PENGARUH VARIASI PROSENTASE INJEKSI ETANOL HASIL FERMENTASI JERAMI PADI TERHADAP IONISASI PEMBAKARAN, EMISI GAS BUANG dan KINERJA MESIN
RENCANA PROPOSAL DISERTASI
Oleh : ENA MARLINA
MINAT TEKNIK KONVERSI ENERGI
PROGRAM MAGISTER DAN DOKTOR FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ............................................................................................
i
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
ii
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang .....................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...............................................................
4
1.3 Batasan Masalah .................................................................
4
1.4 Tujuan Penelitian .................................................................
4
1.5 Manfaat Penelitian ...............................................................
4
1.6 Sistematika Penulisan...............................................................
5
LANDASAN TEORI 2.1 Penelitian Terdahulu ............................................................
6
2.2 Jerami Padi ..........................................................................
6
2.3 Pemanfaatan Jerami Padi ...................................................
9
2.4 Etanol...................................................................................
10
2.5 Pembuatan Bioetanol ...........................................................
11
2.6 Motor Bakar Torak...................................................................
14
2.6.1 Motor Otto ..................................................................
15
2.6.2 Siklus Thermodinamika Motor Bensin ........................
15
2.7 Unjuk Kerja Motor Bensin........................................................
17
2.7.1 Daya Efektif....................................................................
18
2.7.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik.....................................
18
2.7.3 Effisiensi Thermal Efektif.................................................
19
2.8 Emisi Gas Buang Motor Bensin................................................
19
2.9 Ionisasi Pembakaran.................................................................
20
BAB III KERANGKA PENELITIAN 3.1 Deskripsi Penelitian ..............................................................
22
3.2 Kerangka Konsep Penelitian ................................................
22
3.3 Hipotesa ...............................................................................
24
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN
4.1 Metode Penelitian ................................................................
25
4.2 Variabel Penelitian ...............................................................
25
4.3 Instalasi Penelitian ...............................................................
26
4.4 Alat dan Bahan Penelitian ....................................................
27
4.5 Prosedur Penelitian ..............................................................
29
4.6 Alur Penelitian ......................................................................
30
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................
31
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Jerami Padi .........................................................................
8
Gambar 2.2
Skema Langka Kerja Empat Langkah .................................
16
Gambar 2.3
Siklus Otto ..........................................................................
16
Gambar 2.4
Ilustrasi Radikal Bebas Menabrak Molekul ..........................
22
Gambar 4.1
Instalasi Penelitian ..............................................................
26
Gambar 4.2
Engine Supra X 125 ............................................................
27
Gambar 4.3
Exhaust Gas Analizer..........................................................
27
Gambar 4.4
Dinamometer Cakram .........................................................
28
Gambar 4.5
Oscilloscope dan Ion Probe ...............................................
29
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang Kandungan minyak bumi di dunia semakin menipis dan semakin
berkurang berdasarkan data Ditjen migas pada tahun 2004 menunjukan bahwa ketersediaan minyak bumi di Indonesia sekitar 8.61 milyar barrel sedangkan data terbaru dari Ditjen migas tahun 2011 menunjukan bahwa ketersediaan minyak bumi di Indonesia sekitar 8.61 milyar barrel sedangkan data terbaru dari Ditjen migas tahun 2011 menunjukkan bahwa cadangan minyak bumi di Indonesia tersisa 7.73 milyar barrel. (Ditjen migas, 2010). Dari data tersebut menunjukkan bahwa semakin berkurangnya kandungan minyak bumi di Indonesia. Disamping itu, masalah lain yang menjadi kekhawatiran adalah pencemaran udara yang diakibatkan oleh emisi gas buang kendaraan bermotor. Isu pemanasan global saat ini sudah menjadi hal yang serius, khususnya bagi Indonesia, dan tidak kurang dari 70% disebabkan oleh emisi kendaraan bermotor dan industri. Kendaraan bermotor mengeluarkan zat-zat yang berbahaya yang dapat menimbulkan dampak negatif bagi manusia dan lingkungan. Pada saat ini pemerintah mengalami kesulitan untuk mengendalikan subsidi BBM yang sebagian besar kebutuhannya untuk kendaraan bermotor. Hampir 200 Trilyun Rupiah setiap tahun diperlukan untuk subsidi BBM dan sebagian dibuang ke udara dalam bentuk gas buang hasil pembakaran. Hal ini sangat tidak effisien serta sangat berdampak buruk terhadap manusia dan lingkungan. Hal ini mendorong manusia untuk mencari energy alternatif untuk menggantikan penggunaan minyak bumi sebagai bahan bakar. Salah satu energy alternatif yang dapat digunakan untuk menggantikan minyak bumi sebagai bahan bakar adalah bahan bakar Bioethanol. Bioethanol (C2H5OH) merupakan salah satu biofuel yang hadir sebagai bahan bakar alternatif yang lebih ramah lingkungan dan sifatnya yang terbarukan. Merupakan bahan bakar alternatif yang diolah dari tumbuhan yang memiliki keunggulan karena mampu menurunkan emisi CO2 hingga 18%, dibandingkan dengan emisi bahan bakar fosil seperti minyak tanah ( Anomin, 2007). Bioethanol dapat diproduksi dari berbagai bahan baku yang banyak
terdapat
di
Indonesia,
sehingga
sangat
potensial
untuk
diolah
dan
