirkan ke power absorber ditambah sehingga putaran engine akan turun. Putaran mesin diturunkan menjadi beberapa tahap yaitu 4500 rpm, 4000 rpm, 3500 rpm, 3000 rpm, 2500 rpm dan 2000 rpm dengan cara mengontrol aliran air yang melewati power absorber tersebut. • Dengan cara yang sama seperti pengambilan data pada 5000 rpm, maka akan didapat data emisi pada 4500 rpm, 4000 rpm, 3500 rpm, 3000 rpm, 2500 rpm dan 2000 rpm. Pencatan data dilakukan pada saat putaran mesin dalam kondisi stabil. b. Pengujian dengan bahan bakar gas/CNG Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar CNG, metode yang digunakan sama seperti dengan pengujian pada bahan bakar premium/bensin.

3. Pembahasan Hasil 3.1 Torsi

Torsi adalah ukuran kemampuan engine untuk menghasilkan kerja. Dalam kenyataannya torsi dari engine bermanfaat untuk mengatasi


455

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 hambatan di jalan atau untuk mempercepat laju kendaraan.

udara yang masuk ke ruang bakar menjadi lebih rendah.

Gambar 2. Grafik torsi fungsi putaran mesin pada tekanan masukan 1.5, 2 dan 2.5 bar

Gambar 3. Grafik torsi fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 1,5 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Besarnya nilai torsi ditentukan oleh tekanan yang dihasilkan di dalam ruang bakar. Jika tekanan didalam ruang bakar tinggi maka torsi yang dihasilkan juga tinggi. Dengan pengujian menggunakan waterbrake dynamometer didapatkan torsi puncak engine saat menggunakan bahan bakar bensin sebesar 47,75 Nm pada putaran 3000 rpm dan ketika memakai bahan bakar CNG, besarnya torsi maksimum yang dihasilkan engine yaitu sebesar 44,45 Nm pada putaran 3000 rpm pada tekanan masukan 2,5 bar. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan nilai torsi maksimum pada engine sebesar 6,89 % ketika menggunakan bahan bakar CNG. Besarnya penurunan nilai torsi secara keseluruhan rata-rata sebesar 5,79% pada tekanan masuk 2,5 bar, 9,96% pada tekanan masuk 2 bar dan 10,14% pada tekanan masuk 1,5 bar. Penurunan nilai torsi disebabkan karena kecepatan perambatan nyala api (flame speed) bahan bakar CNG yang lebih rendah dibandingkan bahan bakar bensin. Ketika terjadi perambatan api yang rendah selama proses pembakaran didalam ruang bakar, maka kalor atau energi yang terdapat pada bahan bakar CNG tidak dapat dikonversi menjadi kerja secara maksimal dan sebagian besar hilang pada dinding silinder. Peristiwa ini sejalan dengan penelitian yang dilakukan oleh Ameri, dkk yang menyatakan bahwa torsi yang dihasilkan oleh engine berbahan bakar CNG lebih rendah daripada mesin berbahan bakar bensin. Peristiwa hilangnya kalor atau energi pada dinding silinder menyebabkan temperatur dinding silinder akan semakin meningkat dan temperatur air pendingin (water coolant) juga akan semakin meningkat sehingga menimbulkan kenaikan temperatur overall engine termasuk pada sistem saluran masuk udara (intake manifold). Hal ini menyebabkan menurunnya densitas udara yang akan masuk ke dalam ruang bakar sehingga massa udara yang masuk ke ruang bakar akan sedikit berkurang atau dengan kata lain efisiensi volumetris engine menurun. Berkurangnya efisiensi volumetris dapat menyebabkan massa campuran bahan bakar dan

456

Pada Gambar 3 dapat dilihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya nilai torsi maksimal sebesar 47,19 Nm pada putaran 2500-3000rpm sedangkan pada saat menggunakan bahan bakar CNG nilai torsi maksimal sebesar 46,65 Nm pada putaran 3000 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan torsi sebesar 1,14% namun secara rata-rata terjadi penurunan sebesar 2,33% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 1,5 bar. Berdasarkan grafik pada Gambar 3, dari enam advance sudut pengapian (10, 12, 14, 16, 18 dan 20) pada tekanan masukan sebesar 1,5 bar maka didapat nilai MBT (Minimum Advance for The Best Torque) yang sama pada setiap putaran engine.

