UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR BERBAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN PREMIUM-BIOETANOL (GASOHOL BE-15 DAN BE-20) SKRIPSI

UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR BERBAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN PREMIUM-BIOETANOL (GASOHOL BE-15 DAN BE-20)

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

GUNAWAN SIMANJUNTAK NIM. 05 0401 083

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009 Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Motor Bakar, yaitu “Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Barbahan Bakar Premium dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20)”. Dalam penulisan Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1.

Kedua Orang Tua penulis, Ayahanda tercinta Ir. H.Simanjuntak dan Ibunda dr. P.Siagian yang terus membimbing dan mengarahkan penulis.

2.

Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H Napitupulu, DEA, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Skripsi ini.

3.

Bapak Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST.MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4.

Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

5.

Staff Laboratorium Motor Bakar Deparetemen Teknik Mesin USU, bang Atin yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini berjalan.

Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

6.

Saudaraku

tercinta

(Herta,SP,

Gino,ST,

Ria,SE,

Henri,ST,

Sehat;

K’Riando,Amd, dr. Risna, Jaya,SPd, Marubat,SPd, anak-anak dan keponakan) dan Suntri S, terima kasih atas segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan baik berupa moril dan materil selama kuliah hingga menyelesaikan Skripsi ini. 7.

Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2005 yang tidak dapat disebutkan namanya satu persatu,“Solidarity Forever“.

8.

Rekan – rekan “Polisi Toba“, Andriko Silitonga, Ridho Haloho, Ronny Z.P Situmeang terima kasih atas segala kebersamaan dalam suka dan duka yang telah kita lalui bersama. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh

karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan di masa mendatang. Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.

Medan,

Juli 2009

Penulis,

Gunawan Simanjuntak NIM. 05 0401 083


DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ...................................................................................... i DAFTAR ISI ...................................................................................................iii DAFTAR TABEL ........................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vi DAFTAR NOTASI......................................................................................... viii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1 1.2 Tujuan Pengujian ........................................................................................ 3 1.3 Manfaat Pengujian ...................................................................................... 4 1.4 Ruang Lingkup Pengujian ........................................................................... 4 1.5 Sistematika Penulisan.................................................................................. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 6 2.1 Bioetanol..................................................................................................... 6 2.2 Pembuatan Bioetanol .................................................................................. 8 2.3 Manfaat Bioetanol ...................................................................................... 14 2.4 Bioetanol Ramah Lingkungan .................................................................... 17 2.5 Motor Bensin ............................................................................................. 21 2.5.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah .................................................. 21 2.5.2 Performansi Motor Bensin ................................................................. 23 2.5.3 Teori Pembakaran .............................................................................. 27 2.5.4 Nilai kalor Bahan Bakar ..................................................................... 27 2.6 Emisi Gas Buang........................................................................................ 29 2.7 Harga Premium di Indonesia ...................................................................... 32 BAB III METODOLOGI PENULISAN ....................................................... 34 3.1 Waktu dan Tempat ..................................................................................... 34 3.2 Bahan dan Alat........................................................................................... 34 3.2.1 Bahan ................................................................................................ 34 3.2.2 Alat .................................................................................................... 34 3.3 Metode Pengumpulan Data ........................................................................ 34 3.4 Pengamatan Dan Tahap Pengujian ............................................................. 35 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................. 35 Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin .......................................... 39 3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang......................................................... 44 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ........................................... 46 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................................ 46 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin ............................................... 48 4.2.1 Torsi .................................................................................................. 48 4.2.2 Daya .................................................................................................. 52 4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ........................................................ 55 4.2.4 Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) ................................. 59 4.2.5 Effisiensi Volumetris ......................................................................... 63 4.2.6 Effisiensi Thermal Efektif .................................................................. 66 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang ....................................................................... 69 4.3.1 Kadar Carbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang ............................ 69 4.3.2 Kadar Carbon Dioksida (CO2) Dalam Gas Buang .............................. 71 4.3.3 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) Dalam Gas Buang.................. 73 4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) Dalam Gas Buang ....................................... 76 4.4

Perhitungan Teoritis Harga Gasohol BE-15 dan BE-20 ........................... 78

4.5

Hasil Pengujian ....................................................................................... 79

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 82 5.1 Kesimpulan ................................................................................................ 82 5.2 Saran.......................................................................................................... 83 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konversi Bahan Baku Tanaman yang Mengandung Pati atau Karbohidrat dan Tetes Menjadi Bioetanol ......................................... 9 Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bakar dari Bioetanol, Gasoline, dan Butil Eter ....... 15 Tabel 2.3 Perbandingan emisi bahan pencemar dari campuran Bioetanol dan Premium .......................................................................................... 19 Tabel 2.4 Perbandingan harga premium di AS dengan Indonesia .................... 33 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Bensin TD4A 024 4-langkah ............................... 40 Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 241 Instrumen Unit ............................................. 41 Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter .................... 47 Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi........................... 48 Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Daya ................................................................... 53 Tabel 4.4 Hasil Perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) ................... 57 Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Perbandingan Udara dan Bahan Bakar (AFR) ..... 61 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Efisiensi Volumetris ........................................... 64 Tabel 4.7 Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Efektif .................................... 67 Tabel 4.8 Kadar CO dalam emisi gas buang .................................................... 69 Tabel 4.9 Kadar CO2 dalam gas buang ............................................................ 71 Tabel 4.10 Kadar UHC dalam gas buang ......................................................... 73 Tabel 4.11 Kadar Sisa Oksigen O2 dalam gas buang ........................................ 76 Tabel 4.12 Nilai kalor bahan bakar ................................................................... 79 Tabel 4.13 Performansi untuk beban 10 kg....................................................... 79 Tabel 4.14 Performansi untuk beban 25 kg....................................................... 79 Tabel 4.15 Perbandingan kondisi performansi Bahan Bakar ............................ 80 Tabel 4.16 Emisi Gas Buang pada beban 10 kg ................................................ 80 Tabel 4.17 Emisi Gas Buang pada beban 25 kg ................................................ 81 Tabel 4.18 Perbandingan kondisi emisi gas buang ........................................... 81


DAFTAR GAMBAR Deskripsi

Gambar 1.1

Hal

Perbandingan Cadangan sumber energi fosil Indonesia dengan negara lain .................................................................................... 1

Gambar 2.1

Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol................................ 11

Gambar 2.2

Proses Produksi Bioetanol dari bahan berpati .............................. 13

Gambar 2.3

Diagram alir proses pembuatan Bioetanol dari ubi kayu .............. 13

Gambar 2.4

Posisi TMA dan TMB ................................................................. 17

Gambar 2.5

Daur ulang karbondioksida pada siklus Bioetanol ....................... 20

Gambar 2.6

Siklus Otto Ideal ......................................................................... 21

Gambar 2.7

Cara kerja motor bensin 4 langkah .............................................. 23

Gambar 3.1

Bom Kalorimeter ........................................................................ 36

Gambar 3.2

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar ........................... 38

Gambar 3.3

Mesin Uji TD4A 024 .................................................................. 39

Gambar 3.4

TD4A 024 4-Stroke Bensin Engine ............................................. 39

Gambar 3.5

TD4A 024 Instrumen Unit .......................................................... 40

Gambar 3.6

Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin ............. 43

Gambar 3.7

Autologic gas analyzer ................................................................ 44

Gambar 3.8

Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar bensin ....... 45

Gambar 4.1

Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg.................................. 50

Gambar 4.2

Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 25 kg.................................. 51

Gambar 4.3

Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg.................................. 53

Gambar 4.4

Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg.................................. 54

Gambar 4.5

Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg..................................... 57

Gambar 4.6

Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg..................................... 58

Gambar 4.7

Kurva Viscous Flow Meter Calibration ....................................... 60

Gambar 4.8

Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg .................................. 62

Gambar 4.9

Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg .................................. 62

Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 10 kg .......... 65 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 25 kg .......... 65 Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Thermal Efektif vs Putaran untuk beban 10 kg .. 67 Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal Efektif vs Putaran untuk beban 25 kg .. 68 Gambar 4.14 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 10 kg .......................... 70 Gambar 4.15 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 25 kg .......................... 70 Gambar 4.16 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 10 kg ......................... 72 Gambar 4.17 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 25 kg ......................... 72 Gambar 4.18 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 10 kg ....................... 74 Gambar 4.19 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 25 kg ....................... 75 Gambar 4.20 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg ........................... 76 Gambar 4.21 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 25 kg ........................... 77


DAFTAR NOTASI

Simbol

Arti

Satuan

AFR

Air Fuel Ratio

Cv

Panas jenis bom kalorimeter

kJ/kg 0C

HHV

Nilai kalor atas

kJ/kg

LHV

Nilai kalor bawah bahan bakar

kJ/kg

M

Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

.

mf

laju aliran bahan bakar

kg/jam

ma

laju aliran masa udara

kg/jam

n

Putaran mesin

rpm

Pe

Daya keluaran

Watt

Qin

Kalor masuk ke ruang bakar

J/kg

Qout

Kalor yg dibuang pada proses exhaust.