dikembangkan. Tumbuhan yang potensial untuk menghasilkan bioethanol antara lain tanaman yang memiliki kadar karbohidrat tinggi, seperti tebu, nira, aren, sorgum, ubi kayu, jambu mete, batang pisang, ubi jalar, jagung, bonggol jagung, jerami, dan ampas tebu. (Gusmailina, 2010). Jerami padi mengandung kurang lebih 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa. Kedua bahan polisakarida ini, sama halnya dengan tetes tebu dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol. Potensi produksi jerami padi per ha kurang lebih 10 – 15 ton, keadaan basah dengan kadar air kurang lebih 60%. Jika seluruh seluruh jerami per ha ini diolah menjadi etanol fuel grade ethanol (FGE), maka potensi produk sinya kurang lebih 766 – 1.148 liter/ha FGA. (Gusmailina, 2010). Beberapa penelitian yang telah dilakukan diantaranya : Kurniawan (2014) melakukan penelitian mengenai pembuatan bioetanol dari batang padi, uji performa mesin otto dengan variasi konsentrasi bahan bakar bensin dengan etanol dengan variasi 100% bensin, 75% bensin + 25% etanol, 50% bensin + 50% etanol, 25% Bensin + 75% etanol dan 100% etanol. Dengan variasi pembebanan yaitu dengan menggunakan beban 500, 1000, 1500, 2000, 2500 watt. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan bahan bakar bioethanol memiliki kandungan ethanol sebesar 95% dan hasil uji performa dari mesin otto dengan menggunaan variasi konsentrasi bahan bakar dan variasi pembebanan menunjukkan bahwa Daya, Rpm, Torsi san SFOC dari penggunaan variasi bahan bakar dan pembebanan menunjukkan bahwa semua parameter teersebut mengalami peningkatan apabila dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar bensin. Sutjahyo (2013) melakukan penelitian pada sepeda motor vario 2011, berbahan bakar bioetanol sebagai campuran premium, menggunakan putaran mesin 300 sampai dengan 9000 rpm dengan skala interval 500 rpm untuk mengetahui kinerja torsi, daya, konsumsi bahan bakar dan efisiensi thermal. Penelitian menggunakan metode pengujian rpm berubah pada beban penuh dengan berpedoman pada standart ISO 1585. Hasil pengujian menunjukkan bahwa biopremium (E5,E10,E15 dan E20) dengan campuran bioetanol dari limbah kulit jerami nangka lebih baik dari pada pertamax dari segi kerja mesin, konsumsi bahan bakar dan efisiensi thermal yang dihasilkan. Torsi makimum didapat di E15 (15% bioetanol dan 85% premium) sebesar 2,24 kgf.m dan
peningkatannya sebesar 3,70 % pada 2000 rpm. Peningkatan daya maksimum di dapat di E15 (15% bioetanol dan 85% premium) sebesar 7.10 PS pada 500 rpm dan peningkatannya sebesar 11,57 % pada 6500 rpm. Penurunan konsumsi bahan bakar optimum sebesar 41,837 % pada 5000 rpm didapatkan bahan bakar E15. Penggunaan biopremium dengan campuran bioetanol dari jerami nangka yang terbaik adalah E15 daripada menggunakan E5, E10, E 20 dan pertamax. Nababan ( 2013) Membandingkan kinerja atau performa mesin sepeda motor menggunakan gasoline (RON 88) dengan etanol 96% (RON 117) menguji mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji menggunakan hidrolik dynamometer dengan variasi bahan bakar bensin dan etanol 96%.Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar bensin lebih efisien dimana effisiensi termalnya mencapai 36,60%. Uji emisi gas buang dengan bahan bakar bensin memiliki kadar gas buang karbon monoksida (CO) lebih tinggi dibandingkan bahan bakar etanol 96% sedangkan untuk uji emisi gas buang dengan bahan bakar etanol 96% memiliki kadar gas buang karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) lebih tinggi dibandingkan bahan bakar bensin. Dalam penelitian ini akan disiapkan cara menambahkan etanol dengan biaya yang relatif mudah dan murah serta sederhana, yaitu dengan cara pembuatan bioetanol dari batang padi dengan beberapa langkah. Langkah pertama yaitu persiapan bahan baku pembuatan etanol dari batang padi, etanol didapat dengan cara fermentasi batang padi. Langkah pembuatannya yaitu menghaluskan batang padi sehingga menjadi potongan kecil, selanjutkan ditempatkan pada wadah dan dicampuri dengan ragi, kemudian ditutup selama 14 hari. Setelah 14 hari akan didapatkan hasil fermentasi dari batang padi. Langkah ke dua yaitu dengan pemisahan kandungan air yang masih terdapat dalam hasil dari fermentasi batang padi sehingga didapatkan kandungan etanolnya saja. Langkah ini dilakukan dengan cara destilasi, yaitu metode pemisahan berdasarkan titik didih. Proses ini dilakukan untuk mengambil alkohol dari hasil fermentasi. Dari
penelitian
yang
sudah
dilakukan,
penambahan
etanol
ini
mempengaruhi kinerja dan kualitas gas buang. Namun untuk pengaruh ionisasi pembakaran belum pernah dilakukan dan prosentase campuran etanol yang digunakan cukup kecil. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian tentang injeksi etanol kedalam motor bensin, dengan prosentase variasi campuran etanol yang
lebih besar. Kemudian diamati pengaruhnya terhadap kinerja, emisi dan ionisasi pembakaran.
1.2 Rumusan masalah Berdasarkan uraian yang tercantum pada latar belakang, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah bagaimana pengaruh penambahan gas etanol ke dalam motor bensin terhadap : daya output, specific fuel consumtion (sfc), kualitas gas buang dan ionisasi pembakaran. 1.3 Batasan Masalah Pada penelitian ini, banyak faktor yang mempengaruhi kinerja motor bensin, agar permasalahan tidak melebar maka dibuat batasan masalah sebagai berikut : 1. Uji coba dilakukan pada motor bensin 4 langkah yaitu engine honda supra x 125 (NF125) dengan kapsitas mesin 125 cc. 2. Bahan bakar yang digunakan adalah premium dari pertamina. 3. Etanol yang digunakan diproduksi sendiri dengan menggunakan proses fermentasi dan destilasi. 4. Mesin yang diuji dalam keadaan tidak berjalan (diam). 1.4 Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah penelitian ini, maka tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh penambahan etanol ke dalam motor bensin terhadap kinerja motor yang meliputi daya output dan specific fuel consumtion (sfc), kualitas gas buang (HC, CO) dan ionisasi dalam proses pembakaran. 1.5 Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Memberi sumbangan pemikiran bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan memberikan informasi seluas-luasnya kepada masyarakat tentang Bioetanol, terutama dalam bidang otomotif.
2. Dapat mendukung program pemerintah tentang pemanfaatan energi alternatif dan upaya penghematan bahan bakar minyak serta penggurangan emisi gas buang sehingga pemanasan global dapat dikurangi.
1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan penelitian ini adalah sebagai berikut : •
BAB I PENDAHULUAN Pada bagian ini diuraikan latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah dan manfaat penelitian serta sistematika penulisan.
•
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pada bagian ini dijelaskan beberapa landasan teori dan hasil penelitian yang sudah ada.
•
BAB III METODE PENELITIAN Pada bagian ini diuraikan metode penelitian, spesifikasi peralatan yang digunakan untuk pengujian, susunan instalasi penelitian, cara pengujian dan pengambilan data.
•
BAB IV PEMBAHASAN Dalam bab ini akan dibahas tentang perhitungan dan analisis dari data yang didapat dari hasil penelitian.
•
BAB V PENUTUP Berisi tentang kesimpulan hasil penelitian serta saran-saran untuk penelitian selanjutnya.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.
