Studi Eksperimen Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium Dengan Bioetanol Nira Siwalan Terhadap Performa Motor 4 Langkah

Majalah Ilmiah STTR Cepu

ISSN 1693 - 7066

Studi Eksperimen Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium Dengan Bioetanol Nira Siwalan Terhadap Performa Motor 4 Langkah Sarjono *) Febrian Eka Adi Putra**) *)

Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin STTR Cepu Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Mesin STTR Cepu Jl. Kampus Ronggolawe Blok B No. 1. Mentul Cepu E-Mail: [email protected] [email protected]

** )

Abstrak Penelitian Pengaruh campuran bahan bakar premium dengan bioetanol Nira siwalan Terhadap Performance kendaraan motor 4 Tak dilatar belakangi dengan menipisnyabahan bakar fosil yang semakin hari semakin berkurang maka diperlukan suatu bahan bakar baru yang dapat diperbarukan dengan cepat dan juga ramah lingkungan yaitu berupa bioethanol. Bioethanol adalah alkohol yang diproduksi dari tumbuhan dengan menggunakan mikroorganisme melalui proses fermentasi. Ada 3 kelompok bahan penghasil bioetanol yaitu nira bergula, pati, dan bahan serat. Bioethanol memiliki angka oktan 117 atau lebih tinggi dibanding bensin yang hanya 87-88, sehingga campuran premium dengan bioetanol secara langsung akan meningkatkan angka oktan. Pada penelitian ini variasi campuran bahan bakar biopremium yang dipakai yaitu BE5,BE10,BE15,BE20,BE25,BE30. Untuk melaksanakan pengujian performance kendaraan motor bermesin 4 langkah 1 silinder volume langkah 156,7 cc merk Honda megapro 2009, dengan campuran bahan biopremium tersebut berada di mototech Jogya dengan menggunakan dynamometer atau dynotest kemudian range putaran mesin yang diambil yaitu antara 4500-10000 Rpm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa campuran biopremium BE25 pada putaran mesin 7000 rpm daya dan torsinya maksimal sedangkan penggunaan bahan bakarnya (Sfc) paling irit (rendah). Kata kunci : bioetanol, Nira siwalan,daya, torsi, SFC .

1.

Pendahuluan Suatu saat bahan bakar fosil yang ditambang dari perut bumi akan habis mengingat bahwa bahan bakar yang tidak dapat diperbarui (unrenewable). Minyak bumi merupakan salah satu bahan bakar fosil, dimana suplai sudah semakin berkurang. Hal ini yang membuktikan bahwa cadangan minyak bumi semakin menipis. Penggunaan bahan bakar fosil juga telah menimbulkan dampak negatif pada lingkungan. Salah satu sumber penyumbang karbondioksida adalah pembakaran bahan bakar fosil. Penggunaan bahan bakar fosil mulai meningkat pesat sejak revolusi industri pada abad ke-18. Pada saat itu, batu bara menjadi sumber energi dominan untuk kemudian digantikan oleh minyak bumi pada pertengahan abad ke-19. Sumber utama penghasil emisi karbondioksida secara global ada 2 macam. Pertama, pembangkit listrik bertenaga batu bara. Kedua, pembakaran kendaraan bermotor. Emisi gas rumah kaca harus dikurangi, jadi harus dibangun sistem industri dan transportasi yang tidak bergantung pada bahan bakar fosil yaitu minyak bumi dan batubara. Maka untuk mengatasi hal ini diperlukan sumber energi alternatif yang dapat mengurangi penggunaan bahan bakar fosil sekaligus dapat mengurangi emisi karbondioksida. Salah satu sumber energi yang dapat mengurangi penggunaan bahan bakar fosil adalah bahan bakar nabati yaitu bioetanol. Bioetanol adalah alkohol yang diproduksi dari tumbuh-tumbuhan dengan menggunakan SimetriS

mikroorganisme melalui proses fermentasi. Pengenalan energi alternatif ini juga merupakan upaya untuk mengurangi penggunaan bahan bakar minyak di Indonesia. Bioetanol merupakan bentuk sumber energi alternatif yang menarik untuk dikembangkan karena kelimpahanya di Indonesia dan sifatnya yang dapat diperbarui. Ada 3 kelompok bahan penghasil bioetanol yaitu nira bergula, pati, dan bahan serat. Semua bahan baku bioethanol itu mudah didapatkan dan dikembangkan diindonesia yang memiliki lahan luas dan subur. Di Indonesia saat ini, penggunaan etanol sudah meluas. Selain digunakan sebagai campuran premium, etanol juga digunakan dalam dunia industri sebagai pelarut (solven) dan juga sebagai bahan baku kimia yang lain seperti pembuatan etil asetat. 2.1. Tinjauan Pustaka 2.1. Kajian Pustaka Agustinus Eka.P dan Amran Halim; (2004) dalam penelitian Pembuatan Bioethanol Dari Nira Siwalan Secara Fermentasi Fase Cair Menggunakan Fermipan. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui yield maksimum, waktu optimum dan persen starter optimum fermentasi nira siwalan menjadi ethanol dengan skala laboratorium. Hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah yield yang diperoleh adalah 48,6 % pada hari ke-4 dengan persen starter 15 %. Yield yang diperoleh belum memenuhi persyaratan hasil