J/kg

R

konstanta gas

J/ kg.K

Sfc

konsumsi bahan bakar spesifik

g/kW.h

sg f

Spesific gravity

T

Torsi

N.m

Ta

Temperatur udara

K

Tkp

Kenaikan temperatur akibat kawat penyala

0

C

T1

Temperatur air pendingin sebelum penyalaan

0

C

T2

Temperatur air pendingin sesudah penyalaan

0

C

tf

Waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

s

Pa

Tekanan udara

Pa

Vl

Volume langkah torak

m3

Vf

Volume bahan bakar yang diuji

ml


Simbol Yunani. Simbol

Arti

Satuan

ρa

kerapatan udara

kg/m3

ηv

Efisiensi volumetrik

%

ηe

Effisiensi Thermal efektif

%


BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Suatu saat bahan bakar fosil yang ditambang dari perut bumi akan habis, mengingat bahwa bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang tidak dapat diperbaharui (unrenewable). Minyak bumi merupakan salah satu bahan bakar fosil, dimana suplai sudah semakin berkurang. Hal ini yang membuktikan bahwa cadangan minyak bumi sudah semakin menipis. Namun persediaan minyak bumi di ladang-ladang dunia mendekati titik nadir. Saat ini sejumlah ahli perminyakan mengemukakan setiap kita membakar 10 liter minyak mentah hanya ditemukan 4 liter cadangan baru. Jika di awal pemanfaatan minyak bumi pada tahun 1859, manusia hanya perlu mengebor sedalam 69 kaki di Pennsylvania. Kini di sumur paling dalam di Oklahoma, orang telah mengebor sedalam 9 kilometer untuk mendulang “emas hitam”. Joao Alvarez Jr, Top Engineering Executive Volkwagen Brazil mengingatkan “Gasoline is going to runnning out someday” Bila kalangan dunia outomotive sebagai pengguna terbesar BBM mengakui dan menyatakan warming, maka layak kita mengubah arah konsumsi bensin dan solar di negeri kita. Bagaimanapun fakta menunjukkan satu dasa warsa terakhir produksi minyak Indonesia melorot terus dari 1,5 juta barrel/hari di tahun 1997 ke 910.000 barel/hari di tahun 2007. Bahkan Kementrian ESDM (ESDM 2007) menyatakan minyak bumi Indonesia akan habis dalam waktu 23 tahun mendatang (apabila tidak ditemukan cadangan baru).

Sumber ; Indonesian Energy Economics review Gambar 1.1 Perbandingan Cadangan sumber energi fosil Indonesia dengan negara lain Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Penggunaan bahan bakar fosil juga telah menimbulkan dampak negatif pada lingkungan. Perubahan suhu yang semakin meningkat merupakan permasalahan yang sangat mengkhawatirkan bagi dunia pada saat ini. Hal ini disebut dengan pemanasan global (global warming) yaitu adanya proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer, laut, dan daratan bumi. Suhu rata-rata global pada permukaan bumi telah meningkat 0,74 ± 0,18°C (1,33 ± 0,32°F) selama seratus tahun terakhir. Pemanasan global juga disebabkan peningkatan jumlah emisi gas rumah kaca di atmosfer. Dimana yang termasuk dalam kelompok gas rumah kaca adalah karbondioksida (CO2), metana (CH4), dinitro oksida (N2O), hidrofluorokarbon (HFC), perfluorokarbon (PFC), dan sulfur heksafluorida (SF6). Jenis gas rumah kaca yang memberikan sumbangan paling besar bagi emisi gas rumah kaca adalah karbondioksida (CO2). Sementara, untuk gas rumah kaca lainnya (HFC, PFC, dan SF6) hanya menyumbang kurang dari 1% [38]. 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 batu bara. 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 pengunaan bahan bakar fosil adalah bahan bakar nabati yaitu bioetanol [39]. Bioetanol adalah alkohol yang diproduksi dari tumbuh-tumbuhan dengan menggunakan 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 kelimpahannya di Indonesia dan sifatnya yang dapat diperbarui. Ada 3 kelompok bahan penghasil bioetanol yaitu nira Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

bergula, pati, dan bahan serat atau lignoselulosa. Semua bahan baku bioetanol itu mudah didapatkan dan dikembangkan di Indonesia yang memiliki lahan luas dan subur [2]. Di Indonesia saat ini, penggunaan etanol sudah digunakan secara luas. Selain digunakan sebagai campuran premium, etanol juga digunakan dalam dunia industri sebagai pelarut (solven) dan juga sebagai bahan baku industri kimia yang lain seperti pembuatan etil asetat [28]. Hampir semua industri memerlukan etanol antara lain industri makanan dan minuman, bidang kedokteran, farmasi, dan lain-lain. Data perkembangan konsumsi etanol dunia dari tahun 1975, menunjukkan bahwa peningkatan konsumsi terbesar diakibatkan penggunaan etanol sebagai bahan bakar. Saat ini konsumsi etanol sebagai bahan bakar terutama di Brazil, Amerika Serikat, Kanada, Uni Eropa dan Australia berkisar 63-67% dari total penggunaan bahan bakar di dunia. Perlu pula dicatat bahwa 95% dari etanol yang diproduksi di dunia sekarang ini adalah bioetanol [6]. Penggunaan premium telah menimbulkan emisi berbagai gas-gas yang menjadi polutan berbahaya di udara. Disamping itu, bahan aditif timbal yang selama ini digunakan sebagai peningkat angka oktan (octane enhancer) pada premium ikut berkontribusi terhadap pencemaran udara tersebut. Penggunaan MTBE (Methyl Tertiary Buthyl Ether) sebagai pengganti TEL (Tetra Ethyl Lead) merupakan upaya untuk mengurangi pencemaran lingkungan, namun bahan tersebut harus diimpor, dan penggunaannya sudah mulai dilarang di berbagai negara. Bioetanol dapat menggantikan fungsi dari TEL (Tetra Ethyl Lead) dan MTBE (Methyl Tertiary Buthyl Ether) sebagai campuran pada premium. Bioetanol memiliki angka oktan 117 atau lebih tinggi dibanding bensin yang hanya 87-88, sehingga campuran premium-bioetanol secara langsung akan menigkatkan angka oktan [42].

1.2 Tujuan Pengujian 1. Untuk memperoleh perbandingan nilai kalor pembakaran bahan bakar premium

dengan

nilai

kalor

pembakaran

bahan

bakar

campuran

premium-bioetanol (Gasohol BE-15 – BE-20). Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

2. Untuk memperoleh perbandingan unjuk kerja motor bakar berbahan bakar premium dengan campuran premium-bioetanol (Gasohol BE-15 – BE-20). 3. Untuk memperoleh konsentrasi dari beberapa senyawa emisi gas buang motor bakar berbahan bakar premium dengan

campuran premium-bioetanol

(Gasohol BE-15 – BE-20).

1.3 Manfaat Pengujian 1. Untuk memperoleh campuran yang paling baik dari premium-bioetanol dengan pertimbangan ekonomis dan ramah lingkungan. 2. Memotivasi masyarakat, para petani pada khususnya, dalam memanfaatkan lahan kosong untuk areal penanaman bahan baku bioetanol. 3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar premium. 4. Memberikan

pertimbangan

terhadap

pemerintah

untuk

mengurangi

ketergantungan bahan bakar fosil khususnya premium.

1.4 Ruang lingkup Pengujian 1. Bioetanol yang digunakan adalah bioetanol yang berbahan baku ubi kayu. 2. Alat uji yang digunakan untuk dan menghitung nilai kalor pembakaran bahan bakar adalah ”Bom Kalorimeter”. 3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar bensin adalah Mesin Bensin 4-langkah dengan 4-silinder (TecQuipment type.TD4A 024) pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. 4. Unjuk kerja mesin bensin yang dihitung adalah : - Daya (Brake Power) - Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio) - Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumtion) - Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency) - Efisiensi termal efektif (Effektif Thermal Effeciency)


5. Pada pengujian unjuk kerja motor bakar bensin, dilakukan variasi putaran dan beban yang meliputi :

- Variasi putaran : 2000-rpm, 2500-rpm, 3000-rpm, 3500-rpm , 4000-rpm - Variasi beban : 10 kg dan 25 kg.