Penelitian Sebelumnya Kurniawan (2014) melakukan penelitian mengenai pembuatan bioetanol
dari batang padi, uji performa mesin otto dengan variasi konsentrasi bahan bakar bensin dengan etanol dengan variasi 100% bensin, 75% bensin + 25% etanol, 50% bensin + 50% etanol, 25% Bensin + 75% etanol dan 100% etanol. Dengan variasi pembebanan yaitu dengan menggunakan beban 500, 1000, 1500, 2000, 2500 watt. Dari hasil pengujian yang telah dilakukan bahan bakar bioethanol memiliki kandungan ethanol sebesar 95% dan hasil uji performa dari mesin otto dengan menggunaan variasi konsentrasi bahan bakar dan variasi pembebanan menunjukkan bahwa Daya, Rpm, Torsi san SFOC dari penggunaan variasi bahan bakar dan pembebanan menunjukkan bahwa semua parameter teersebut mengalami peningkatan apabila dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar bensin. Sutjahyo (2013) melakukan penelitian pada sepeda motor vario 2011, berbahan bakar bioetanol sebagai campuran premium, menggunakan putaran mesin 300 sampai dengan 9000 rpm dengan skala interval 500 rpm untuk mengetahui kinerja torsi, daya, konsumsi bahan bakar dan efisiensi thermal. Penelitian menggunakan metode pengujian rpm berubah pada beban penuh dengan berpedoman pada standart ISO 1585. Hasil pengujian menunjukkan bahwa biopremium (E5,E10,E15 dan E20) dengan campuran bioetanol dari limbah kulit jerami nangka lebih baik dari pada pertamax dari segi kerja mesin, konsumsi bahan bakar dan efisiensi thermal yang dihasilkan. Torsi makimum didapat di E15 (15% bioetanol dan 85% premium) sebesar 2,24 kgf.m dan peningkatannya sebesar 3,70 % pada 2000 rpm. Peningkatan daya maksimum di dapat di E15 (15% bioetanol dan 85% premium) sebesar 7.10 PS pada 500 rpm dan peningkatannya sebesar 11,57 % pada 6500 rpm. Penurunan konsumsi bahan bakar optimum sebesar 41,837 % pada 5000 rpm didapatkan bahan bakar
E15. Penggunaan biopremium dengan campuran bioetanol dari jerami nangka yang terbaik adalah E15 daripada menggunakan E5, E10, E 20 dan pertamax. Nababan ( 2013) Membandingkan kinerja atau performa mesin sepeda motor menggunakan gasoline (RON 88) dengan etanol 96% (RON 117) menguji mesin otto empat langkah berkapasitas 109,1 cc diuji menggunakan hidrolik dynamometer dengan variasi bahan bakar bensin dan etanol 96%.Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar bensin lebih efisien dimana effisiensi termalnya mencapai 36,60%. Uji emisi gas buang dengan bahan bakar bensin memiliki kadar gas buang karbon monoksida (CO) lebih tinggi dibandingkan bahan bakar etanol 96% sedangkan untuk uji emisi gas buang dengan bahan bakar etanol 96% memiliki kadar gas buang karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) lebih tinggi dibandingkan bahan bakar bensin. 2.2.
Jerami Padi Indonesia dikenal sebagai salah satu negara agraris yang subur. Negara
agraris adalah negara yang sebagian besar penduduknya mempunyai mata pencaharian sebagai petani. Indonesia yang terkenal sebagai negara yang mempunyai wilayah yang luas, mempunyai potensi di bidang pertanian. Salah satunya adalah pertanian padi. Sepanjang tahun produksi padi menghasilkan limbah berupa jerami padi dalam jumlah yang besar. Jerami padi biasa dimanfaatkan sebagai pakan ternak dan bahan kompos. Namun ada juga yang hanya membakar jerami padi langsung di areal sawah. Jerami padi juga dapat dimanfaatkan sebagai substrat industri dengan mencampurkannya dengan bahan lain sesuai produk yang ingin dihasilkan. Jerami padi merupakan limbah pertanian terbesar di indonesia. Jumlahnya sekitar 20 juta per tahun. Menurut data BPS tahun 2006, luas sawah di Indonesia adalah 11,9 juta ha. Produksi per hektar sawah bisa mencapai 12 15 ton bahan kering setiap kali panen. Sejauh ini pemanfaatan jerami padi sebagai pakan ternak baru mencapai 31 – 39%, sedangkan yang dibakar atau dimanfaatkan sebagai pupuk 36 – 62 %, dan sekitar 76 – 16 % digunakan untuk keperluan industri ( Safan, 2008). Jerami padi merupakan bagian dari batang padi tanpa akar yang tertinggal setelah diambil butir buahnya. Peningkatan produksi padi juga diiringi peningkatan limbah jerami padi. Banyaknya jerami padi yang belum dimanfaatkan secara optimal mendorong para peneliti mengembangkan potensi jerami padi menjadi sesuatu
yang mempunyai nilai ekonomi tinggi. Berikut ini adalah komponen yang ada dalam jerami padi: Selulosa 39%, Hemiselulosa 27%, Lignin 12%, Abu 11%.
Gambar 2.1 Jerami Padi Sumber :
Selulosa adalah polimer yang tersusun atas unit-unit glukosa melalui ikatan α - 1,4 – glikosida. Bentuk polimer ini memungkinkan selulosa saling menumpuk/terikat menjadi bentuk serat yang sangat kuat. Panjang molekul selulosa ditentukan oleh jumlah unit 4 glucan didalam polimer, disebut dengan derajat polimerisasi. Derajat polimerisasi selulosa tergantung pada jenis tanaman dan umumnya dalam kisaran 200 – 27.000 unit glukosa. Selulosa dapat dihidrolisis menjadi glukosa dengan menggunakan asam atau enzim ( safan, 2008). Hemiselulosa mirip dengan selulosa, namum tersusun dari bermacammacam jenis gula, monomer gula penyusun hemiselulosa teriri dari monomer gula berkarbon 5 (C-5) dan 6 (C-6), seperti : xylosa, mannose, glukosa, galaktosa, arabinosa, dan sejumlah kecil rhamnosa, asam glukoroat, asam metal glukoroat, dan asam galaturonat ( safan.wordpress.com, 2008). Sedang lignin adalah molekul kompleks yang tersususn dari unit phenylphropane yang terikat di dalam struktur 3 dimensi. Lignin adalah material yang paling
kuat dalam biomassa, namun sangat resisten terhadap degradasi, baik secara biologis, enzimatis, maupun kimia. Karena kandungan karbon yang relatif tinggi dibandingkan dengan selulosa dan hemiselulosa lignin memiliki kandungan energi yang tinggi. (safan, 2008). Lignin merupakan salah satu bagian yang berbentuk kayu dari tanaman seperti janggel, kulit beras, biji, bagian serabut kasar, akar, batang dan daun. Lignin mengandung substansi yang kompleks dan merupakan suatu gabungan beberapa senyawa yaitu, karbon, hidrogen dan oksigen. Selain lignin, bagian lain dari jerami adalahselulosa. Selulosa merupakan polisakarida yang didalamnya mengandung zat-zat gula ( Hari Hartadi,1983) Secara alami lignin berwarna coklat. Kalau jerami berubah warna menjadi agak putih, berarti ada sebagian lignin yang hilang. Lignin membuat jerami menjadi keras dan liat. Kalau jerami menjadi lebih lunak dari jerami aslinya, berarti pelindung ligninnya sudah mulai rusak.