Nomor : 16, Tahun 11, Januari - Juni 2013

1


ethanol yang baik sebagai alternatif bahan bakar. Oleh karena itu, untuk mendapatkan bioethanol yang sesuai standar, disarankan untuk melakukan prosedur penyimpanan bahan baku dengan baik, jangan biarkan nira siwalan terbuka bebas sehingga terkontaminasi mikroba lain. Yolanda j. lewerissa; (agustus 2011), dalam penelitiannya Pengaruh campuran bahan bakar bensin dan etanol terhadap prestasi mesin bensin, Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui prestasi mesin pada campuran bahan bakar bensin dan etanol yang dihasilkan oleh mesin enduro XL. untuk mengetahui prestasi mesin maka dilakukan perhitungan daya efektif, pemakaian bahan bakar, pemakaian bahan bakar spesifik, laju aliran massa sebenarnya, laju aliran massa teoritis, perbandingan udara bahan bakar, efisiensi volumetrik, efisiensi termal. dan juga penelitian dilakukan pada kondisi lima variasi putaran dengan beban konstan serta bahan bakar yang digunakan hanya satu jenis yaitu premium (bensin) dengan etanol 0%, 5%, 10%, 15% dan 20%. Dari hasil pengujian bahwa rata-rata daya untuk bahan bakar campuran lebih besar dari premium murni, adanya kenaikan pemakaian bahan bakar seiring dengan meningkatnya putaran karena angka oktan campuran bahan bakar bensin dan etanol lebih besar dibandingkan dengan bensin murni sehingga mudah terbakar, semakin tinggi campuran bahan bakar maka semakin rendah perbandingan udara dengan bahan bahan bakar maka pembakaran yang terjadi kurang sempurna masuk kedalam ruang bakar, efisiensi thermal yang dihasilkan bahan bakar campuran rata-rata lebih rendah dari premium murni kecuali pada campuran 5 %. Untuk itu prestasi mesin yang menggunakan bahan bakar campuran lebih tinggi dari prestasi mesin yang menggunakan bahan bakar premium.konsumsi bahan bakar untuk bahan bakar campuran lebih besar dibandingkan bahan bakar premium murni. Ridho Daniel Sihaloho; (2009), dalam penelitian Uji eksperimental perbandingan unjuk kerja motor bakar berbahan premium dengan campuran premium + bioetanol (GASOHOL BE-5 dan BE-10), Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan nilai kalor, unjuk kerja, emisi gas buang pembakaran bahan bakar premium dengan nilai kalor, unjuk kerja, emisi gas buang pembakaran bahan bakar campuran premium + bioetanol (GASOHOL BE-5 dan BE-10). Dari hasil uji menyimpulkan bahwa bahan bakar gasohol E-5 dan BE-10 menghasilkan nilai kalor lebih tinggi namun daya dan torsi lebih rendah tetapi emisi gas buang yang lebih baik daripada premium. Dimana kadar CO, CO2 dan UHC yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar gasohol BE5 dan BE-10 rendah serta kadar sisa O2 tinggi.

SimetriS

ISSN 1693 - 7066

2.2. Landasan Teori 2.2.1. Motor Bakar Torak Motor bakar Torak merupakan mesin pembakaran dalam atau Internal Combustion Engine (ICE) dimana pada saat sekarang ini masih banyak digunakan untuk berbagai keperluan terutama dibidang transportasi. Perananya dibidang transportasi sangat besar, karena hampir semua kendaraan terutama yang beroperasi didarat menggunakan motor bakar torak sebagai penggeraknya. Motor bakar torak sendiri terbagi menjadi dua jenis utama, yaitu motor bensin dan motor diesel. Perbedaan yang utama terletak pada sistem penyalaanya, bahan bakar pada motor bakar otto dinyalakan oleh loncatan api listrik diantara kedua elektroda busi, karena itu motor otto dinamakan juga spark Ignition engines. Didalam motor diesel, yang biasa juga disebut Compresion Ignition Engines. Didalam motor diesel, yang biasa juga disebut Compresion Ignition Engines, terjadi proses penyalaan sendiri, yaitu karena bahan bakar disemprotkan kedalam silinder berisi udara yang bertemperatur dan bertekanan tinggi (arismunandar, W.,1988, penggerak mula motor bakar). 2.2.2. Motor bakar torak 4 langkah Dr. N.A.Otto (1876), berhasil membuat motor bakar dengan siklus kerja 4 langkah yang pertama. Proses pembakaran dalam motor bakar torak tidak terjadi secara terus-menerus, tetapi terjadi secara periodik. Dimana sebelum terjadi proses pembakaran berikutnya terlebih dahulu gas hasil pembakaran harus dibuang, baru kemudian silinder diisi lagi dengan campuran bahan bakar dan udara segar ( pada motor Otto).

Gambar 1. Siklus motor 4 langkah Sumber : PT. Toyota- Astra motor,1995, new step 1 training manual Langkah yang terjadi : (1) Langkah hisap (Intake) Terjadi pada saat gerakan piston (torak) dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB) akan menghasilkan tekanan yang sangat rendah di dalam ruang silinder sehingga campuran bahan bakar udara akan masuk mengisi silinder melalui katup masuk yang terbuka saat langkah