1.5 Sistematika Penulisan Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima bab, BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian. BAB III METODOLOGI PENGUJIAN, berisi metode pengujian, peralatan dan perlengkapan yang digunakan serta prosedur kerja dari pengujian yang dilakukan. BAB IV DATA DAN ANALISA, berisi data hasil pengujian, perhitungan dan analisa terhadap data hasil pengujian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bioetanol Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa yang dilanjutkan dengan proses destilasi. Etanol merupakan kependekan dari etil alkohol (C2H5OH); sering pula disebut grain alcohol. Etil alkohol atau ethanol adalah salah satu turunan dari senyawa hidroksil atau gugus OH. Wujud dari etanol berupa cairan yang tidak berwarna, mudah menguap dan mempunyai bau yang khas, mudah larut dalam air, berat molekul 46,1, membeku pada suhu –117,3 °C, kerapatannya 0,789 pada suhu 20 °C, nilai kalor 7077 kal/gram, panas latent penguapan 204 kal/gram dan mempunyai angka oktan 91–117, berat jenisnya adalah sebesar 0,7939 g/mL, dan titik didihnya 78,320oC pada tekanan 766 mmHg. Etanol digunakan dalam beragam industri seperti sebagai bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk minuman keras seperti sake atau gin, bahan baku farmasi dan kosmetik, dan campuran bahan bakar kendaraan, peningkat oktan, dan bensin alkohol (gasohol) [34]. 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 depositnya terbatas. Minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui. Keterbatasan itu mendorong negara industri melirik etanol (biofuel) sebagai sumber energi altenatif. Selain terus-menerus dapat diproduksi oleh mikroorganisme, etanol juga ramah lingkungan [3]. Beberapa keunggulan dari penggunaan etanol sebagai bahan bakar [43] yaitu : 1. Diproduksi dari tanaman yang bersifat renewable. 2. Mengandung kadar oksigen sekitar 35% sehingga dapat terbakar lebih sempurna. 3. Penggunaan gasohol dapat menurunkan emisi gas rumah kaca. Salah satu sumber penyumbang karbon dioksida adalah pembakaran bahan bakar fosil. Pada kasus pemanasan akibat bertambahnya gas-gas rumah Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

kaca seperti CO2, pemanasan pada awalnya akan menyebabkan lebih banyaknya air yang menguap ke atmosfer. Karena uap air sendiri merupakan gas rumah kaca, pemanasan akan terus berlanjut dan menambah jumlah uap air di udara hingga tercapainya suatu kesetimbangan konsentrasi uap air. Gas-gas ini menyerap dan memantulkan kembali radiasi gelombang yang dipancarkan Bumi dan akibatnya panas tersebut akan tersimpan di permukaan Bumi. Hal tersebut terjadi berulang-ulang dan mengakibatkan suhu rata-rata tahunan bumi terus meningkat. akibat jumlah gas-gas tersebut telah berlebih di atmosfer, pemanasan global menjadi akibatnya. Untuk mengurangi emisi rumah kaca yaitu dengan mangganti bahan bakar fosil dengan bahan bakar nabati yaitu gasohol. 4. Pembakaran tidak menghasilkan partikel timbal dan benzena yang bersifat karsinogenik (penyebab kanker). Timbal ditambahkan sebagai bahan aditif pada bensin dalam bentuk timbal organik (tetraetil-Pb atau tetrametil-Pb). Pada pembakaran bensin, timbal organik ini berubah bentuk menjadi timbal anorganik. Timbal yang dikeluarkan sebagai gas buang kendaraan bermotor merupakan partikelpartikel yang berukuran sekitar 0,01 µm. Partikel-partikel timbal ini akan bergabung satu sama lain membentuk ukuran yang lebih besar, dan keluar sebagai gas buang atau mengendap pada kenalpot. Pengaruh Pb pada kesehatan yang terutama adalah pada sintesa haemoglobin dan sistem pada syaraf pusat maupun syaraf tepi. Pengaruh pada sistem pembentukkan Hb darah yang dapat menyebabkan anemia, ditemukan pada kadar Pb-darah kelompok dewasa 60-80µg/100 ml dan kelompok anak > 40 µg/100 ml. Pada kadar Pb-darah kelompok dewasa sekitar 40 µg/100 ml diamati telah ada gangguan terhadap sintesa Hb, seperti meningkatnya ekskresi asam aminolevulinat. Oleh karena itu

gasohol merupakan cara terbaik untuk

mencegah hal tersebut. 5. Mengurangi emisi fine-particulates yang membahayakan kesehatan manusia. Pembakaran didalam mesin menghasilkan berbagai bahan pencemar dalam bentuk gas dan partikulat yang umumnya berukuran lebih kecil dari 2 µm. Beberapa dari bahan-bahan pencemar ini merupakan senyawa-senyawa yang Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

bersifat karsinogenik dan mutagenik, seperti etilen, formaldehid, benzena, metil nitrit dan hidrokarbon poliaromatik (PAH). Mesin solar akan menghasilkan partikulat dan senyawa-senyawa yang dapat terikat dalam partikulat seperti PAH, 10 kali lebih besar dibandingkan dengan mesin bensin yang mengandung timbel. Untuk beberapa senyawa lain seperti benzena, etilen, formaldehid, benzo(a)pyrene dan metil nitrit, kadar di dalam emisi mesin bensin akan sama besarnya dengan mesin solar. Emisi kendaraan bermotor yang mengandung senyawa karsinogenik diperkirakan dapat menimbulkan tumor pada organ lain selain paru. Untuk itu Bahan Bakar Nabati (BBN) merupakan cara untuk mengurangi emisi fine-particulates. 6. Mudah larut dalam air dan tidak mencemari air permukaan dan air tanah.

Proses destilasi dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95%, 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 90-96,5% dapat digunakan pada industri, sedangkan etanol yang mempunyai kadar 96-99,5% dapat digunakan sebagai campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Etanol yang dimanfaatkan sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan yang 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 [4].

2.2 Pembuatan Bioetanol Pembuatan bioetanol yang menggunakan bahan baku tanaman yang mengandung pati, dilakukan dengan cara mengubah pati menjadi gula (glukosa) larut air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat dan tetes menjadi bioetanol ditunjukkan pada Tabel 2.1.


Tabel 2.1. Konversi Bahan Baku Tanaman Yang Mengandung Pati atau Karbohidrat dan Tetes Menjadi Bioetanol Bahan Baku Konsumsi

Jenis

Kandungan

Jumlah Hasil

Gula dalam

Konversi

Bahan Baku

Bioetanol

(kg)

(liter)

(kg)

Perbandingan Bahan Baku dan Bioetanol

Ubi Kayu

1000

250-300

166,6

6,5:1

Ubi Jalar

1000

150-200

125

8:1

Jagung

1000

600-700

200

5:1

Sagu

1000

120-160

90

12:1

Tetes

1000

500

250

4:1

Sumber : www.geocities.com Pengubahan pati menjadi gula dapat dilakukan dengan dua metode yaitu hidrolisa asam dan hidrolisa enzim. Namun, pada saat ini metode yang lebih banyak digunakan adalah dengan hidrolisa enzim. Pada proses pengubahan pati menjadi gula larut air yang menggunakan metode hidrolisa enzim dilakukan dengan penambahan air dan enzim, selanjutnya dilakukan proses fermentasi gula menjadi etanol dengan menambahkan ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi bioetanol secara sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2 [30] dibawah ini :

(C6H10O5)n + H2O (pati)

N C6H12O6 enzim

(C6H12O6)n (glukosa)

(glukosa)

2 C2H5OH + 2 CO2 ragi

(1)

(2)

(etanol)