2.3. Pemanfaatan Jerami Padi Pemanfaatan substrat jerami padi sebagai media fermentasi yang banyak mengandung selulosa untuk pertumbuhan mikroorganisme memiliki prospek yang cerah dimasa yang akan datang, karena memberikan alternatif biaya yang lebih murah jika dibandingkan dengan pembuatan enzim dengan menggunakan bahan-bahan kimia sintetik sebagai media pertumbuhan mikroorganisme. Produksi enzim selulase dengan menggunakan substrat jerami padi yang mengandung selulosa ini juga akan menghasilkan produk-produk lain yang berguna bagi manusia seperti glukosa, etanol, protein sel tunggal dan lain-lain (Darwis dan Sukara,1990). Enzim selulosa sendiri sangan penting perannya dalam hidrolisis selulosa untuk menghasilkan glukosa, yang laku dipasaran dan dibutuhkan untuk berbagai keperluan baik untuk keperluan pembuatan zat-zat kimia yang lain yang bernilai ekonomis lebih tinggi seperti etanol, aseton, dan asam-asam organik, maupun digunakan sebagai sumber karbon pengusahaan mikroba untuk produksi enzim dan antibiotik (Gunam et al.,2004). Jerami padi merupakan limbah pertanian yang memiliki kandungan selulosa cukup tinggi ( juliano,1985 ). Memungkinkan untuk dimanfaatkan sebagai media pertumbuhan mikroorganisme untuk memproduksi enzim
selulosa. Sejauh ini, konsentrasi substrat jerami padi yang dibutuhkan untuk produksi enzim selulosa yang optimal dari mikroorganisme pada fermentasi dengan menggunakan media dari serbuk jerami padi belum diketahui secara pasti. Pembuatan enzim selulosa dari limbah jerami padi sebagai substrat dengan menggunakan mikroorganisme sebagai penghasil enzim, selain mudah diabaikan, mikroorganisme juga mempunyai kecepatan tumbuh yang tinggi dan mudah di kontrol pertumbuhannya. Jenis fungi yang biasa digunakan dalam produksi selulosa antara lain sebagai berikut : Aspergillus niger, Aspergillus fumigates, Aspergillus nidulans, Neurospora sitophila, Tricoderma vitide, Tricorderma longibrachiatum, dan Saccharomyces cerevisiae. Sedangkan bakteri yang bisa menghasilkan selulosa adalah Pseudomonas, Cellulomonas, Bacillus, Micrococcus, Cellovibro dan Sporosphytophaga. 2.4 Etanol Etanol disebut etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau alkohol saja, adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan seharihari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada minuman beralkohol dan thermometer modern. Etanol termasuk kedalam alkohol rantai tunggal, dengan rumus kimia C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Ia merupakan isomer konstitusional dari dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi “et” merupakan singkatan dari gugus etil (C2H5). Fermentasi gula menjadi etanol merupakan salah satu reaksi organik paling awal yang pernah dilakukan manusia. Efek dari konsumsi etanol yang memabukkan juga telah diketahui sejak dulu. Pada zaman modern, etanol yang ditujukan untuk kegunaan industri dihasilkan dari produk sampingan pengilangan minyak. a. Sifat Fisika 1. Rumus molekul
: C2H5OH
2. Massa molar
: 46,07 g/mol
3. Penampilan
: cairan tak berwarna
4. Densitas
: 0,798 g/cm3
5. Titik lebur
: -114,3
6. Titik didih
: 78,4
7. Kelarutan dalam air
: tercampur penuh
8. Keasaman ( ρKa )
: 15,9
9. Viskositas
: 1,200 cp (200C)
10. Faktor Kompresibilitas kritis
: 0,248
11. Panas Penguapan pada titik didih normal
: 839,31 J/g
12. Tekanan kritis
: 6383,48 kpa
13. Panas Pembakaran
: 29676,69 J/g
b. Sifat Kimia 1. Dapat bereaksi dengan metal seperti natrium dan kalium untuk membentuk metal etoksid( ethylate) 2C2H5OH + 2M
2C2H5OM + H2
2. Dengan penambahan asetilena akan membentuk etyl vinyl eter C2H5OH + HC ≡ CH 3. Dengan
penambahan
C2H5OHC = CH2 katalis
alkohol
pada
asetilena
akan
menghasilkan asetal 2C2H5OH + RCHO
RCH (OCH2CH3)2 + H2O
4. Dehidrasi pada etanol C2H5OH 2C2H5OH
CH2 = CH2 + H2O C2H5OCH2CH3 + H2O
5. Ptoses dehidrogenasi etanol C2H5OH
CH3CHO + H2
2.5. Pembuatan Bioetanol Bioetanol adalah etanol yang berasal dari sumber hayati. Bioetanol bersumber dari karbohidrat yang potensial sebagai bahan baku seperti tebu, nira, sorgum, ubi kayu, garut, ubi jalar, sagu, jagung, jerami, bonggol jagung dan kayu. Setelah melalui proses fermentasi,dihasilkan etanol (www.energi.lipi.go.id) . Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Etanol merupakan kependekan dari etil alkohol (C2H5OH), sering disebut grain alkohol. Etanol adalah senyawa organik yang terdiri dari karbon, hidrogen dan oksigen, sehingga dapat dilihat sebagai derivat senyawa hidrokarbon yang mempunyai gugus hidroksil dengan rumus C2H5OH. Etanol merupakan zat cair, tidak berwarna, berbau spesifik, mudah terbakar dan menguap, dapat bercampur dengan air dengan segala perbandingan.
a. Sifat-sifat fisik etanol Rumus molekul
: C2H5OH
BM
: 46,07 gram/mol
Titik didih pada 760 mmHg
: 78,4oC
Titik beku
: -112oC
Densitas
: 0,789 gr/ml pada 20oC
Kelarutan dalam 100 bagian : Air
:sangat larut
Eter
:sangat larut
b.Sifat kimia 1. Dihasilkan dari fermentasi glukosa C6H12O6
2C2H5OH + 2CO2
2. Untuk minuman diperoleh dari peragian karbohidrat, ada dua tipe yaitu tipe pertama mengubah karbohidratnya menjadi glukosa kemudian menjadi etanol, tipe yang lain menghasilkan cuka (asam asetat) 3. Pembetukan etanol C6H12O6
enzim
2CH3CH2OH + 2CO2
(glukosa)
( etanol)
(karbondioksida)
4. Pembakaran etanol CH3CH2OH +3O2
2CO2 + 3H2O + Energi
Bahan bakar etanol pertama kali dibuat secara sintetik pada tahun 1826 secara terpisah oleh Henry Hennel dari Britania Raya dan S.G. Serullas dari prancis. Pada tahun 1828, Michael Faraday berhasil membuat etanol dari hidrasi etilena yang dikatalisis oleh asam. Proses ini mirip dengan proses sintesis etanol industri modern. Etanol telah digunakan sebagai bahan bakar lampu di Amerika Serikat sejak tahun 1840, namun pajak yang dikenakan pada alkohol industri semasa perang saudara Amerika membuat penggunaannya tidak ekonomis. Pajak ini dihapuskan pada tahun 1906 dan sejak tahun 1908 otomobil Ford model T telah dapat dijalankan dengan etanol. Namun dengan adanya pelarangan minuman beralkohol pada tahun 1920, para penjual bahan bakar etanol dituduh berkomplot dengan penghasil minuman alkohol ilegal, dan bahan bakar etanol kemudian ditinggalkan penggunaanya sampai akhir abad ke – 20. Pemakaian etanol sebagai sumber energi dalam industri dan kendaraan akan
sangat
mengurangi
pembuangan
gas
CO2
yang
mengakibatkan
pemanasan global. Cepat atau lambat sumber minyak (Fosil Fuel) akan habis karena persediaannya terbatas. Minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Keterbatasan itu mendorong negara industri melirik etanol (biofuel) sebagai sumber energi alternatif. Selain terus menerus dapat diproduksi oleh mikroorganisme, etanol juga ramah lingkungan.