2


ISSN 1693 - 7066

isap sampai torak meninggalkan TMB, sementara katup buang dalam keadaan tertutup, (2) Langkah Kompresi (Compression), Terjadi pada saat gerkan torak dari titik mati bawah (TMB) ketitik mati atas (TMA) setelah langkah hisap, dimana katup isap tertutup dan katup buang tertutup (pada saat torak hampir mencapai titik mati atas (TMA) campuran bahan bakar dan udara segar itu dibakar), (3) Langkah kerja (power, Terjadi pada gerakan torak dari titik mati atas (TMA) ketitik mati bawah (TMB) setelah kompresi dan pembakaran, dimana katup hisap dan katup buang juga tertutup, dan (4) Langkah buang (Exhaust), Terjadi pada gerakan torak dari titik mati bawah (TMB) ketitik mati atas (TMA) setelah langkah kerja dimana katup hisap tertutup dan katup buang terbuka. Langkah berikutnya kembali keproses langakah hisap sehingga terjadilah siklus secara berulang. Pada motor bakar torak gerakan bolakbalik torak digunakan untuk memutar poros engkol sehingga gerakanya menjadi gerakan rotasi, dari gerakan torak diatas maka terlihat bahwa satu siklus terjaddi dua kali putaran poros dan gerakan torak selama satu siklus adalah: TMA-TMB-TMATMB-TMA karena dalam satu siklus terjadi gerakan 4 langkah maka motor ini disebut motor 4 langkah. Pada siklus otto dapat digambarkan dengan sebuah grafik P-V yang menggambarkan Proses terjadinya langkah pemasukan bahan bakar, kompresi, usaha atau tenaga, dan langkah buang gas hasil pembakaran. Siklus otto sangat ideal untuk mesin dengan kecepatan tinggi, dapat dilihat bahwa pada saat langkah kompresi volume (V) tetap konstan tetapi tekananya (P) naik. Bentuknya pada diagram P-V ditunjukan pada gambar berikut:

4. Proses 3 – 4 adalah langkah ekspansi adiabatic reversibel, kerja yang ditimbulkan gas panas yang berekspansi. 5. Proses 4 – 1 adalah proses pembuangan panas pada volume konstan, panas dibuang melewati dinding ruang bakar. 6. Proses 1 – 0 adalah proses pembuangan kalor, katup buang terbuka maka gas sisa pembakaran terbuang keluar menuju ke knalpot. Proses lengkap pada siklus diatas memerlukan empat langkah dari torak, dua kali putaran poros engkol. Selama proses kompresi dan ekspansi tidak terjadi pertukaran panas, oleh karena itu selisih panas yang masuk dengan panas yang keluar merupakan usaha yang dihasilkan tiap siklus. 2.2.3. Bahan Bakar 2.2.3.1. Bahan bakar Premium Ditinjau dari sudut teknis dan ekonomis, bahan bakar diartikan sebagai bahan yang apabila dibakar dapat terus meneruskan proses pembakaran tersebut dengan sendirinya, disertai dengan pengeluaran kalor. Bahan bakar dibakar dengan tujuan untuk memperoleh kalor tersebut, untuk digunakan baik secara langsung maupun tak langsung. NO 1

2 3 4 5

6 7 8

Gambar 2. Diagram P-V dan T-S Otto ideal

pada siklus

Berikut ini sifat ideal yang dipergunakan dan keterangan mengenai proses siklusnya yaitu : 1. Proses 0 – 1 adalah langkah hisap tekanan konstan yaitu campuran bahan bakar dan udara yang di hisap kedalam silinder. 2. Proses 1 – 2 adalah langkah kompresi adiabatic reversibel yaitu campuran bahan bakar dan udara dikompresikan. 3. Proses 2 – 3 adalah proses pembakaran volume konstan, campuran udara dan bahan bakar dinyalakan dengan bunga api.

SimetriS

9 10 11 12 13 14 15

Karakteri stik

Hasil uji Batasan Satu sampel spesifikasi Metode Uji an Pool taxi Premiu Min Maks. ASTM gamya m

Bilangan Oktan angka oktana RON 88.1 88.1 88.0 D 2699 riset (RON) Angka oktana kPa 49.2 49.60 62 D 323 Tekanan uap % m/m 0.0125 0.0125 0.05 D 2622 Berat jenis Kg/m3 739 739 715 780 D1298 pada 150C Destilasi D 86 10% vol. 0 C 58.0 60.5 74 penguapan 50% vol. 0 C 100.0 103.0 88 125 penguapan 90%vol. 0 C 168.0 168.0 180 penguapan Titik didih 0 C 212.0 204.0 215 akhir residu % Vol 1.0 1.0 2.0 Induction menit 360 D 525 periode Kandungan g/l Nil Nil 0.013 AAS timbal Washed gum Mg/100 1.5 1.0 5 D 381 ml Korosi bilah No. 1b 1b Kelas 1 D130 tembaga ASTM Uji doctor Neg Neg Negative IP 30 Sulfur % wt 0.00018 0.00018 UOP 163 mercaptan Penampilan Jernih dan terang Jernih dan terang Visual visual Warna Kuning Kuning Kuning Kandungan g/100 l 0.0022 0.0023 0.0019 gravimetri pewarna Bau Dapat dipasarkan

Sumber :

Spesifikasi BBM Jenis Bensin 88 sesuai dengan SK Dirjen Migas No. 3674.K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006

Premium atau bensin adalah salah satu produk dari hasil penyulingan minyak bumi. Rumus kimia bensin C8H18, ikatan Hydrocarbon