Secara sederhana teknologi proses produksi bioetanol yang menggunakan bahan baku ubi kayu dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu gelatinasi, sakharifikasi, dan fermentasi. Pada proses gelatinasi ubi kayu dihancurkan kemudian ditambahkan air sehingga akan diperoleh bubur ubi kayu, dimana pati yang Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

dihasilkan diperkirakan mencapai 27-30 %. Kemudian pati yang telah diperoleh dari bubur ubi kayu tersebut dipanaskan selama 2 jam sehingga berbentuk gel. Pada umumnya, proses gelatinasi dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu: 1. Bubur pati dipanaskan sampai 130oC selama 30 menit, kemudian didinginkan sampai mencapai temperatur 95oC yang diperkirakan memerlukan waktu sekitar 15 menit. Kemudian selama sekitar 75 menit, kondisi temperatur 95oC tersebut dipertahankan, sehingga total waktu yang dibutuhkan mencapai 2 jam. 2. Pati langsung ditambah enzim termamyl, kemudian dipanaskan sampai mencapai temperatur 130oC selama 2 jam. Gelatinasi cara pertama, yaitu cara pemanasan bertahap mempunyai keuntungan, yaitu pada suhu 95oC aktifitas termamyl merupakan yang paling tinggi, sehingga mengakibatkan ragi cepat aktif. Pemanasan dengan suhu 130oC pada cara pertama tersebut dimaksudkan untuk memecah granula pati, sehingga lebih mudah terjadi kontak dengan air dan enzim serta dapat berfungsi untuk sterilisasi bahan, sehingga bahan tersebut tidak mudah terkontaminasi. Gelatinasi cara kedua, yaitu cara pemanasan langsung (gelatinasi dengan enzim termamyl) pada temperature 130oC menghasilkan hasil yang kurang baik, karena mengurangi dapat mengurangi aktifitas dari ragi. Hal tersebut disebabkan gelatinasi dengan enzim pada suhu 130oC akan terbentuk tri-phenyl-furane yang mempunyai sifat racun terhadap ragi. Gelatinasi pada suhu tinggi tersebut juga akan berpengaruh terhadap penurunan aktifitas termamyl, karena aktifitas termamyl akan semakin menurun setelah melewati suhu 95oC. Selain itu, tingginya temperature tersebut juga akan mengakibatkan half life dari termamyl semakin pendek, sebagai contoh pada temperature 93oC, half life dari termamyl adalah 1500 menit, sedangkan pada temperature 107oC, half life termamyl tersebut adalah 40 menit. Hasil gelatinasi dari ke dua cara tersebut didinginkan sampai mencapai temperatur 55oC, kemudian ditambah SAN untuk proses sakharifikasi dan selanjutnya difermentasikan dengan menggunakan ragi. Ragi yang sering digunakan dalam fermentasi alkohol adalah Saccharomyces cerevisiae, karena jenis ini dapat berproduksi tinggi, toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi (12-18%), tahan


terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan fermentasi pada suhu 4-32oC [31]. Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi bioetanol. Mekanisme reaksi pada proses fermentasi dapat dilihat pada Gambar 2.1. Pada saat keadaan aerob asam piruvat diubah menjadi asetil-koenzimA. Tetapi karena ragi Saccharomyzes ceraviseze dalam keadaan anaerob, asam piruvat diubah menjadi etanol dengan bantuan piruvat dekarboksilase dan alkohol dehidrogenase melalui proses fermentasi alkohol [19]. O O C

piruvat dekarboksilase

O

alcohol dehidrogenase C

C

CH2

H

OH

O NADH CO2

CH3

NAD+

CH3

CH3 Acetaldehida

Pyruvat

Ethanol

Gambar 2.1 Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol

Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya masih mengandung gas-gas antara lain CO2 dan aldehyde. Gas CO2 pada hasil fermentasi tersebut biasanya mencapai 35 %, sehingga untuk memperoleh bioetanol yang berkualitas baik, maka bioetanol tersebut harus dibersihkan dari gas tersebut. Proses pembersihan CO2 dilakukan dengan menyaring bioetanol yang terikat oleh CO2, sehingga dapat diperoleh bioetanol yang bersih dari gas CO2. Pada umumnya bioetanol atau alkohol yang dihasilkan dari proses fermntasi yang mempunyai kemurnian sekitar 30 – 40%, sehingga harus dimurnikan lagi. Agar mendapatkan kadar bioetanol lebih dari 95% dan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar, alkohol hasil fermentasi yang mempunyai kemurnian sekitar 30 – 40% tersebut harus melewati proses destilasi untuk memisahkan alkohol dengan air [32]. Destilasi merupakan pemisahan larutan berdasarkan titik didihnya. Titik didih etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC. Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 – 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

menguap [29]. Destilasi fraksinasi merupakan pemisahan atau pengambilan uap dari setiap tingkat yang berbeda dalam kolom destilasi. Produk yang lebih berat diperoleh di bagian bawah, sedangkan yang lebih ringan akan keluar dari bagian atas kolom. Dari hasil destilasi ini, kadar bioetanolnya berkisar antara 95-96%. Namun, pada kondisi tersebut campuran membentuk azeotrope, yang artinya campuran alkohol dan air sukar untuk dipisahkan. Untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian lebih tinggi dari 99,5% atau yang umum disebut Fuel Grade Ethanol, masalah yang timbul adalah sulitnya memisahkan hidrogen yang terikat dalam struktur kimia alkohol dengan cara destilasi biasa, oleh karena itu untuk mendapatkan Fuel Grade Etanol dilaksanakan pemurnian lebih lanjut dengan cara azeotropic destilasi. Untuk menghasilkan anhydrous alcohol, kondisi azeotrope harus dipecahkan dengan bahan pelarut lain. Bahan pelarut yang biasa digunakan adalah benzene atau n-hexane. Cara lain yang umum dipakai adalah desiccants process dan molecular sieves. Pada proses desiccant, untuk mendapatkan anhydrous alcohol digunakan bahan kimia yang sifatnya stabil yang bereaksi hanya dengan air, dan tidak bereaksi dengan alkohol. Contohnya adalah kalsium oksida. Reaksi antara CaO dengan air mengeluarkan panas, sehingga perlu rancangan khusus pada kolomnya. Selain itu berbagai macam pati juga dapat dipakai sebagai dessicant. Molecular sieves adalah kristal aluminosilikat, merupakan bahan penyaring yang tidak mengalami hidrasi maupun dehidrasi pada struktur kristalnya. Molekul penyaring ini secara selektif menyerap air, karena lubang kristalnya mempunyai ukuran lebih kecil dibanding ukuran molekul alkohol, dan lebih besar dibandingkan molekul air. Alkohol yang berbentuk cair maupun uap dilewatkan kolom yang berisi bahan penyaring, air akan tertahan dalam bahan tersebut dan akan diperoleh alkohol murni. Biasanya proses ini menggunakan dua kolom, kolom kedua untuk aliran uap alkohol sedangkan pada kolom pertama setelah proses dialirkan udara atau gas panas untuk menguapkan air [40]. Pada industri pembuatan etanol, juga akan diperoleh hasil lain, baik yang dapat dimanfaatkan langsung maupun harus diproses lebih lanjut. Hasil samping tersebut antara lain stillage, karbondioksida, dan minyak fusel. Stillage adalah sisa destilasi yang tertinggal dalam kolom bagian bawah dan masih bercampur dengan Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

air. Stillage tersebut masih banyak mengandung bahan-bahan organik yang tidak terfermentasikan. Stillage dari proses destilasi jumlahnya cukup besar, yaitu 10-13 kali jumlah alkohol yang dihasilkan. Mengingat bahan yang terkandung di dalamnya, maka stillage dapat dimanfaatkan sebagai pupuk, makanan ternak dan biogas. Sedangkan gas karbondioksida yang dihasilkan selama proses fermentasi biasanya diserap dan dimurnikan kemudian ditekan menjadi bentuk cair. Minyak fusel yang pada prinsipnya merupakan campuran n-amyl, n-butyl, isobutyl, npropyl dan iso-propyl alkohol juga asam-asam, ester maupul aldehid, dapat digunakan sebagai bahan baku kimia, bahan pelarut dan bahan bakar [41].

Sumber: www.agribisnis.deptan.go.id Gambar 2.2 Proses Produksi Bioetanol dari bahan berpati

Sumber: www.agribisnis.deptan.go.id Gambar 2.3 Diagram alir proses pembuatan Bioetanol dari ubi kayu Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

2.3 Manfaat Bioetanol Pada dasarnya etanol dapat diperoleh melalui 2 cara. Pertama, etanol yang diperoleh melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Kedua, etanol diperoleh dari hasil sintesa etilen. Bioetanol dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Bioetanol banyak digunakan dalam industri minuman, kosmetik dan industri farmasi seperti deterjen, desinfektan dan lain-lain. Alkohol dari produk petroleum atau dikenal sebagai alkohol sintetis banyak dipakai untuk bahan baku pada industri acetaldehyde, derivat acetyl dan lain-lain. Selain bioetanol dikenal pula gasohol, yang merupakan campuran bioetanol dengan premium yang digunakan sebagai bahan bakar. Brazil, Amerika Serikat, Argentina, Australia, Kuba, Jepang, Selandia Baru, Afrika Selatan, Swiss dan lain-lain telah mengunakan bahan bakar alternatif ini untuk digunakan pada kendaraan bermotor [14]. Campuran bioetanol dan premium dapat divariasikan kadarnya. Misalnya Gasohol BE-10, yang mengandung 10% bioetanol, sisanya premium. Kualitas etanol yang digunakan tergolong fuel grade etanol yang kadar etanolnya 99%. Etanol yang mengandung 35% oksigen dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi emisi gas rumah kaca. Rendahnya biaya produksi bioetanol karena sumber bahan bakunya merupakan limbah pertanian yang tidak bernilai ekonomis dan berasal dari hasil pertanian budidaya yang dapat diambil dengan mudah. Dilihat dari proses produksinya juga relatif sederhana dan murah [15]. Keuntungan lain dari bioetanol adalah nilai oktannya lebih tinggi dari premium sehingga dapat menggantikan fungsi bahan aditif, seperti Metil Tertiary Butyl Ether (MTBE) dan Tetra Ethyl Lead (TEL) (Ward & Singh, 2002). Kedua zat aditif tersebut telah dipilih menggantikan timbal pada premium. Etanol absolut memiliki angka oktan (ON) 117, sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol BE10 secara proporsional memiliki ON 92 atau setara Pertamax. Pada komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether (MTBE). Hal tersebut terlihat pada tabel 2.2.


Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bakar dari bioetanol, gasholine dan butil eter (McCormick et al., 2001).

Konsep ini pada awalnya berasal dari keinginan beberapa ahli untuk mengganti octan booster (zat yang yang dapat menaikkan nilai oktan) dimana pada awalnya octan booster yang digunakan tersebut adalah dari senyawa timbal, yang kita kenal dengan TEL (Tetra Ethyl Lead), kemudian mengingat timbal yang digunakan tidak begitu aman bahkan membahayakan bagi kesehatan manusia, maka muncullah apa yang kita kenal dengan sebutan MTBE (Methyl Terthier Buthyl Ethylen), dan ada beberapa senyawa octan booster lainnya yang berasal dari turunan senyawa aromatik, diperoleh korelasi antara bensin murni dengan bensin yang ditambah (octan booster) yaitu diketahui dengan penambahan 0,1 gram timbal per 1 liter gasoline mampu menaikkan angka oktan sebesar 1,5–2 satuan angka oktan dan diketahui juga bahwa timbal adalah merupakan komponen dengan harga relatif murah untuk kebutuhan peningkatan 1 satuan angka oktan dibandingkan dengan menggunakan senyawa lainnya. Berdasarkan sifat-sifat fisik dari metanol dan etanol, diperoleh bahwa etanol lebih disukai dibanding metanol karena metanol lebih korosif daripada etanol serta metanol juga dapat menyebabkan kesukaran untuk starting pada kondisi cuaca dingin atau vapor lock ketika panas. Oktan metanol dan etanol lebih tinggi dari bensin, sehingga dengan pencampuran bensin dengan metanol dan etanol diharapkan akan menaikkan nilai oktan dari bensin dan diharapkan efisiensi mesin juga akan lebih baik [27]. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Perhitungan berikut menunjukkan bahwa kenaikan angka oktan saja belum tentu menjamin bahwa efisiensi mesin akan lebih baik, berikut analisisnya. Calorific value/Nilai kalor : Energi yg dilepaskan pada proses pembakaran bahan

bakar per-satuan volume atau per-satuan

massanya.

Efisiensi thermal Engine

= 1 - (Qout / Qin)

Qout = Kalor yg dibuang pada proses pembuangan (exhaust). Qin

= Kalor masuk ke ruang bakar (terjadi pada proses pembakaran bahan

bakar).

Semakin besar nilai Qin , maka nilai efisiensi thermal semakin tinggi. Nilai kalor semakin besar maka nilai Qin semakin besar sehingga semakin tinggi tekanan pendorong piston di dalam ruang bakar. (Calorific value untuk Etanol = 29,7 MJ/Kg, Calorific Value untuk Bensin = 47,3 MJ/Kg). Jadi secara teoritis efisiensi thermal engine ethanol bensin (91-98). Hasil perhitungan itu dapat dijelaskan sebagai berikut: 1. Pada bahan bakar dengan nilai oktan rendah, proses penyalaan terjadi ketika posisi piston masih agak jauh dari TMA (Titik Mati Atas) sehingga arah gerak piston sempat beberapa saat berlawanan dengan arah tekanan gas pembakaran. Setelah melewati TMA, maka arah gerak keduanya menjadi searah dan melakukan kerja positif. Jadi sempat terjadi losses. Proses penyalaan ini terjadi dengan sendirinya karena tekanan yang tinggi di ruang bakar, dikenal dengan istilah self ignition/knocking. 2. Pada bahan bakar dengan nilai oktan yang tinggi, proses penyalaan bahan bakar terjadi ketika piston sudah sangat dekat dengan posisi TMA. Karena itu tekanan dari gas pembakaran benar-benar digunakan untuk mendorong piston melakukan kerja positif (dalam hal ini mendorong mobil) karena arah tekanan gas dan gerak piston searah.


Gambar 2.4 . Posisi TMA dan TMB Dengan demikian untuk etanol yang mempunyai nilai oktan tinggi, tekanan hasil pembakarannya benar-benar digunakan untuk mendorong piston melakukan kerja positif. Bioetanol dapat langsung dicampur dengan bensin pada berbagai komposisi untuk meningkatkan efisiensi dan emisi gas buang yang lebih ramah lingkungan [1].

2. 4 Bioetanol Ramah Lingkungan Mesin bensin (Otto) dan diesel adalah dua jenis mesin pembakaran dalam yang paling banyak digunakan di dunia. Baham bakar mesin diesel memiliki efisiensi lebih tinggi, tetapi mempunyai tingkat polusi sulfur yang tinggi apabila dibandingkan dengan

bahan bakar mesin bensin. Etanol yang secara teoritik

memiliki nilai oktan di atas standar maksimal bensin, cocok diterapkan sebagai substitusi sebagian ataupun keseluruhan pada mesin bensin. Terdapat beberapa karakteristik internal etanol yang menyebabkan penggunaan etanol pada mesin Otto lebih baik daripada bensin. Etanol memiliki angka research octane 108,6 dan motor octane 89,7 [16]. Angka tersebut (terutama research octane) melampaui nilai maksimal yang mungkin dicapai oleh bensin (meski setelah ditambahkan aditif tertentu pada bensin). Sebagai catatan, bensin yang dijual Pertamina memiliki angka research octane 88. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara-bahan bakar sebelum waktunya (self-ignition). Terbakarnya campuran udara-bahan bakar di dalam mesin Otto sebelum waktunya akan menimbulkan fenomena ketuk (knocking) yang berpotensi menurunkan daya mesin, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen mesin. Selama ini, fenomena ketuk membatasi penggunaan rasio kompresi (perbandingan antara volume silinder terhadap volume sisa) yang tinggi pada mesin bensin. Tingginya angka oktan pada etanol memungkinkan penggunaan rasio kompresi yang tinggi pada mesin Otto. Korelasi antara efisiensi dengan rasio kompresi berimplikasi pada fakta bahwa mesin Otto berbahan bakar etanol (sebagian atau seluruhnya) memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar gasoline (Indartono,2005). Untuk rasio campuran etanol : gasoline mencapai 60 : 40 tercatat peningkatan efisiensi hingga 10 [12]. Etanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang inheren di dalam molekul etanol tersebut membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara-bahan bakar di dalam silinder. Ditambah dengan rentang keterbakaran (flammability) yang lebar, yakni 4,3 – 19 vol dibandingkan dengan bensin yang memiliki rentang keterbakaran 1,4 – 7,6 vol pembakaran campuran udara-bahan bakar etanol menjadi lebih baik ini dipercaya sebagai faktor penyebab relatif rendahnya emisi CO dibandingkan dengan pembakaran udara-gasolin, yakni sekitar 4%. Etanol juga memiliki panas penguapan (heat of vaporization) yang tinggi, yakni 842 kJ/kg. Tingginya panas penguapan ini menyebabkan energi yang dipergunakan untuk menguapkan etanol lebih besar dibandingkan gasolin. Konsekuensi lanjut dari hal tersebut adalah temperatur puncak di dalam silinder akan lebih rendah pada pembakaran etanol dibandingkan dengan gasolin. Rendahnya emisi NO, yang dalam kondisi atmosfer akan membentuk NO2 yang bersifat racun, dipercaya sebagai akibat relatif rendahnya temperatur puncak pembakaran etanol di dalam silinder. Pada rasio kompresi 7, penurunan emisi NOx tersebut bisa mencapai 33 dibandingkan terhadap emisi NOx yang dihasilkan pembakaran gasolin pada rasio kompresi yang sama. Dari susunan molekulnya, etanol memiliki rantai karbon yang lebih Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

pendek dibandingkan bensin, rumus molekul etanol adalah C2H5OH, sedangkan gasolin memiliki rantai C6-C12 dengan perbandingan antara atom H dan C adalah 2:1. Pendeknya rantai atom karbon pada etanol menyebabkan emisi UHC pada pembakaran etanol relatif lebih rendah dibandingkan dengan gasolin, yakni berselisih hingga 130 ppm. Penggunaan etanol (sebagian atau seluruhnya) pada mesin Otto, positif menyebabkan kenaikan efisiensi mesin dan turunnya emisi CO, NOx, dan UHC dibandingkan dengan penggunaan gasolin [17]. Namun perlu dicatat bahwa emisi aldehida lebih tinggi pada penggunaan etanol, sepeti yang ditunjukkan pada Tabel 2.3. Meskipun demikian bahaya emisi aldehida terhadap lingkungan lebih rendah daripada berbagai bahaya emisi yang ditimbulkan dari pembakaran premium. Tabel 2.3 Perbandingan Emisi Bahan Pencemar dari Campuran Bioetanol dan