Beberapa keunggulan dari penggunaan etanol sebagai bahan bakar , yaitu: 1. Diproduksi dari tanaman yang bersifat renewable 2. Mengandung kadar oksigen sekitar 35% sehingga dapat terbakar lebih sempurna. 3. Penggunaan etanol dapat menurunkan emisi gas rumah kaca. 4. Pembakaran tidak menghasilkan partikel timbal dan benzena yang bersifat karsinogenik ( penyebab kanker). 5. Mengurangi emisi fine-particulates yang membahayakan kesehatan manusia. 6. Mudah larut dalam air dan tidak mencemari air permukaan dan air tanah. Proses destilasi dapat menghasilkan etanol dengan kadar 96%, untuk digunakan sebagai bahan bakar perlu lebih dimurnikan lagi hingga mencapai 99,5% yang sering disebut Fuel Grade Ethanol (FGE). Mengingat pemanfaatan etanol yang beraneka ragam, maka kadar etanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan penggunaannya. Etanol yang mempunyai kadar 9096,5% dapat digunakan pada industri, sedangkan etanol yang mempunyai kadar 96 – 99,5 % dapat digunakan sebagai campuran untuk minuman keras dan bahan dasar industri farmasi. Etanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan harus betul-betul kering dan anhydrous supaya tidak korosif, sehingga etanol harus mempunyai kadar sebesar 99,5 – 100%. Perbedaan besarnya kadar akan berpengaruh terhadap proses pengolahan karbohidrat menjadi glukosa larut air. Jerami padi mengandung kurang lebih 39% selulosa dan 27,5% hemiselulosa (dasar berat kering). Kedua bahan polisakarida ini, sama halnya dengan tetes tebu dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi bioetanol. Potensi jerami padi per ha kurang lebih 1015 ton, keadaan basah dengan kadar air kurang lebih 60%. Jika seluruh jerami per ha ini diolah menjadi etanol
Penggunaan bioetanol dalam premium disamping dapat meningkatkan volume bahan bakar, juga dapat meningkatkan nilai oktan karena etanol dapat mengganti peran tetra Ethyl Lead (TEL) sebagai zat aditif peningkat nilai oktan yang
sekarang
ini
banyak
digunakan
sebagai
bahab
adiktif
dalam
bensin/premium. 2.6 Motor Bakar Torak Motor bakar (thermal Engine) adalah mesin yang mengubah tenaga panas menjadi tenaga mekanik. Energi panas diperoleh dari hasil pembakaran bahan
bakar
yang
dirubah
menjadi
energi
mekanik
digunakan
untuk
menggerakkan mesin ( Toyota Astra Motor, 1995 : 90). Energi panas Motor bakar torak termasuk salah satu jenis penggerak mula yang mengubah energi kimia bahan bakar ke dalam bentuk energi panas atau potensial gas hasil pembakaran untuk melakukan kerja mekanik. Proses ini berlangsung dalam ruangan yang dibatasi dinding silinder, kepala silinder, dan puncak torak, sehingga motor bakar ini termasuk dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Gas yang dihasilkan dari proses pembakaran tersebut berfungsi sebagai fluida kerja yang digunakan untuk menggerakkan torak yang oleh batang penghubung dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi dari torak mengakibatkan terjadinya gerak rotasi atau putaran pada poros engkol dan begitu juga sebaliknya gerak rotasi dan poros engkol mengakibatkan gerak translasi pada torak. Berdasarkan jenis penyalaannya motor bakar dibagi 2 macam, yaitu: 1. Spark Ignition Engines (SIE), proses penyalaan bahan bakar dengan bantuan loncatan bunga api listrik diantara dua elektroda busi, yaitu pada motor bensin 2. Compression Ignition Engines (CIE), proses penyalaan bahan bakar terjadi dengan sendirinya karena adanya tekanan dan temperatur yang tinggi dalam silinder, yaitu pada motor diesel Selain berdasarkan jenis penyalaannya, motor bakar torak dapat juga dibedakan berdasarkan jumlah langkahnya tiap siklus, yakni motor bakar dua langkah dan motor bakar empat langkah. Motor bakar dua langkah adalah motor bakar yang memerlukan dua kali langkah torak dalam satu kali siklus kerjanya. Sedangkan motor bakar empat langkah adalah motor bakar yang dalam satu kali siklus kerjanya memerlukan empat kali langkah torak. Satu kali langkah torak
adalah gerak torak dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) atau sebaliknya.
2.6.1 Motor Otto Motor Otto atau lebih dikenal dengan motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi digunakan untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara. Karburator adalah tempat pencampuran bahan bakar dengan udara, dimana bahan bakar tersebut disemprotkan melalui pilot dan main jet akibat perbedaan tekanan pada lubang venturi yang dialiri oleh udara. Campuran tersebut kemudian masuk ke dalam ruang bakar melalui intake manifold dan dibakar oleh percikan bunga api listrik dari busi menjelang langkah kompresi, sehingga menghasilkan gas pembakaran sebagai fluida kerja yang digunakan untuk melakukan kerja. 2.6.2 Siklus Termodinamika Motor Bensin Proses termodinamika dan kimia yang terjadi di dalam motor bakar torak sangat kompleks untuk dianalisis menurut teori. Untuk memudahkan analisis perlu membayangkan bahwa proses tersebut sebagai suatu keadaan yang ideal, akan tetapi dengan sendirinya akan semakin jauh menyimpang dari keadaan yang
sebenarnya.
Pada
mesin
yang
ideal
proses
pembakaran
yang
menghasilkan gas bertekanan dan bertemperatur tinggi tersebut dimisalkan sebagai proses pemasukan panas ke dalam fluida kerja di dalam silinder. Pada motor Otto empat langkah torak bergerak dari Titik Mati Atas (TMA) ke Titik Mati Bawah (TMB), dimana setiap kali bergerak dari TMA ke TMB ataupun dari TMB ke TMA dihitung satu kali langkah. Oleh karena itu pada motor bakar empat langkah pada setiap siklusnya terdiri dari empat kali gerakan torak atau dua kali putaran poros engkol. Untuk memperjelas prinsip kerja motor Otto empat langkah tersebut, dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut
Gambar 2.2 Skema langkah kerja motor bakar empat langkah Sumber: Arismunandar, 2002:8
Dengan siklus termodinamika atau siklus udara standar dipergunakan udara sebagai fluida kerja dalam sebuah sistem tertutup, seperti pada gambar 2.4
Gambar 2.3 Siklus Otto Teoritis (a) dan Siklus Otto Aktual (b) Sumber: Arismunandar, 2002:8
1. Langkah isap (Suction Stroke) (0-1) Langkah isap terjadi pada proses isobarik. Langkah isap dimulai pada TMA, yaitu bila torak mulai bergerak ke bawah menuju TMB. Pada aktualnya katup isap sudah terbuka sebelum torak mencapai TMA, hal ini untuk menghasilkan lubang isap yang luas pada langkah isap volumenya semakin besar tetapi nilai tekanannya tidak konstan seperti yang terjadi pada siklus ideal. Pada langkah isap aktual nilai tekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer agar udara dapat masuk kedalam ruang silinder.