3


pada bahan bakar akan hanya bereaksi dengan oksigen pada saat proses pembakaran sempurna, dan menghasilkan air (H2O) serta karbondioksida (CO2) sedangkan nitrogen akan keluar sebagai N2. Premium mempunyai kalor pembakaran dengan: nilai kalor atas = 21898,24 BTU/lb, dan nilai kalor bawah = 20500 BTU/lb dengan nilai oktan 88 sesuai dengan Peraturan Direktur Jenderal Minyak Dan Gas Bumi Nomor: 18K/72/DDJM/1990 tanggal 20 April 1990. Penggunaannya pada kendaraan bermotor, bensin (gasoline) harus memiliki sifat-sifat fisika dan kimia tertentu agar proses penyaluran bahan bakar dari tangki ke karburator ataupun injektor akan berjalan dengan baik. Selain itu bensin juga harus bisa membentuk campuran yang homogen dengan udara sehingga dapat terbakar dengan sempurna dan dapat menghasilkan energi yang dibutuhkan. 2.2.3.2. Ethanol Salah satu bahan bakar yang dapat digunakan untuk menggantikan bensin adalah etanol.Etanol sering juga disebut etil alkhohol rumus kimianya adalah C2H5OH, bersifat cair pada temperature kamar. Etanol dapat dibuat dari proses pemasakan, fermentasi dan distilasi, beberapa jenis tanaman seperti nira siwalan, aren, tebu, singkong atau tanaman lain yang kandungan karbohidratnya tinggi, bahkan dalam penelitian ternyata etanol juga dapat dibuat dari selulosa atau limbah hasil pertanian (biomassa). Sehingga etanol memiliki potensi cukup cerah sebagai pengganti bensin (utami handayani, sri.Pemanfaatan bioethanol sebagai bahan bakar pengganti bensin, fakultas teknik universitas diponegoro, 2009, Semarang). Etanol adalah bahan bakar beroktan tinggi dan dapat menggantikan timbal sebagai peningkat nilai oktan dalam bensin. Mencampur etanol dengan bensin akan mengoksigenasi campuran bahan bakar sehingga dapat terbakar lebih sempurna dan mengurangi emisi gas buang (seperti karbondioksida / CO). Archibald Scott Couper (1858), menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia pertama kali ditemukan rumus bangunya.Etanol sering ditulis dengan rumus C2H5OH atau rumus empiris C2H6O atau rumus bangunya CH3-CH2OH. Etanol merupakan bagian dari kelompok metil (CH3-) yangterangkai pada kelompok metilen (CH2-)dan terangkai dengan kelompok hidroksil(OH). Secara umum rumus bangun dari etanol adalah C2H5OH

Gambar 3. Rumus bangun Etanol

SimetriS

ISSN 1693 - 7066

Penggunaan etanol sebagai tambahan bahan bakar bensin mempunyai kelebihan: (1) Alkohol dapat menyerap kelembaban dalam tangki bahan bakar, (2) Penambahan alkohol sebesar 10% dapat meningkatkan nilai oktan sebesar ±3 poin, (3) Alkohol dapat membersihkan sistem bahan bakar, (4) Alkohol dapat mengurangi emisi CO karena mengandung unsur oksigen; sedangkan kelemahannya adalah: (1) Penggunaan alkohol dapat menyumbat saringan bahan bakar oleh kotoran akibat sifat membersihkan pada saluran bahan bakar dan pompa bahan bakar, (2) Alkohol meningkatkan volatility bahan bakar sebersar 0,5 psi dapat menyebabkan masalah saat berkendara pada cuaca panas, dan (3) Alkohol dapat menyerap air lalu terpisah dari bensin, terutama saat temperatur rendah. Alkohol dan air yang terpisah dan mengendap didasar tangki bahan bakar menyebabkan mesin sulit dihidupkan selama cuaca dingin. Alkohol tidak mudah menguap pada temperatur rendah (Halderman & Linder, 2006:8586). Pada umumnya ethanol mempunyai angka oktan 107-109, density 0,79 kg/L, A/F rasio 9, LHV sebesar 26.900 kcal/kg, panas untuk penguapan sebesar 840 kj/kg dan autoignation temperatur 423 0 C. Oleh sebab itu kemampuan ethanol untuk diuapkan (volatility) menjadi lebih rendah dan energi yang dihasilkan bahan bakar ini lebih rendah dibandingkan dengan premium akan tetapi dengan angka oktannya yang lebih tinggi dari premium dapat digunakan untuk kompresi rasio engine yang lebih tinggi. Ethanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memiliki bau yang khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Karena sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan dan minuman. 2.2.3.3. Pembuatan Bioetanol Pembuatan bioetanol dari nira siwalan meliputi beberapa tahap. Tahap (1) Fermentasi, Fermentasi alkohol merupakan suatu reaksi pengubahan glukosa menjadi etanol (etil alkohol) dan karbondioksida. Organisme yang berperan yaitu Saccharomyces cerevisiae (ragi) fungsi dari ragi adalah untuk mencerna gula dan menghasilkan etanol dan karbondioksida. Reaksi Kimianya adalah: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2, Tahap (2) Distilasi, distilasi atau penyulingan adalah suatu metode pemisahan bahan kimia berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguap (volatilitas) bahan. Dalam penyulingan, campuran zat di didihkan sehingga menguap, dan uap ini kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap lebih dulu.