Gambar 4. Grafik torsi fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 2 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Pada Gambar 4 dapat kita lihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya nilai torsi maksimal sebesar 47,75 Nm pada putaran 3000 rpm sedangkan pada saat menggunakan bahan bakar CNG nilai torsi maksimal sebesar 47,21 Nm pada putaran 3000 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan torsi sebesar 1,11% namun secara rata-rata terjadi penurunan sebesar 1,26% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 2 bar. Berdasarkan grafik pada Gambar 4.3, dari enam advance sudut pengapian (10, 12, 14, 16, 18 dan


Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 20) pada tekanan masukan sebesar 2 bar maka akan didapat nilai MBT (Minimum Advance for The Best Torque) yang berbeda tiap putaran engine. Pada putaran 2000-3500 rpm, nilai MBT adalah 140 sebelum TMA dan pada putaran 3500-5000 rpm MBT yang sesuai adalah 120 dan 140 sebelum TMA. Dengan sudut pengapian yang terlalu maju pada puatan engine yang rendah dapat menurunkan nilai torsi.

Gambar 5. Grafik torsi fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 2,5 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Pada Gambar 5 dapat kita lihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya nilai torsi maksimal sebesar 47,75 Nm pada putaran 3000 rpm sedangkan pada saat menggunakan bahan bakar CNG nilai torsi maksimal sebesar 47,76 Nm pada putaran 3000 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan torsi sebesar 0.02% namun secara rata-rata terjadi penurunan sebesar 0.18% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 2 bar. Berdasarkan grafik pada Gambar 5, dari enam advance sudut pengapian (10, 12, 14, 16, 18 dan 20) pada tekanan masukan sebesar 2 bar maka akan didapat nilai MBT (Minimum Advance for The Best Torque) yang berbeda tiap putaran engine. Pada putaran 2000-3500 rpm, nilai MBT adalah 140 sebelum TMA dan pada putaran 3500-5000 rpm MBT yang sesuai adalah 120 dan 140 sebelum TMA. Dengan sudut pengapian yang terlalu maju pada putaran engine yang rendah dapat menurunkan nilai torsi. Dari Gambar 2, 3, 4 dan 5 dapat kita lihat bahwa torsi mengalami peningkatan hingga mencapai putaran mesin 3000 rpm kemudian mengalami penurunan hingga putaran mesin mencapai 5000 rpm. Torsi yang dihasilkan berkurang ketika kecepatan mesin terus meningkat disebabkan karena mesin tidak mampu untuk mengakomodasi muatan penuh dari udara pada kecepatan yang lebih tinggi (Pulkrabek, 1997 hal. 52). Hal ini dikarenakan semakin tinggi putaran engine, maka turbulensi aliran yang masuk ke ruang bakar akan semakin tinggi yang menyebabkan pencampuran udara dengan bahan bakar semakin baik serta perambatan api juga semakin cepat sehingga torsi akan meningkat. Namun ketika putaran