2. Langkah kompresi (Compression Stroke) (1-2) Torak bergerak dari posisi TMB ke TMA, dengan KI dan KB tertutup, sehingga terjadi proses kompresi yang mengakibatkan tekanan dan temperatur di dalam silinder. Ketika langkah kompresi proses yang seharusnya terjadi adalah isentropik (adiabatic dan reversible), tetapi pada aktualnya tidak terjadi adibatik karena adanya perpindahan panas. 3. Langkah pembakaran (2-3) Pada siklus ideal proses yang terjadi adalah isokhorik. Pada siklus ideal pembakaran dimulai dengan percikan bunga api ketika torak berada pada TMA, tetapi pada siklus aktual pembakaran dimulai sebelum mencapai titik TMA, hal ini karena jika busi dinyalakan ketika TMA maka ada kemungkinan denotasi yang dapat menyebabkan knocking, karena bahan bakar tidak mampu menahan kompresi yang tinggi. Di dalam siklus Otto ideal berbagai kondisi operasi puncak lebih tinggi. Dalam siklus aktual puncak terpancung, karena proses pembakaran bukanlah penambahan panas pada volume tetap, yaitu pada TMA, tetapi suatu reaksi kimia yang berlangsung dalam suatu periode waktu mencakup bagian akhir langkah kompresi dan bagian langkah kerja mesin. 4. Langkah ekspansi (Expansion Stroke) (3-4) Langkah kerja dimulai dari posisi torak pada TMA dan berakhir pada posisi TMB saat KB mulai terbuka pada awal langkah buang. Langkah ekspansi pada proses ini sering disebut dengan power stroke atau langkah kerja. Langkah ekspansi pada aktual tidak isentropik seperti siklus ideal, hal ini karena terjadi perpindahan panas. 5. Langkah buang (4-1) Langkah buang dimulai pada TMB, yaitu ketika torak menuju TMA dengan kondisi katup buang terbuka dan katup isap tertutup. Pada langkah buang aktual tidak terjadi proses volume konstan seperti siklus ideal, hal ini karena katup buang terbuka sebelum torak mencapai TMB setelah proses ekspansi. 2.7 Unjuk Kerja Motor Bensin Pertimbangan pengujian suatu engine ditentukan oleh unjuk kerja engine dan kadar emisi gas buang hasil pembakaran. Unjuk kerja menjadi penting karena berkaitan dengan tujuan penggunaan engine dan faktor ekonomisnya sedangkan tinggi rendahnya emisi gas buang berhubungan dengan faktor lingkungan.
Unjuk kerja suatu motor pembakaran dalam dengan system penyalaan cetus (spark ignition engine) adalah sebagai berikut: 1. Daya efektif (Ne). 2. Pemakaian bahan bakar spesifik (sfc). 2.7.1 Daya Efektif (Ne) Daya efektif merupakan daya yang dihasilkan oleh poros engkol untuk menggerakkan beban. Daya efektif ini dibangkitkan oleh daya indikasi, yaitu suatu daya yang dihasilkan oleh torak, dimana sebagian daya ini digunakan untuk mengatasi gesekan mekanis, misalnya gesekan atara torak dan diding silinder, gesekan antara poros dan bantalan, untuk menggerakkan peralatan bantu (pendingin,kipas radiator dll), dan lainnya. Daya efektif didapatkan dengan mengalikan torsi (T) dengan kecepatan angular poros (ῶ). Persamaannya adalah sebagai berikut : = .ῶ =
. . . .
Dengan :
=
. ,
[PS] .........................................................................(2.4)
Ne
= daya efektif (PS)
T
= torsi (Kg.m)
ῶ
= kecepatan angular poros (rad/detik)
2.7.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah jumlah bahan bakar yang diperlukan untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1 PS selama 1 jam. Konsumsi bahan bakar diukur dengan menggunakan tabung ukur yang telah diketahui volumenya. Bahan bakar akan dialirkan melalui tabung ukur ini kemudian diamati waktu yang diperlukan untuk menghabiskan bahan bakar sebesar volume tersebut pada saat mesin bekerja. Konsumsi bahan bakar tersebut dikonversikan kedalam satuan kg/jam, maka akan diperoleh rumusan : = . Dengan :
.
[
. !"# ]……………………………………………….(2.5)
Fc
= konsumsi bahan bakar (kg.jam-1)
b
= volume bahan bakar selama t detik (ml)
t
= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak b ml (dt) .
= berat spesifik bahan bakar (kg.lt-1)
Dari nilai konsumsi bahan bakar (Fc) didapat nilai specific fuel consumtion(SFC) dengan persamaan sebagai berikut : $ % =
&' [ ()
. *$ # !"# ]………………………………………………..(2.6)
Dengan : SFC
= konsumsi bahan bakar spesifik (kg.PS-1.jam-1)
Fc
= konsumsi bahan bakar (kg.jam-1)
Ne
= daya efektif (PS)
Konsumsi bahan bakar spesifik ini dapat dijadikan ukuran ekonomis dan tidaknya pemakaian bahan bakar. 2.7.3 Effisiensi Termal Efektif Efisiensi termal efektif merupakan perbandingan antara kalor yang dirubah menjadi daya efektif dengan kalor yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal efektif merupakan suatu ukuran untuk mengetahui ekonomis atau tidaknya dalam pemakaian bahan bakar, karena nilai dari efisiensi termal efektif berbanding terbalik dengan nilai komsumsi bahan bakar spesifik. Jadi jika konsumsi bahan bakar spesifik efektif semakin turun, maka efisiensi termal efektif akan meningkat. Besarnya efisiensi termal efektif dihitung dengan rumus :
+) =
,) 632. ) 632 = = (%) , 012 $ %. 012
6 7 !7 ∶ +) = efisiensi termal efektif (%) ,) = jumlah kalor yang digunakan untuk daya efektif (kkl.kg-1) , = jumlah kalor pembakaran bahan bakar dan udara (kkl.kg-1) 012 = nilai kalor rendah bahan bakar (kkal.kg-1) 2.8 Emisi Gas Buang Motor Bensin Bahan bakar bensin mengandung campuran dari beberapa hidrokarbon dan jika terbakar secara sempurna, pada gas buang hanya akan mengandung karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O) serta udara yang tidak ikut dalam proses pembakaran. Namun untuk beberapa alasan pembakaran yang terjadi adalah tidak sempurna dan akan terdapat karbon monoksida (CO), gas beracun yang mematikan dan hidrokarbon yang tidak terbakar (unburned hidrocarbon,
UBHC) pada gas buang. Disamping CO dan HC, emisi utama yang ketiga adalah oksida dari nitrogen (NO ) yang terbentuk oleh reaksi antara nitrogen dengan x