Premium Emisi

E10

E85

Carbon Monoxide (CO)

Berkurang 25-30 %

Berkurang 40-60%

Carbo Dioxide (CO2)

Berkurang 10%

Berkurang 14-102 %

Nitrogen Oxides

Berkurang 5%

Berkurang 30%

Voltile

Organic

Compound Berkurang 7%

Berkurang 30% lebih

(VOCs) Sulfur Dioxides

Beberapa pengurangan

Berkurang

sampai

80% Particulates

Beberapa pengurangan

Berkurang 20%

Aldehydes

Meningkat 30-50%

Tidak cukup data

Aromatic

(benzene

dan Beberapa pengurangan

Berkurang lebih 50%

butadiene) Sumber: www.renewableenergypartners.org

Selain itu, pada prinsipnya emisi CO2 yang dihasilkan pada pembakaran etanol juga akan dipergunakan oleh tumbuhan penghasil etanol tersebut. Sehingga berbeda dengan bahan bakar fosil, pembakaran etanol tidak menciptakan sejumlah CO2 baru ke lingkungan [37].


Gambar 2.5 Daur ulang karbondioksida pada siklus bioetanol (Sheehan, 1998).

Di Indonesia, bensin yang dijual masih mengandung timbal (TEL) sebesar 0,3 g/L serta sulfur 0,2 % berat, penggunaan etanol jelas lebih baik dari bensin. Seperti diketahui, TEL adalah salah satu zat aditif yang digunakan untuk meningkatkan angka oktan bensin dan zat ini telah dilarang di berbagai negara di dunia karena sifat racunnya. Etanol murni akan bereaksi dengan karet dan plastik. Oleh karena itu, etanol murni hanya bisa digunakan pada mesin yang telah dimodifikasi. Dianjurkan untuk menggunakan karet fluorokarbon sebagai pengganti komponen karet pada mesin Otto konvensional. Selain itu, molekul etanol yang bersifat polar akan sulit bercampur secara sempurna dengan gasolin yang relatif non-polar, terutama dalam kondisi cair. Oleh karena itu, modifikasi perlu dilakukan pada mesin yang menggunakan campuran bahan bakar etanolgasolin agar kedua jenis bahan bakar tersebut bisa tercampur secara merata di dalam ruang bakar. Salah satu inovasi pada permasalahan ini adalah pembuatan karburator tambahan khusus untuk etanol. Pada saat langkah hisap, uap etanol dan gasolin akan tercampur selama perjalanan dari karburator hingga ruang bakar memberikan tingkat pencampuran yang lebih baik [18].


2.5 Motor Bensin Motor bensin yang mengerakkan mobil penumpang, truk, sepeda motor, skuter, dan jenis kendaraan lain saat ini merupakan perkembangan dan perbaikan mesin yang sejak semula dikenal dengan motor Otto. Motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api yang akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini maka motor bensin disebut juga sebagai Spark Ignition Engine.

Sedangkan karburator

merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar [5]. Pada motor bensin, campuran udara dan bahan bakar yang dihisap ke dalam silinder dimampatkan dengan torak kemudian dibakar untuk memperoleh tenaga panas. Gas-gas hasil pembakaran dari bahan bakar akan meningkatkan suhu dan tekanan di dalam silinder, sehingga torak yang berada di dalam silinder akan bergerak turun-naik (bertranslasi) akibat menerima tekanan yang tinggi.

2.5.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2-langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4-langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4-langkah. Langkah langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.6 dibawah ini : P 3

Expansion

2 4 0

1

TM

TM

V

Gambar 2.6 Siklus Otto Ideal Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah : 1. Langkah isap Pada langkah isap (0–1), campuran udara yang telah bercampur pada karburator diisap ke dalam silinder (ruang bakar). Torak bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) yang akan menyebabkan kehampaan (vacum) di dalam silinder, maka dengan demikian campuran udara dan bahan bakar (bensin) akan diisap ke dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan terbuka dan katup buang akan menutup. 2. Langkah Kompresi Pada langkah kompresi (1–2), campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder dimampatkan oleh torak, dimana torak akan bergerak dari TMB ke TMA dan kedua katup isap dan buang akan menutup, sedangkan busi akan memercikan bunga api dan bahan bakar mulai terbakar akibatnya

terjadi proses pemasukan panas pada

langkah 2-3. 3. Langkah Ekspansi Pada langkah ekspansi (3–4), campuran udara dan bahan bakar yang diisap telah terbakar. Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Saat sebelum mencapai TMB, katup buang terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam silinder turun dengan cepat. 4. Langkah Pembuangan Pada langkah pembuangan (4–1-0), torak terdorong ke bawah menuju TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah terbakar di dalam silinder. Selama langkah ini, katup buang membuka sedangkan katup isap menutup.


Pada motor bensin 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga [13]. Cara kerja motor bensin 4 langkah ini dapat dilihat pada gambar 2.7 berikut:

Gambar 2.7 . cara kerja motor bensin 4 langkah

2.5.2 Performansi Motor Bensin Ada beberapa hal yang mempengaruhi performansi motor bensin, antara lain besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan massa aliran udaran dengan massa aliran bahan bakar akan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada motor yang berpotensi menurunkan daya motor, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen motor. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar motor Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.


1. Torsi dan Daya Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan Torquemeter yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat torquemeter yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya efektif (Brake Horse Power) [20].

Pe =

2.π .n T ................................................................... (2.1) 60

dimana : Pe = Daya keluaran (Watt) n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam [25], maka: .

m f x 10 3 .............................................................. (2.2) Sfc = Pe dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). .

m f = laju aliran bahan bakar (kg/jam). .

Besarnya laju aliran massa bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan berikut :

mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600 ........................................... (2.3)

dimana : sg f = spesific gravity. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

V f = volume bahan bakar yang diuji. tf

= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

3. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan [21] sebagai berikut : .

AFR =

ma .

.................................................................. (2.4)

mf dimana : ma = laju aliran masa udara (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mbar dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) [22] berikut : C f = 3564 x Pa x

(Ta + 114) Ta2,5

…...........................….. (2.5)

dimana : Pa = tekanan udara (Pa) Ta = temperatur udara (K)

4. Effisiensi Volumetris Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik ( η v ) dirumuskan dengan persamaan [23] berikut : Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berat udara segar yang terisap ..... (2.6) Berat udara sebanyak volume langkah torak

ηv =

.

ma 2 Berat udara segar yang terisap = . ...................... (2.7) 60 n Berat udara sebanyak langkah torak = ρ a . Vs ........... (2.8) Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi volumetris : .

2. m a 1 . ................................................... (2.9) ηv = 60.n ρ a .Vs dengan : ρ a = kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak = 0.493 x 10-3 (m3). [spesifikasi mesin] Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :

ρa =

Pa ……….....................................… (2.10) R.Ta

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 29.3 kg.m/ kg.K)

5. Effisiensi Thermal Efektif Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal efektif (effective thermal efficiency, ηe ) [26].

ηe

Daya keluaran aktual ........................................(2.11) Laju panas yang masuk

=

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut : .

Q = m f . LHV ..............................................................(2.12) Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg) .

Jika daya keluaran efektif ( Pe ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar m f dalam satuan kg/jam, maka :

ηe

=

Pe .

. 3600 ....................................................(2.13)

m f .LHV

2.5.3

Teori Pembakaran Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar

setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari oksigen dan nitrogen. Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida [8].