4


2.2.3.4. Bahan bakar Biopremium (Campuran Premium dengan Etanol ) Bahan bakar biopremium atau sebagian masyarakat menyebutnya dengan bioethanol adalah campuran antara bahan bakar premium (bensin) dengan bahan bakar ethanol.Pencampuran antara premium dan etanol sangat bervariasi, tergantung prosentase yang diinginkan. Biopremium E5 adalah campuran premium 95% dan 5% etanol, biopremium E10 adalah campuran premium 90% dan 10% etanol, biopremium E15 adalah campuran premium 85% dan 15% etanol pada bahan bakar biopremium E10 akan didapatkan hasil pencampuran antara bahan bakar premium dan etanol dengan perbandingan 10% dan 90 %. Dengan begitu angka oktan yang dihasilkan menjadi (10% x 118) + ( 90% x 88)= 92, nilai oktan tersebut hampir sama besarnya dengan nilai oktan yang dimiliki oleh pertamax (http://id.shvoong.com/tags/ethanol-vs-premium, diakses tanggal 10 agustus 2012, jam 20:25:21). 2.2.3.5. Nilai Oktan Nilai oktan adalah indikator dari bahan bakar untuk mesin pembakaran mesin bensin, yang menunjukan seberapa kuat bahan bakar tersebut tidak terbakar dengan sendirinya. Hal ini sangat penting untuk sistem pembakaran pada mesin bensinyang memanfaatkan pembakaran terkontrol yang menuntut terjadinya pembakaran dimulai dari satu titik, yaitu ujung busi. Apabila bahan bakar tersebut terbakar dengan sendirinya dengan api pembakaran yang berasal dari busi belum sampai dititik tersebut, maka akan terjadi fenomena knocking, yang mengakibatkan turunnya efisiensi terpakainya energi hasil pembakaran dan menimbulkan getaran atau sentakan yang kuat pada bagian mesin dengan tidak terkontrol (http://joesty.blogspot.com/ 2012/8/10/nilai-octan.html, diakses tanggal 10 agustus 2012, jam 19:25:45). Bilangan oktan bioetanol lebih tinggi daripada bensin. Nilai oktan bensin Cuma 87-88, etanol 118 (http://forum .kafegaul.com/premiumcampurethanol.html, diakses tanggal 7 agustus 2012,jam 10:34:55). Bila kedua bahan bakar itu bercampur, akan meningkatkan nilai oktan. Makin tinggi bilangan oktan, bahan bakar akan makin tahan untuk tidak terbakar sendiri sehingga akan menghasilakan kestabilan proses pembakaran untuk memperoleh daya yang lebih stabil, sehingga akan mengurangi terjadinya knocking pada motor bensin. 2.2.3.6. Reaksi Kimia Pembakaran Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antaraoksigen dan bahan bakar yang dapat terbakar, disertai timbulnya cahaya dan menghasilkan kalor. Pembakaran spontan adalah pembakaran dimana bahan bakar mengalami SimetriS

ISSN 1693 - 7066

oksidasi perlahan-lahan sehingga kalor yang dihasilkan tidak dilepaskan, akan tetapi akan dipakai untuk menaikan suhu bahan bakar secara pelan-pelan sampai mencapai suhu nyala. Pembakaran sempurna adalah pembakaran dimana semua konstituen yang dapat terbakar didalam bahan bakar membentuk gas CO, uap air (H2O), dan gas SO, sehingga tidak ada bahan bakar yang tersisa. Dalam proses pembakaran, elemenelemen utama dalam bahan bakar yang mudah terbakar, hidrogen dan sulfur, tergabung secara kimia dengan oksigen dari udara dan kemudian menghasilkan gabungan (produk) dan panas. Pembakaran ini merupakan oksidasi yang cepat dari bahan bakar untuk menghasilkan panas dengan jumlah yang besar. Reaksi kimia pembakaran campuran bahan bakar premium + Etanol dengan udara menghasilkan Gas karbondioksida CO2 dan uap air H2O. C8H18 + C5H5OH + (O2 + 3,76 N2) CO2 + H2O + (3,76) N2 2.2.3.7. Parameter Unjuk Kerja Motor Bakar 2.2.3.7.1. Torsi Torsi adalah ukuran kemampuan suatu motor untuk memberikan gaya tangensial yang berguna untuk menghasilkan kerja. Torsi biasanya dilambangkan dengan T yang mempunyai satuan Lb.ft (british) atau N.m.(SI). Torsi mesin diukur dengan water brake dinamometer, yaitu melihat beban yang ditunjukkan dari timbangan kemudian dikalikan dengan lengan. Adapun rumusannya adalah sebagai berikut: Torsi Torsi (T) = F.L (N.m) = m.g.L keterangan: = Torsi (Nm) = Gaya pada dynamometer (N) = panjang lengan dynamometer (m) = percepatan gravitasi (m/s)² = massa yang terukur dalamdynamometer (Kg) (Sumber : Subroto, 2009,skripsi pengaruh penggunaan koil racing terhadap unjuk kerja pada motor bensin). 2.2.3.7.2. Daya Daya adalah kerja yang dihasilkan persatuan waktu ( Arismunandar, W.,1988, motor bakar torak). Merupakan ukuran kemampuan suatu motor untuk menghasilkan kerja berguna per satuan waktu yang dinyatakan dalam kilowatt (kW) dan dirumuskan sebagai berikut: =

( . . . )


5


ISSN 1693 - 7066

Keterangan:

= Daya motor (kW) = Putaran mesin (rpm) = Torsi (Nm) (Sumber : Subroto, 2009,skripsi pengaruh penggunaan koil racing terhadap unjuk kerja pada motor bensin) 2.2.3.7.3. Konsumsi bahan bakar spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik adalah merupakan parameter yang biasa digunakan pada motor pembakaran dalam untuk mengambarkan pemakain bahan bakar. Spesific fuel consumption didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran masa bahan bakar terhadap daya yang dihasilkan (out put). Dapat pula dikatakan bahwa specific fuel consumption (SFC) menyatakan seberapa efisien bahan bakar yang disuplai ke mesin untuk dijadikan daya out put. Satuan dalam sistem internasional (SI) adalah kg/kw.hr. Pemakaian konsumsi bahan bakar spesfik dapat dirumuskan dengan: =

= .