oksigen karena temperatur pembakaran yang tinggi. Kadar emisi gas buang ini diukur dengan menggunakan gas analyzer. Menurut standar Euro 3, kendaraan roda dua dengan kapasitas silinder kurang dari 50 sentimeter kubik hanya boleh menghasilkan 0,8 gram/kilometer HC; 0,15 gram/kilometer NOx; dan 2 gram/kilometer CO. Sementara kendaraan roda dua dengan kapasitas silinder lebih dari 50 sentimeter kubik hanya boleh menghasilkan 0,3 gram/kilometer HC; 0,15 gram/kilometer NOx; dan 2 gram/kilometer CO. 2.9 Ionisasi Pembakaran Ion merupakan atom atau molekul-molekul yang bermuatan, sedangkan molekul atau atom bermuatan akibat pemutusan ikatan molekul-molekul yang disebut radikal bebas. Molekul atau atom bermuatan tersebut sangat mudah bereaksi karena ketidakstabilan muatannya. Ia akan mudah tertarik oleh molekulmolekul dengan muatan berlawanan. Jadi agar reaksi pembakaran bisa berlangsung maka molekul-molekul bahan bakar dibuat bermuatan dengan cara melepas satu atau beberapa elektron dari kulit terluar atom atau memutus ikatan rantai molekul. Radikal bebas ini jika menghamtam (menumbuk) molekul lainnya dapat menyebabkan jarak ikatan molekul tersebut merenggang dan mengkerut secara periodik seperti diilustrasikan pada gambar 2.4 berikut :
Gambar 2.4 Ilustrasi radikal bebas menabrak molekul Sumber : Wardana, 2008
Ionisasi pembakaran merupakan ion-ion yang terbentuk dari hasil pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar. Untuk mengetahui besarnya ionisasi pembakaran dalam ruang bakar digunakan ion probe yang dihubungkan dengan oscilloscope, dimana pada oscilloscopeakan dihasilkan sebuah grafik yang mana besarnya ionisasi pembakaran ditentukan oleh sumbu y atau sumbu vertical. Disamping itu juga terdapat parameter waktu pembakaran, yaitu waktu yang dibutuhkan untuk membakar campuran bahan bakar dengan udara didalam ruang bakar. Waktu pembakaran ini dapat dilihat pada sumbu x oscilloscope.
BAB III KERANGKA KONSEP PENELITIAN
3.1 Diskripsi Penelitian Penelitian ini merupakan aplikasi dan penerapan ilmu serta teknologi tepat guna, sekaligus merupakan salah satu pemecahan terhadap masalah krisis energi, yakni pemanfaatan sumber bahan bakar alternatif yang terbarukan dan menunjang program pemerintah dalam hal penghematan pemakaian Bahan Bakar Minyak, terutama konsumsi BBM untuk kendaraan bermotor. Penelitian ini menggunakan mesin uji kendaraan motor bensin yaitu mesin Honda supra x 125 dengan system karburator. Mesin ini sudah dimodifikasi dengan menggunakan sistem injeksi bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi dan destilasi dengan metode pemisahan berdasarkan perbedaan titik didih. Penelitian ini menggunakan variasi konsentrasi bahan bakar yaitu dengan variasi 100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol. Penelitian ini akan menganalisa hubungan konsumsi penambahan bioetanol ke dalam ruang bakar terhadap daya output, konsumsi bahan bakar (SFC), emisi gas buang hasil pembakaran serta ionisasi pembakaran. 3.2 Kerangka Konsep Kinerja mesin bensin hasil modifikasi ini sangat tergantung pada prosentase bioetanol yang dimasukkan ke dalam ruang bakar. Etanol hasil fermentasi dan destilasi dimasukkan ke dalam ruang bakar melalui intake manifold yang sudah dimodifikasi. Prosentase etanol yang dimasukkan ditentukan yaitu : 100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol. Hasil yang diukur adalah : 1. Kinerja (Daya, sfc dan efisiensi) 2. Emisi gas buang (CO, HC) 3. Ionisasi pembakaran (voltase dan waktu pembakaran)
UNJUK KERJA MESIN
Sutjahyo (2013): Sepeda motor Vario 2011 dengan variasi Bioetanol dari jerami kulit nangka E5, E10, E15, dan E20. Kurniawan (2014): Pada mesin Genset dengan daya 2500 watt (mak), 2800 rpm, dengan variasi etanol dari jerami padi 25%, 50%, 75% dan 100%. Nababan (2013): Mesin 4 Tak 109,1 CC dengan variasi bensin dan etanol 96%.
INJEKSI ETANOL Melalui Intake Manifold Campuran etanol ditentukan : 100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol.
Engine Motor Bensin 4 TAK “HONDA SUPRA-X 125 Putaran mesin ditentukan : 1700 rpm, 2200 rpm, 2700 rpm, 3200 rpm, 3700 rpm, 4200 rpm.
Pengamatan : • Volume bahan bakar dalam 5 menit • Gaya pengereman • Putaran roda • Gambar ionisasi pada Oscilloscope • Emisi gas buang •
Hasil Perhitungan dan Analisa : • Ionisasi Pembakaran (mV) • Waktu Pembakaran (ms) • Daya Efektif (PS) • SFC • Efisiensi Termal (%) • Emisi Gas Buang (NO, HC)
3.3 Hipotesis Penelitian ini diarahkan dalam rangka meningkatkan kinerja motor bensin (daya efektif, sfc, emisi gas buang serta ionisasi pembakaran) dengan memvariasikan jumlah etanol yang dimasukkan kedalam ruang bakar. Dari uraian diatas maka hipotesis yang melandasi penelitian ini adalah adanya hubungan antara penambahan etanol dan kinerja Motor bensin empat langkah yaitu “Penambahan etanol dapat meningkatkan kinerja (daya efektif, SFC, emisi gas buang dan ionisasi pembakaran) motor bensin empat langkah”
BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Metode Penelitian Metode penelitian yang digunakan adalah metode eksperimental (experimental method). Jenis penelitian ini digunakan untuk menguji pengaruh dari suatu perlakuan atau desain baru terhadap proses. Pengaruh dari beberapa perlakuan yang berbeda terhadap suatu percobaan akan dibandingkan sehingga diperoleh suatu kejadian yang saling berhubungan. Dengan cara ini akan di uji pengaruh penambahan etanol terhadap kinerja motor bakar empat langkah. 4.2. Variabel Penelitian Variabel yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari tiga jenis, yaitu variabel bebas, variabel terikat dan variabel terkontrol. 1. Variabel Bebas (Independent variable) Variabel bebas adalah variabel yang bebas ditentukan nilainya sebelum dilakukan penelitian. Variabel bebas yang ditetapkan dalam penelitian ini adalah: Variasi penambahan etanol dalam hal ini ditentukan100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol. 2. Variabel terkontrol (Controlled variable) Variabel terkontrol adalah variabel yang nilainya ditentukan peneliti dan dikondisikan konstan. Dalam penelitian ini variabel terkontrolnya adalah temperatur air di mesin pada saat pengujian 60OC, motor yang digunakan adalah motor Honda supra x 125, putaran mesin yang digunakan 1700 rpm, 2200 rpm, 2700 rpm, 3200 rpm, 3700 rpm dan 4200 rpm. 3. Variabel Terikat (dependent variable) Variabel terikat adalah variabel yang nilainya sangat tergantung pada variabel bebas dan merupakan hasil dari penelitian. Variabel terikat yang diamati dalam penelitian ini adalah: Daya motor, SFC, Emisi Gas Buang (HC, CO,), Ionisasi Pembakaran dan Waktu Pembakaran.