2.5.4 Nilai Kalor Bahan Bakar Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar. Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan bom kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom kalorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya untuk menghitung nilai kalor atas, dapat dihitung dengan persamaan [35] berikut : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv...........................................(2.14) dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) T1

= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0C)

T2

= Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0C)

Cv

= Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg 0C)

Tkp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0.05 0C)

Sedangkan nilai kalor bawah dihitung dengan persamaan [36] berikut:

LHV = HHV – 3240 ............................................................(2.15)

Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong [9] : O   HHV = 33950 C + 144200  H 2 − 2  + 9400 S ..............(2.16) 8  

dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) C

= Persentase karbon dalam bahan bakar

H2

= Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2

= Persentase oksigen dalam bahan bakar

S

= Persentase sulfur dalam bahan bakar Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya. Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan [10] berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)......................................(2.17)

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg) M

= Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American Society of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV) [11].

2.6 Emisi Gas Buang Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori [33] sebagai berikut :


1. Sumber Polutan Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. 2. Komposisi Kimia Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya. 3. Bahan Penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas. a.) Partikulat Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan. Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam. b.) Unburned Hidrocarbon (UHC) Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan. Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar. c.) Carbon Monoksida (CO) Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar

(kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen)

terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.


d.) Nitrogen Oksida (NOx) Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam masalah polusi udara adalah NO dan NO2. Kedua senyawa ini terbuang langsung ke udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada temperatur tinggi diatas 1210 0C. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut : O2

→ 2O

N2 + O

→

NO + N

N + O2 → NO + O 2.7 Harga Premium di Indonesia Harga premium di Indonesia saat ini Rp. 4.500,- . Harga premium tersebut sudah dengan adanya subsidi dari pemerintah. Pada saat ini harga BBM industri non subsidi terus turun hingga mendekati harga BBM bersubsidi. Di sebagian lokasi pemasaran Pertamina, harga Premium non subsidi dijual seharga Rp 6.043 per liter (1/11/2008). Pada table berikut menampilkan perbandingan harga premiun yang dijual di SPBU

Amerika

Serikat

dengan

Indonesia

sepanjang

tahun

2008.

Adapun asumsi yang digunakan adalah: 1. Harga rata-rata premium di AS diambil dari harga mingguan yang dirilis di http://www.eia.doe.gov/ ( 1 gallon = 3.7854 liter) 2. Harga premium di konversikan dengan rupiah dengan asumsi rata-rata kurs rupiah terhadap dollar adalah sebagai berikut: a. Kurs Jan – Sep = Rp 9.250 per dollar b. Oktober – Desember = Rp 10.800 per dollar 3. Pada bulan Mei, masih menggunakan acuan harga premium dari awal hingga pertengahan Mei. Kenaikan BBM pada 24 Mei, dimasukan dalam kalkulasi bulan Juni 2008.


Tabe2.4 Perbandingan harga premium di AS dengan Indonesia

Perbandingan 2008

Harga AS $ /liter

Rp/liter

Harga Ind Rp/liter

Januari

0.82

7,585.00

4,500

Februari

0.81

7,492.50

4,500

Maret

0.87

8,047.50

4,500

April

0.93

8,602.50

4,500

Mei

1.01

9,342.50

4,500

Juni

1.08

9,990.00

6,000

Juli

1.09

10,082.50 6,000

Agustus

1.01

9,342.50

6,000

September

1.00

9,250.00

6,000

Oktober

0.85

9,180.00

6,000

November

0.58

6,264.00

6,000

M-1 Des

0.49

5,335.20

5,500

M-2 Des

0.46

5,011.20

5,500

M-3 Des

0.45

4,892.40

5,000

M-4 Des

0.45

4,881.60

5,000

Sumber : www.nusantara_news.com

Jika harga premium di Amerika Serikat pada bulan Mei 2008 Rp.9.342,50per liter. Selisih harga premium di luar negeri dengan harga premium di Indonesia yang Rp.4.500 per liter ini, yaitu Rp.4.842,50 per liternya, disebut subsidi.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama kurang lebih 2 bulan.

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar premium dan campuran premium-bioetanol dengan kadar : 1. BE-15 (85% Premium + 15% Bioetanol dalam campuran). 2. BE-20 (80% Premium + 20% Bioetanol dalam campuran).

3.2.2 Alat Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari : 1. Mesin bensin 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 024 ). 2. Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar. 3. Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji auto gas analizer. 4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya. 5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 50 ml. 6. Termometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum masuk dan setelah keluar air cooler.

3.3 Metode Pengumpulan Data Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian. b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar bioetanol yang dilakukan oleh PT Medco Etanol Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Lampung dan data mengenai karakteristik bahan bakar premium dari PT Pertamina.

Metode Pengolahan Data Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.4 Pengamatan dan tahap pengujian Pada penelitian yang akan diamati adalah : 1. Parameter torsi (T) dan parameter daya efektif (Pe). 2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). 3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR). 4. Efisiensi volumetris ( η v ). 5. Effisiensi thermal efektif ( η e ). 6. Parameter komposisi gas buang.

Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar. 2. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar premium murni. 3. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar campuran premium-bioetanol (Gasohol BE-15 – BE-20).

3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.


1 2

3

4

Keterangan : 1. Tabung gas oksigen 2. Termometer 3. Elektromotor 4. Kalorimeter 5. Tabung bom

5 s

Gambar 3.1 Bom kalorimeter. Peralatan yang digunakan meliputi : -

Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.

-

Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.

-

Tabung gas oksigen.

-

Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.

-

Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 0C.

-

Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

-

Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

-

Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.

-

Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji.

-

Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

-

Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada dudukannya.


Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji. 2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom. 3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O”sampai rapat. 5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar). 6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik. 9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk. 10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter. 12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer. 13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar. 14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja . 15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung. 16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya. 17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut–turut.

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.2


Mulai

a b

 Berat sampel bahan bakar 0,20 gram  Volume air pendingin: 1250 ml  Tekanan oksigen 30 Bar

Pengujian = 5 kali

5

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

HHVrata - rata =

Σ HHVi

i =1

5

Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC) Selesai

Menyalakan bahan bakar

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000

b

a Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

( J/kg)

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin Disini dilakukan pengujian dengan menggunakan mesin diesel 4-langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 024).

Gambar 3.3 Mesin uji (TD4A 024)

Gambar 3.4 TD4A 024 4–Stroke Bensin Engine


Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Bensin TD4A 024 4-langkah TD4A 024 4-Stroke Bensin Engine Type

TecQuipment TD4A 024

Langkah dan diameter

3,125 inch-nominal dan 3,5 inch

Kompresi ratio

10 : 1

Kapasitas

107 inch3 (1,76 liter)

Valve type clearance

0,012 inch (0,30 mm) dingin

Firing order

1-3-4-2

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Bensin Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4A 024 Instrumentation Unit dengan spesifikasi sebagai berikut :

Gambar 3.5 TD4 A 024 Instrumentation Unit


Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 241 Instrument Unit TD4 A 001 Instrument Unit Fuel Tank Capasity

10 liters

Fast Flow Pipette

Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml

Tachometer

0–5000 rev/min

Torque Meter

0–80 Nm

Exhaust Temperature Meter

0–1200 0C

Air Flow Manometer

Calibrated 0–40 mm water gauge

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Bensin Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor bensin serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan pada 5 tingkat putaran mesin, yaitu: 2000, 2500, 3000, 3500 dan 4000 rpm serta 2 variasi beban yaitu : 10 kg dan 25 kg. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik. 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum. 3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban. 4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemetre menunjukkan angka nol. 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh torquemeter telah akurat dengan mengguncangkan mesin kembali. 6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban. 7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter menunjukkan angka yang tetap. 8. Melepaskan beban dari lengan beban. Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :


1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin. 2. Menghidupkan mesin dengan cara memutar starter, memanaskan mesin selama

10 menit pada putaran rendah (± 2000 rpm).

3. Mengatur putaran mesin pada 2000 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer. 4. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban. 5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun. 6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar didalam pipette. 7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui exhaust temperature meter, tekanan udara masuk melalui air flow manometer dan temperatur air masuk dan keluar melalui termometer. 8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki. 9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin.

Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.6.


Mulai

 Volume Uji bahan bakar : 50 ml  Temperatur udara : 27 OC  Tekanan udara: 1 bar  Putaran: n rpm  Beban: m kg

 Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar.  Mencatat torsi  Mencatat temperatur gas buang  Mencatat tekanan udara masuk mm H2O

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.

Selesai

Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin


3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang Pengujian emisi gas buang

yang dilakukan meliputi kadar CO, CO2,

UHC, dan O2 yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar . Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian unjuk kerja motor bakar bensin dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emsi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analyzer. Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar bensin yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.8.