semakin tinggi, maka akan semakin besar kerugian-kerugian yang terjadi. Beberapa kerugian yang mungkin terjadi pada putaran tinggi di antaranya gesekan dan adanya pembakaran yang kurang sempurna. Semakin cepat putaran engine maka friksi yang terjadi juga semakin besar. Selain itu pembakaran campuran bahan bakar dan udara dalam ruang bakar juga memerlukan waktu. Ketika putaran tinggi, maka dimungkinkan pembakaran yang terjadi tidak cukup cepat untuk membakar seluruh bahan bakar dalam ruang bakar atau dengan kata lain semakin banyak sisa bahan bakar yang belum terbakar dalam ruang bakar. Hal ini menyebabkan kerja yang diberikan engine justru semakin kecil. Besar-kecilnya sudut pengapian sangat mempengaruhi torsi yang terjadi, dimana ketika derajat pengapian terlalu maju pada putaran engine yang rendah maka akan dapat menurunkan nilai torsi. Hal tersebut dikarenakan pada saat penyalaan yang terlalu awal, tekanan di dalam ruang bakar akibat langkah kompresi belum cukup tinggi sehingga ledakan yang dihasilkan dari pembakaran campuran tersebut akan lebih banyak hilang untuk melawan gaya kompresi piston. 3.2 Daya Daya yang dihasilkan oleh motor pembakaran dalam (internal combustion engine) ada 3 jenis, yaitu indicative horse power (ihp), brake horse power (bhp), dan friction horse power (fhp). Pada putaran engine rendah, nilai fhp relatif rendah dan menjadi semakin tinggi ketika putaran engine semakin tinggi/cepat. Secara teoritis, ketika putaran engine meningkat, maka daya motor juga akan meningkat karena daya merupakan perkalian antara besarnya torsi ( ) dengan banyaknya putaran poros permenit (rpm).

Gambar 6. Grafik daya fungsi putaran mesin pada variasi tekanan masuk 1,5, 2 dan 2,5 bar

Nilai daya puncak pada engine ketika menggunakan bahan bakar bensin mencapai 18,35 kW pada putaran 4500 rpm. Namun pada saat engine menggunakan bahan bakar CNG daya puncak yang mampu dihasilkan engine sebesar 17,57 kW pada putaran engine 4500 rpm


457

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 pada tekanan masukan 2,5 bar atau mengalami penurunan daya puncak sebesar 4,25%. Secara keseluruhan penurunan daya secara rata-rata adalah 5,79 % pada tekanan masuk 2,5 bar, 9,81% pada tekanan masuk 2 bar dan 9,84% pada tekanan masuk 1,5 bar. Penurunan daya yang terjadi pada saat penggunaan bahan bakar CNG sama seperti pada penurunan torsi. Penyebabnya yaitu flame speed pada bahan bakar CNG yang rendah sehingga menyebabkan proses pembakaran tidak berlangsung dengan sempurna dan menyebabkan terjadinya kenaikan temperatur engine yang cukup signifikan serta menurunkan efisiensi volumetric dari engine.

putaran 4500-5000 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi penurunan daya sebesar 1,4% namun secara rata-rata terjadi penurunan sebesar 16,81% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 2 bar dengan derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA.

Gambar 9. Grafik daya fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 2,5 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Gambar 7. Grafik daya fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 1,5 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Pada Gambar 7 dapat dilihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh engine sebesar 18,35 kW pada putaran 4500 rpm sedangkan pada saat menggunakan bahan bakar CNG besarnya daya maksimal sebesar 18,61 kW pada putaran 4500 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi kenaikan daya sebesar 1,4% namun secara rata-rata terjadi penurunan sebesar 18,35% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 1,5 bar dengan derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA.

Gambar 8. Grafik daya fungsi putaran mesin pada tekanan masuk 2 bar dengan variasi derajat pengapian 10, 12, 14, 16, 18 dan 20 sebelum TMA

Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya daya maksimal yang dihasilkan oleh engine sebesar 18,35 kW pada putaran 4500 rpm sedangkan pada saat menggunakan bahan bakar CNG besarnya daya maksimal sebesar 18,09 kW pada