3.1.2. Alat Penelitian Satu unit sepeda motor tipe 4 langkah HondaMega-Pro tahun 2009.

ñbb(kg/h)

Keterangan: = Konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kW.hr) = Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan (kg/h) = Daya (kW) b = Volume buret yang dipakai dalam pengujian (cc) t = Waktu yang diperlukan untuk mengosongkan buret (s) ñbb = Massa jenis bahan bakar (kg/liter) 3.

Metodologi Penelitian Penelitian dan pengujian dilakukan di Mototech Jogja dengan menggunakan dynamometer atau dynotest. Penelitian ini dibantu oleh instruktur dari Mototech Jogja yang menguasai pengoperasian alat yang sesuai SOP (Standart Operation Prosedure). 3.1. Bahan dan Peralatan Penelitian 3.1.1. Bahan Penelitian Bahan Bakar Biopremium dengan komposisi: (1) BE 5 (Campuran premium 95% + 5% bioethanol nira siwalan), (2) BE 10 (Campuran premium 90% + 10% bioethanol nira siwalan), (3) BE 15 (Campuran premium 85% + 15% bioethanol nira siwalan), (4) BE 20 (Campuran premium 80% + 20% bioethanol nira siwalan), (5) BE 25 (Campuran premium 75% + 25% bioethanol nira siwalan), dan (6) BE 30 (Campuran premium 70% + 30% bioethanol nira siwalan) SimetriS

Gambar 4. Hasil campuran premium dan Etanol (Biopremium)

Gambar 5. Sepeda Motor untuk Penelitian Merk : Tipe mesin

:

Susunan silinder

:

Honda Megapro

Diameter x langkah : Volume langkah : Perbandingan kompresi : Busi : Minyak pelumas mesin : Starter : Panjang x lebar x tinggi : Jarak sumbu roda : Berat kosong : Kapasitas tangki bahan bakar : Kapasitas minyak pelumas : Gigi transmisi : Pola pengoperan gigi : Batere : Sistem pengapian :


4 langkah SOHC pendinginan udara Satu silinder, sudut kemiringan 15º 63,5 x 49,5 mm 156,7 cc 9,0 : 1 Busi X24EP-U9 (DENSO) Top 1 oli sintetis Pedal kick starter dan starter elektrik 2.034 x 781 x 1.065 mm 1.281 mm 117 kg 13,2 liter ( cadangan 2,5 liter) 0.9 liter pada pergantian periodik 5 kecepatan, bertautan tetap 1-N-2-3-4-5 12 V 5 Ah CDI, jenis DC

6


ISSN 1693 - 7066

Stopwatch Stopwatch merupakan alat untuk mengukur waktu berapa lama konsumsi bahan bakar setiap 5 ml.

Gambar 6. Alat Distilasi 3.1.3. Alat Penelitian 1 unit alat uji dynotest

Gambar 9. Stopwatch Burret. Burret merupakan sebuah peralatan gelas laboratorium berbentuk silinder yang memiliki garis ukur dan katup pada bagian bawahnya, alat ini digunakan untuk mengukur jumlah bahan bakar yang akan dibakar di dalam silinder ruang bakar. Gambar 7. Aalat Uji Dynotest Spesifikasi Dynotest yang digunakan sebagai alat penelitian adalah sebagai berikut : Merk : Sportdyno V3.3 Seri model : SD 325 Dimensi (p x l x t): 2110 x 1000 x 800 mm Berat : 400 kg Wheelbase : 850 – 1850 mm Daya maksimum : 200 Hp (147 kW) Kecepatan maksimum: 300 km/h Beban maksimum: 450 kg Diameter roller : 300 mm Berat roller : 190 kg Panjang roller : 200 mm Roller inertia : 1,446 kg m² Standart dynamometer: ISO 1585

Tachometer alat untuk mengukur putaran mesin

Gambar 10. Burret volume 25ml

Thermometer Thermometer merupakan salah satu alat ukur untuk mengetahui suhu objek (ruang bakar, knalpot/muffler, dan ruangan).

Gambar 8. Tachometer Gambar 11. Thermometer Digital SimetriS


7


ISSN 1693 - 7066

6.

Obeng

Apabila kendaraan sudah layak untuk pengambilan data, maka pengemudi berada diatas kendaraan tersebut dan mengikuti panduan yang diberikan oleh instruktur mekanik dynamometer. Apabila sudah ada kata siap dari instruktur, maka pengemudi mengoperasikan kendaraan tersebut sesuai dengan pedoman yang telah diberikan sebelumnya yaitu menghidupkan motor dan memasukkan gigi transmisi sampai 4 percepatan. Buka Throttle pada putaran 4000 Rpm keadaan harus stabil pada Rpm 4000, kemudian digas secara spontan sampai mencapai 10.000 Rpm kemudian gas diturunkan kembali. Pengoperasian tersebut dilakukan berulang-ulang sampai mendapatkan hasil rata-rata dalam penelitian pengaruh penggunaan panjang header pipe dari masing-masing pengujian tersebut diambil hasil rata-rata untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Dalam pengambilan data konsumsi bahan bakar dilakukan dengan mengunakan burret atau gelas ukur dan pengambilan waktu dengan mengunakan stopwatch. Instruktur dan pengoperasi kendaraan di atas dynamometer saling ketergantungan dan bekerja sama dengan baik agar mendapatkan data yang benar-benar valid.

Obeng min dipakait untuk membuka lubang saluran pembuangan bahan bakar pada samping karburator

Gambar 12. Obeng Min 3.3 1. 2. 3.

4. 5.