4.3 Instalasi Penelitian Instalasi penelitian yang digunakan pada penelitian ini terlihat seperti skema pada gambar 4.1.
Gambar 4.1. Instalasi Penelitian
4.4 Peralatan dan Bahan Penelitian Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah : 1. Engine supra x 125 Engine ini diletakkan stand alone dan sudah dimodifikasi menggunakan Bioetanol, tangki bahan bakar diberi gelas ukur dan dihubungkan pula dengan pengukur torsi, sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4.2
Gambar 4.2 Engine supra x 125
2. Exhaust Gas Analizer Untuk menganalisa kandungan gas hasil emisi gas buang yang keluar dari knalpot , adapun spesifikasinya : • Merk : STAR GAS 898 GLOBAL DIAGNOSTIC SYSTEM • Volt : 220 • Hertz : 50/60 • Watt : MAX 70 • Pressure : 860 : 1060 PA • Warming up : MAX 30 SEC • Zero set : automatic • Check : automatic • Tahun : 2006 Gas analyzer dapat di lihat pada gambar 4.3 sebagai berikut :
Gambar 4.3 Exhaust gas analizer
3. Dinamometer Tipe Rem Cakram Dinamometer adalah suatu alat ukur yang digunakan untuk mengukur daya poros motor bakar. Pada prinsipnya dinamometer bekerja dengan cara memberikan beban kepada poros motor bakar melalui mekanisme pengereman pada poros engkolnya. Pembebanan pengereman
pada
poros
menggunakan
motor rem
dilakukan tipe
cakram.
dengan Secara
mekanisme struktural,
dinamometer dirancang menggunakan unit rem cakram yang biasa digunakan untuk sepeda motor besar. Penyaluran daya dari motor bakar ke dinamometer menggunakan rantai-sproket dan pengukuran torsi dilakukan menggunakan load cell dan handy strainmeter, sedangkan putaran poros diukur menggunakan digital tachometer. Hal ini dapat dilihat seperti gambar 4.4 berikut :
Gambar 4.4 Dinamometer cakram 4. Stop Watch Digital Digunakan untuk mengukur waktu yang diperlukan motor untuk menghabiskan bahan bakar dalam jumlah tertentu.
5. Oscilloscope dan Ion Probe Oscilloscope dan ion probe ini berfungsi untuk mengukur sinyal ion seperti yang terlihat pada gambar 4.6 sebagai berikut :
Gambar 4.6 Oscilloscope dan Ion Probe 4.5 Prosedur Penelitian Tahapan pengujian penelitian ini meliputi : 1. Mempersiapkan motor bensin yang akan diuji dan alat ukur yang akan digunakan. 2. Mempersiapkan sensor ion yang dihubungkan dengan Oscilloscope. 3. Mengambil data nilai pemakaian bahan bakar pada setiap putaran mesin (1700 rpm, 2200 rpm, 2700 rpm, 3200 rpm, 3700 rpm dan 4200 rpm) pada keadaan motor sudah berjalan keadaan normal. 4. Mengatur etanol yang diinjeksikan ke dalam manifold yaitu 100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol dan divariasikan dari putaran 1700 rpm, 2200 rpm, 2700 rpm, 3200 rpm, 3700 rpm dan 4200 rpm. 5. Mengambil data pada setiap kondisi uji coba ( variasi injeksi dan putaran mesin) yaitu ionisasi, waktu pembakaran, gaya pengereman, jumlah bahan bakar yang digunakan serta emisi gas buang. 6. Dari data yang sudah didapatkan maka dilakukan pengolahan data yang akhirnya dapat diperoleh kinerja motor, emisi gas buang yang di hasilkan dan pada akhirnya dapat ditarik suatu kesimpulan.
Diagram Alir Penelitian (Flow Chart)
Mulai
Studi literature dan menarik hipotesis
Persiapan peralatan dan bahan pengujian
Pengambilan data: • • • • •
Konsumsi bahan bakar Ionisasi pembakaran Gaya pengereman Emisi gas CO & HC Pengujian penambahan etanol 100% bensin, 70% bensin + 30% etanol, 60% bensin + 40 % etanol, 30% bensin + 70% etanol, 40% bensin + 60% etanol dan 100% etanol, dan Putaran Mesin dinaikkan dari 1700, 2200, 2700, 3200, 3700,4200 rpm
Tidak Data memenuhi untuk semua pengujian
Pengolahan data: • Ionisasi (mV ), Waktu Pembakaran (ms) • Torsi,Ƭ(kg.m) • Daya efektif , Ne (PS) • Konsumsi bahan bakar spesifik,Sfc(kg/ps.jam) • Efisiensi Termal Efektif (%) • Emisi gas buang,CO(% vol) & HC (ppm)
Analisa dan pembahasan
Kesimpulan
Selesai
DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, W; 1988: Penggerak Mula Motor BakarTorak, ITB. Bandung. Arismunandar,
W
danTrusda,
K:
1975:
Motor
Diesel
PutaranTinggi;
PradnyaParamita, Jakarta. Kurniawan, A; Analisa Penggunaan Bahan Bakar Bioetanol dari Batang Padi sebagai Campuran pada Bensin, Jurnal Teknik Pomits Vol 4 No 2, 2014. Nababan,; Studi Kinerja Mesin Otto menggunakan Bahan Bakar Bensin dan Etanol 96%, Jurnal e –Dinamis Vol 4 No 4, maret 2013. Aprelianto P; 2009: Pengaruh Variasi Persentase Injeksi Uap Minyak Jarak Pagar Melalui Intake Manifold Terhadap Ionisasi Pembakaran dan Kinerja Mesin, Universitas Brawijaya, Malang. Fox, Robert W; 1985: Introduction to Fluid Mechanics; John Wiley & Sons, Inc, New Jersey. Jo, Keneth K; 2005: Principles of Combustion; John Wiley & Sons, Inc, New Jersey. Turns, Stephen; 1996: An Introduction to Combustion. New York: McGraw-Hill, Inc. Wardana, ING; 2008: Bahan Bakar dan Teknologi Pembakaran: PT. Danar Wijaya Brawijaya University Press, Malang. John B Heywood;1989 : “Internal combustion engine fundamental”, McGraw-Hill book company. Richard Stone;1992 : “Introduction to internal combustion engines”, second edition, Mucmillan. M.L.Mathur and R.P.Sharma;1980 :”A course in internal combustion engines”, DhanpatRai& Sons.