458

Pada Gambar 9 dapat dilihat bahwa ketika menggunakan bahan bakar bensin besarnya daya maksimal yang dihasilkan engine sebesar 18,35 kW pada putaran 4500 rpm sedangkan saat menggunakan bahan bakar CNG besarnya daya maksimal sebesar 18,64 kW pada putaran 4500 rpm pada saat derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi kenaikan daya sebesar 1,5% namun secara rata-rata terjadi kenaikan sebesar 0.07% ketika menggunakan bahan bakar CNG pada tekanan masuk 2,5 bar dengan derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. Grafik pada gambar 6, 7, 8 dan 9 dapat kita lihat bahwa daya engine cenderung naik hingga putaran mesin 4500 rpm kemudian setelah itu sedikit menurun pada putaran engine 5000 rpm. Hal ini mengindikasikan bahwa, semakin meningkatnya putaran engine maka massa campuran bahan bakar yang masuk ke dalam ruang bakar semakin besar sehingga energi atau kalor yang dapat dikonversi menjadi kerja akan semakin besar. Namun, pada putaran yang tinggi maka putaran poros juga akan semakin cepat sehingga friction loses yang terjadi cukup tinggi sehingga sebagian daya yang dihasilkan digunakan untuk mengkompensasi kerugian tersebut sehingga menyebabkan daya justru akan semakin menurun. Pada tekanan masukan CNG sebesar 2,5 bar memiliki daya terbesar dibandingkan dengan tekanan masukan yang lain, hal ini disebabkan karena besarnya densitas CNG lebih rendah daripada densitas bensin, sehingga untuk dapat memenuhi kebutuhan pasokan bahan bakar engine maka laju aliran dari CNG harus dipercepat yaitu dengan cara menaikkan tekanan masukan.


Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 Besarnya derajat pengapian yang optimum untuk menghasilkan daya maksimal ketika menggunakan bahan bakar CNG yaitu sebesar 140 sebelum TMA, hal ini dikarenakan CNG memiliki kecepatan aliran yang lebih lambat daripada bensin. 3.3 Emisi Karbon Monoksida (CO) Gas CO memiliki karakteristik tidak berwarna, tidak berbau pada suhu di atas titik didihnya, dan mudah larut dalam air. CO pada gas buang kendaraan bermotor terjadi akibat kurang sempurnanya pembakaran di dalam ruang bakar yang diakibatkan oleh kurangnya pasokan udara dalam campuran yang masuk ke ruang bakar atau bisa diakibatkan kurangnya waktu yang tersedia untuk menyelesaikan pembakaran. Pada saat putaran mesin rendah, maka turbulensi yang terjadi terlalu kecil untuk membentuk homogenitas campuran udara dan bahan bakar sehingga emisi CO pada putaran rendah relatif tinggi. Ketika putaran engine semakin meningkat, tingkat turbulensi campuran didalam ruang bakar meningkat sehingga emisi CO berkurang hingga mencapai titik terendah pada putaran tertentu. Namun, ketika putaran engine terus dinaikan hingga putaran maksimal, emisi CO kembali meningkat, hal ini dikarenakan ketika putaran tinggi maka waktu untuk menyelesaikan pembakaran cenderung pendek sehingga pembakaran yang terjadi kurang sempurna. Selain itu, pada putaran engine yang tinggi, temperatur engine mengalami kenaikan yang cukup signifikan, khususnya pada bagian dinding silinder, akibat meningkatnya gaya gesek (friction lose) dan juga kalor campuran yang diserap oleh dinding silinder. Peningkatan temperatur engine mendorong terjadinya penurunan efisiensi volumetris sehingga massa udara yang masuk ke ruang bakar akan berkurang. Dengan berkurangnya massa campuran maka, campuran menjadi lebih kaya lagi sehingga emisi CO yang dihasilkan akan mengalami peningkatan.

Gambar 10. Grafik emisi CO fungsi putaran mesin pada variasi tekanan masuk 1,5, 2 dan 2,5 bar

Pada gambar 10, didapat grafik setiap perubahan waktu pengapian memiliki tren yang sama. Dengan waktu pengapian yang sama, bahan bakar CNG menghasilkan emisi CO yang lebih rendah dari pada bahan bakar bensin. Hal ini terlihat pada grafik diatas yang mana terjadi penurunan emisi pada putaran engine 2500-5000 rpm dengan rata-rata 34,66 %. Hal ini dikarenakan, CNG memiliki komposisi terbesar berupa gas methane (CH4) dimana sesuai dengan data properties kandungan methane dalam CNG mencapai 97,188 %. Dengan kandungan unsur karbon yang rendah, maka gas CO yang terbentuk juga akan lebih rendah. Sementara itu, dengan dengan menaikkan tekanan masukan hingga 2,5 bar, emisi CO hasil pembakaran juga lebih rendah. Dengan penambahan tekanan masukan, maka pasokan CNG semakin terpenuhi untuk terjadinya proses pembakaran yang sempurna sehingga waktu yang tersedia untuk menyelesaikan reaksi pembakaran menjadi lebih lama dan bahan bakar CNG yang terbakar juga lebih banyak. Hal ini dibuktikan dengan menurunnya emisi CO dan semakin meningkatnya CO2 yang dihasilkan oleh pembakaran.