Proses pembuatan bioethanol nira siwalan Menyiapkan Bahan baku nira siwalan 20 liter. Nira siwalan difermentasi dengan ragi selama 45 hari. Hasil fermentasi nira siwalan kemudian didistilasi dengan alat distilator dengan temperature suhu 78º C etanol menguap sempurna. Hasil distilasi berupa etanol. Hasil etanol nira siwalan diuji di Lab. Pusdiklat Migas Cepu

7.

8. 3.4

Skema penelitian

4.

Adapun langkah-langkah pengujian sesuai dengan gambar 13. sebagai berikut: 1. 2.

3.

4.

5.

skema adalah

Pengecekan ruangan dynamometer dan perlengkapan lain dalam keadaan siap. Pastikan leg shield kiri, kanan dan leg shield tengah pada kendaraan sudah dalam keadaan terlepas agar kendaraan dapat terikat dengan baik pada rangka dynamometer. Pasangkan kabel pengukur putaran mesin pada kabel tegangan busi yang terpasang pada motor. Pastikan putaran ban belakang tepat diatas alat pengukur atau roller yang terdapat pada dynamometer. Apabila kendaraan sudah dalam keadaan siap. Hidupkan kendaraan dan buka gas secara teratur atau stasioner, untuk memastikan motor dalam keadaan stabil pada saat gigi transmisi di masukkan.

SimetriS

15 10

Daya (HP) dan Torsi (N.m) 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 9000 9500 10000

Gambar 13. Skema Alat Pengujian

Data dan Pembahasan Pada gambar 14. menunjukan bahwa penggunaan biopremium (BE5) terlihat bahwa putaran mesin rendah dayanya rendah, seiring bertambahnya putaran mesin semakin tinggi pula daya yang dihasilkan tetapi keadaan tersebut kebalikan dengan torsi yang dihasilkan dimana torsi tinggi terjadi pada putaran rendah dan akan menurun seiring bertambahnya putaran mesin. Pada pengaruh campuran 5% bioethanol nira siwalan daya tertinggi yang dihasilkan sebesar 11,7 HP pada putaran mesin 6.500 rpm dan 8.250 rpm, sedangkan torsi tertinggi yang dihasilkan dari daya tersebut sebesar 12,1 N.m pada putaran mesin 6.250 rpm

5

Daya

0

Torsi

RPM

Gambar 14. Pengaruh putaran mesin terhadap Daya, dan Torsi biopremium (BE5)


8


ISSN 1693 - 7066

Tabel 1. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E5 mf (kg/h) 0,56 0,57 0,74 0,87 0,90 0,95 1,01

Sfc kg/ kW hr 0,128 0,112 0,107 0,105 0,108 0,125 0,147

Volume Burret Putaran (cc) mesin Daya Waktu (rpm) (kW) (detik) 23,67 4500 4,77 5000 6,24 22,40 6000 7,49 19,23 7000 9,26 15,69 8000 9,26 15,47 9000 8,67 15,11 10000 8,23 14,69

10

10 Daya kW dan SFC kg/kW.hr

Massa Jenis Bio premium (kg/liter) 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746 0,746

Daya kW dan SFC kg/kW.hr

Volume Burret Putaran (cc) mesin Daya Waktu (rpm) (kW) (detik) 4500 21,57 4,92 5000 20,61 5,95 6000 17,15 7,20 7000 14,97 9,33 8000 14,21 8,30 9000 14,10 7,64 13,17 10000 6,90

Tabel 3. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E15

Daya

4

SFC

2

0,119 0,096 0,093 0,092 0,094 0,103 0,111

DAYA

4

SFC

2

Pada gambar 15. Di atas menunjukkan bahwa pada putaran mesin 7000 s/d 8000 rpm, SFC terendah 1,05 terjadi pada saat putaran mesin 7000 rpm dengan daya sebesar 9,33 kW. Tabel 2. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E10 Massa Jenis Bio premium (kg/liter) 0,748 0,748 0,748 0,748 0,748 0,748 0,748

mf (kg/h)

Sfc kg/k W hr

0,55 0,57 0,67 0,78 0,81 0,87 0,92

0,148 0,104 0,099 0,094 0,091 0,097 0,113

10

rpm Gambar 17. Pengaruh putaran mesin terhadap daya dan SFC pada BE15

Tabel 4. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E20 Volume Burret Putaran (cc) mesin Daya Waktu (rpm) (kW) (detik) 24,15 4500 4,92 5000 5,95 23,71 6000 7,20 18,27 7000 9,33 15,52 8000 9,33 15,04 9000 9,11 14,48 10000 8,30 14,31


SFC

Sfc kg/k W hr

0,57 0,61 0,74 0,87 0,90 0,93 0,94

0,115 0,102 0,102 0,093 0,096 0,102 0,113

DAYA

5

DAYA

mf (kg/h)

10




0,57 0,60 0,70 0,86 0,87 0,89 0,92

0

0

SFC

0

0

rpm

rpm Gambar 16. Pengaruh putaran mesin terhadap daya dan SFC pada BE10 SimetriS

Sfc kg/k W hr

6

6

5

mf (kg/h)

8

8

Volume Burret Putaran (cc) mesin Daya Waktu (rpm) (kW) (detik) 6,6 24,10 4500 5000 7,9 23,27 6000 9,9 19,87 7000 11,6 17,07 8000 11,3 16,58 9000 10,4 15,47 10000 9,4 14,52


Gambar 18. Pengaruh putaran mesin terhadap daya dan SFC pada BE20


9


ISSN 1693 - 7066

Volume Burret Putaran (cc) mesin Daya Waktu (rpm) (kW) (detik) 4500 5000 6000 7000 8000 9000 10000