3.4 Emisi Hydrocarbon (HC)

Kadar emisi HC akan menurun seiring dengan meningkatnya putaran engine yang sehingga homogenitas campuran udara dan bahan bakar akan semakin baik. Namun, hal itu hanya berlangsung hingga putaran tertentu. Bilamana putaran engine meningkat kembali, maka waktu pembakaran akan relatif lebih sempit sehingga kadar bahan bakar yang belum terbakar cenderung lebih besar lagi.

Gambar 11. Grafik emisi HC fungsi putaran mesin pada variasi tekanan masuk 1,5, 2 dan 2,5 bar

Emisi HC yang terlihat pada gambar 11 ketika menggunakan bahan bakar CNG mengalami penurunan yang cukup signifikan,


459

Prosiding Seminar Nasional Pascasarjana XIV – ITS ISBN 978-602-96565-7-2 yakni 27,41 %. Hal tersebut dikarenakan kandungan unsur karbon (C) pada CNG lebih kecil dari pada bahan bakar bensin sehingga gas buang HC yang dihasilkan engine juga lebih rendah dikarenakan proses pembakaran yang lebih sempurna. Dengan demikian, bahan bakar yang tidak ikut terbakar selama proses pembakaran relatif lebih rendah.

Penulis mengucapkan terimakasih dosen pembimbing beserta karyawan dan teman-teman yang berada di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Intitut Teknologi Sepuluh Nopember – Surabaya.

7 . Pustaka

5 . Kesimpulan Dari penelitian ini dapat disimpulkan beberapa hal, antara lain:

a. Bahan bakar CNG memiliki nilai torsi dan daya yang lebih rendah daripada bensin, namun hal tersebut dapat ditingkatkan dengan cara menaikkan tekanan masukan pada pressure reducer dan merubah besarnya derajat pengapian pada engine. Untuk mendapatkan nilai torsi dan daya yang maksimal (lebih tinggi) daripada bensin, maka dapat dilakukan dengan menaikkan tekanan masukan sebesar 2,5 bar dan merubah derajat pengapian sebesar 140 sebelum TMA. b. Bahan bakar CNG memiliki tingkat emisi CO dan HC yang lebih rendah daripada bensin, yaitu sebesar 0,49% untuk emisi CO dan 45 ppm untuk emisi HC, dengan prosentase penurunan 34,66% untuk emisi CO dan 27,41% untuk emisi HC

460

6 . Penghargaan

Ameri Mohammad, Kiaahmadia Farzad, dan Khanaki Mansour. (2012). Comparative Analysis Of The Performance Of A DualFuel Internal Combustion Engine For CNG And Gasoline Fuels. Journal of Power Technologies 92 (4): Iran. Manan, A. dan Setiyawan, A. (2013). Peningkatan Performa Mesin Bensin Berbahan Bakar Compressed Natural Gas dengan Penambahan Timing Advance Processor. Institut Teknologi Sepuluh Nopember: Surabaya. Mathur, M. D, (1986), A Course in Internal Combustion Engine, 3rd edition, Dhanpatrai & Sons., Newdelhi. Pulkrabek, Willard W. (1997). Engineering Fundamental of the Internal Combustion Engine. Prentice Hall: New Jersey. Service manual LJ276M/LJ276MT-2 Gasoline Engine. Shanghai Goka Sports Motor Co., Ltd Setyawan, Atok. (2012), “Pemanfaatan Gas Bumi untuk Kendaraan Bermotor & Perkembangan Teknologinya”, Surabaya, Seminar Nasional Bimtek-BBG.


INTERNALISASI LINGKUNGAN DALAM PROSES PEMBANGUNAN

Recommend Documents