6,17 8,01 9,70 9,55 9,11 8,08 9,4

22,07 16,21 14,05 14,01 13,81 12,33 14,52

Massa Jenis Bioprem ium (kg/liter) 0,755 0,755 0,755 0,755 0,755 0,755 0,748

mf (kg/h) 0,61 0,83 0,96 0,97 0,98 1,02 0,92

Sfc kg/k W hr 0,099 0,104 0,099 0,101 0,107 0,136 0,113

Tabel 7. Pengaruh perbandingan Daya, dan Torsi, terhadap SFC variasi campuran Biopremium (BE5, BE10, BE15, BE20, BE25, BE30). Performa

Biopremium BE 5 BE 10 BE 15 BE 20 BE 25 BE 30 Daya (HP) 11,7 12,5 12,6 13,4 13,4 13,3 Torsi 12,1 11,7 12,8 13 13,3 13,2 (N.m)

14

Daya (HP) dan Torsi (N.m)

Tabel 5. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E25

13

15

Daya kW dan SFC kg/kW.hr 10

11

DAYA

5

BE 5 BE 10BIOPREMIUM BE 15 BE 20 BE 25 BE 30 Gambar 21. Grafik Hubungan Daya dan Torsi terhadap penggunaan Biopremium

rpm Gambar 19. Pengaruh putaran mesin terhadap daya dan SFC pada BE25 Tabel 6. Hasil Pengujian Sfc Biopremium E30 Massa Jenis Bioprem ium (kg/liter) 0,757 0,757 0,757 0,757 0,757 0,757 0,757

mf (kg/h)

Sfc kg/k W hr

0,73 0,73 0,95 1,07 1,08 1,10 1,07

0,142 0,120 0,122 0,113 0,113 0,120 0,134

Daya kW dan kg/kW.hr

15

10 5 0


SimetriS

10

SFC

0

Putar Volume Burret an (cc) mesi Daya Waktu n (kW) (detik) (rpm) 18,57 4500 5,14 5000 6,32 17,84 6000 7,79 14,24 7000 9,48 12,68 8000 9,55 12,51 9000 9,18 12,30 10000 8,01 12,67

Daya maksimal Torsi maksimal

12

Pada gambar 21. Terlihat bahwa pengaruh campuran bahan bakar biopremium E25 menghasilkan daya dan torsi yang maksimal sehingga mampu memberikan performa mesin yang terbaik jika dibandingkan dengan penggunaan campuran bahan bakar biopremium lainnya. 5.

Kesimpulan Bedasarkan data dan analisa tentang Studi Eksperimen Pengaruh campuran bahan bakar premium dengan bioetanol Nira siwalan Terhadap Performance kendaraan motor 4 langkah dapat disimpulkan bahwa: 1. Hasil bioethanol dari nira siwalan di ujikan dilaboratorium pusdiklat migas cepu menghasilkan data-data nilai RON sebesar 115, Density 0,789 kg/liter dan boiling point 78⁰C. Sehingga dapat dijadikan sebagai bahan aditif untuk campuran bahan bakar premium. 2. Pengaruh Pengunaan bahan bakar campuran premium dengan bioethanol dari nira siwalan menghasilkan performa daya maksimal dan torsi maksimal pada komposisi campuran bahan bakar premium 75% dengan bioethanol nira siwalan 25% (BE25), komposisi campuran bahan bakar ini mampu menghasilkan daya dan torsi maksimala sebesar 13,4 HP dan 13,3 N.m. 3. Pengaruh konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) yang irit dengan daya dan torsi yang dihasilkan tinggi, akan didapatkan bila motor


10


dioperasikan pada putaran mesin dikisaran 7000 rpm. 6.

Saran Penelitian berikutnya dapat dilakukan dengan penggunaan etanol dari Nira siwalan dengan variasi waktu fermentasi. 7. Daftar Pustaka Agustinus Eka P dan Amran Halim, 2004, Pembuatan Bioethanol Dari Nira Siwalan Secara Fermentasi Fese Cair Menggunakan Fermipan, Jurusan Teknik Kimia, Fak. Teknik, Universitas Diponegoro. Devanta Bayu Prasetyo dan Fajar Patriayudha, 2009, Pemakaian gasohol sebagai bahan bakar pada Kendaraan bermotor, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Ir. Sujono. Buku handout teknik pembakaran bahan bakar.

SimetriS

ISSN 1693 - 7066

Ridho Daniel Sihaloho; 2009, Uji eksperimental perbandingan unjuk kerja motor bakar berbahan premium dengan campuran premium-bioetanol (GASOHOL BE-5 dan BE-10), Jurusan teknik mesin, Fakultas teknik Universitas Sumatera Utara. Spesifikasi BBM Jenis Bensin 88 sesuai dengan SK Dirjen Migas No. 3674.K/24/DJM/2006 tanggal 17 Maret 2006. Sri Utami Handayani., 2009, Pemanfaatan Bio Ethanol Sebagai Bahan Bakar Pengganti Bensin, Program Diploma III Teknik Mesin .Fakultas Teknik Universitas Diponegoro. Yolanda J. Lewerissa, 2001, Pengaruh Campuran Bahan Bakar Bensin Dan Etanol terhadap Prestasi Mesin Bensin, Dosen Jurusan Mesin, Politeknik Katolik Saint Paul Sorong.


11

Studi Eksperimen Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium Dengan Bioetanol Nira Siwalan Terhadap Performa Motor 4 Langkah

Recommend Documents