Gambar 3.7 Auto logic gas analyzer


Mulai

Menyambungkan perangkat autogas analizer ke komputer

Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analyzer

Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar

Menunggu kira-kira 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat tampilannya di komputer

Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda

Selesai Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar bensin


BAB IV ANALISA DAN HASIL PENGUJIAN

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Besarnya nilai kalor yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, gasohol BE-15, gasohol BE-20 dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.14) sebagai berikut: HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv (kJ/kg) dimana: HHV = Nilai kalor atas ( High Heating Value ) T1

= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0C)

T2

= Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0C)

Cv

= Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg 0C)

Tkp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0.05 0C)

Pada pengujian pertama bahan bakar Gasohol BE-15, diperoleh: T1

= 24.82 0C

T2

= 25.50 0C,

maka: HHV(BE-15) = (24.82 – 25.50 – 0.05 ) x 73529.6 = 46323.648 kJ/kg Pada pengujian pertama bahan bakar Gasohol BE-20, diperoleh: T1

= 24.50 0C

T2

= 25.15 0C, maka:

HHV(BE-20) = (24.50 – 25.15 – 0.05 ) x 73529.6 = 44117.76 kJ/kg Pada pengujian pertama bahan bakar Premium , diperoleh: T1

= 26.25 0C

T2

= 26.93 0C, maka:

HHV(Premium) = (26.70 – 26.93 – 0,05 ) x 73529.6 = 46323.648 kJ/kg


Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini: 5

HHVRata - rata =

Σ HHVi

i =1

5

( J/kg )

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata–rata dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15, Gasohol BE20, Premium dapat dilihat pada Tabel 4.1 berikut ini: Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter Bahan Bakar

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Premium

No.

T1(OC)

T2(OC)

HHV (kJ/kg)

1

24.82

25.50

46323.648

2

25.76

26.41

44117.76

3

26.75

27.4

44117.76

4

27.87

28.51

43382.464

5

28.70

29.37

45588.352

1

24.50

25.15

44117.76

2

25.55

26.22

45588.352

3

26.68

27.32

43382.464

4

27.77

28.42

44117.76

5

28.67

29.30

42647.168

1

26.25

26.93

46323.648

2

27.12

27.82

47794.24

3

28.95

29.64

47058.944

4

24.62

25.33

48529.536

5

25.45

26.13

46323.648

Pengujian

HHV rata-rata (kJ/kg)

44705.997

43970.701

47206.003

Besar nilai kalor atas atau High Heating Value (HHV) dari masing-masing jenis bahan bakar, yaitu: Premium: 47206.003 kj/kg, Gasohol BE-15: 44705.997 kj/kg, Gasohol BE-20: 43970.701 kj/kg.


4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin Data yang diperoleh berdasarkan hasil pembacaan langsung alat uji mesin bensin 4-langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 024) melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain:  Torsi (N.m) melalui torquemetre.  Putaran (rpm) melalui tachometre.  Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan air flow manometre.  Temperatur air masuk (0C), melalui pembacaan thermometre.  Temperatur air keluar (0C), melalui pembacaan thermometre.  Temperatur gas buang (0C), melalui pembacaan exhaust temperature metre.  Waktu untuk menghabiskan 50 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan stopwatch.

4.2.1 Torsi Besarnya torsi yang dihasilkan berdasarkan hasil pembacaan unit instumentasi dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dilihat pada Tabel 4.2 sebagai berikut:

Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi Bahan Bakar Premium BEBAN

HASIL PEMBACAAN UNIT

(kg)

INSTRUMENTASI

2000

2500

3000

3500

4000

77.5

74

70

67.5

64

Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s)

60

51

47

43

37

Aliran Udara (mm H2O)

33

35

37

37

38

Temperatur Air Masuk (oC)

40

40

40

40

40

Temperatur Air Keluar (oC)

45

47

48

49

50

Temperatur Gas Buang (oC)

320

350

360

510

520

37

40

46

52

60

Torsi (N.m)

10

PUTARAN (rpm)

Rotameter (mm)


25

Torsi (N.m)

79

75,5

72

69

66.5


56

50

41

39

36


33

35

36

37

38


32

32

32

39,5

40


46

51

52

45

46


320

310

330

500

510

Rotameter (mm)

45

48

54

56

60

Bahan Bakar Gasohol BE-15 BEBAN

HASIL PEMBACAAN UNIT

(kg)

INSTRUMENTASI

10

2000

2500

3000

3500

4000

Torsi (N.m)

73

71

67.5

64

61.5


55

51

45

38

34


32

32

35

36

37


40

40

40

40

40


50

50

51

52

53


305

345

375

490

550

37

40

45

53

59

74.5

72

69.25

65.5

63


58

48

46

41

33


31

35

35

36

37


40

40

40

40

40


50

52

54

54

55


290

325

375

510

530

36

42

45

51

60

Rotameter (mm) Torsi (N.m)

25

PUTARAN (rpm)

Rotameter (mm)


Bahan Bakar Gasohol BE-20 BEBAN (kg)

HASIL PEMBACAAN UNIT INSTRUMENTASI Torsi (N.m) Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s)


10

Temperatur Air Masuk (oC) Temperatur Air Keluar (oC) Temperatur Gas Buang (oC) Rotameter (mm) Torsi (N.m) Waktu menghabiskan 50 ml bahan bakar (s)


25

Temperatur Air Masuk (oC) Temperatur Air Keluar (oC) Temperatur Gas Buang (oC) Rotameter (mm)

PUTARAN (rpm) 2000

2500

3000

3500

4000

72 53 32 34 43 300 38 73.25 56 31 32 39 200 40

69.5 47 35 34 45 325 40 71 48 35 32 40 290 43

66.2 43 35 34 46 375 49 68 41 35 32 42 325 51

63 38 36 35 48 500 50 64.5 35 37 33 44 450 52

60 33 38 35 48 550 56 62 31 39 33 45 525 59

Perbandingan besarnya Torsi untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.2 dan 4.3 berikut :

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 10 kg (gambar 4.2), torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium lebih tinggi dibandingkan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20. Torsi maksimum yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium terjadi pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 77.5 Nm. Sedangkan torsi tertinggi yang dihasilkan oleh mesin berbhan bakar gasohol BE-15 terjadi pada putara 2000 rpm yaitu sebesar 73 Nm dan torsi teringgi dari gasohol BE-20 terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 72 Nm.

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 25 kg

Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 25 kg (gambar 4.3), torsi tertinggi yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar premium terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 79 Nm. Untuk bahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20 torsi tertinggi juga terjadi pada putaran 2000 rpm, yaitu masing-masing sebesar 74,5 Nm dan 73.25 Nm.

Torsi mesin semakin berkurang seiring meningkatnya kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar sebab besarnya torsi sangat dipengaruhi oleh energi hasil pembakaran bahan bakar. Dimana besarnya energi hasil pembakaran bahan Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

bakar dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar premium lebih besar jika dibandingkan dengan nilai kalor bahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20, sehingga torsi yang dihasilkan oleh bahan bakar premium lebih besar daripada torsi yang dihasilkan bahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20. Putaran mesin juga berpengaruh terhadap torsi. Akibat putaran mesin yang meningkat maka torsi akan semakin berkurang.

4.2.2 Daya Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan menggunakan bahan bakar premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung berdasarkan persamaan (2.1) sebagai berikut:

Pe =

2.π .n T 60

dimana : Pe = Daya keluaran (watt) n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15, pada beban 10 kg, putaran 2000 rpm dan torsi 73 Nm. Maka besar daya yang diperoleh:

Pe =

2.π .2000 × 73 60

= 15.281 kW

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan daya untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini:


Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya Daya (kW)

Beban

Putaran

(kg)

(rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

16.223

15.281

15.072

2500

19.363

18.578

18.186

3000

21.980

21.195

20.803

3500

24.728

23.445

23.079

4000

26.795

25.748

25.120

2000

16.537

15.595

15.334

2500

19.756

18.840

18.578

3000

22.608

21.745

21.352

3500

25.277

23.995

23.629

4000

27.841

26.376

25.957

10

25

Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.3 dan gambar 4.4 berikut:

Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 10 kg (gambar 4.3), daya mesin paling tinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm sebesar 26.795 kW. Sedangkan daya maksimum mesin untuk bahan bakar gasohol BE-15 diperoleh pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 25.748 kW dan untuk bahan bakar gasohol BE-20 daya maksimum mesin terjadi pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 25.120 kW.

Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg Berdasarkan hasil perhitungan daya maka didapat, pada pembebanan 25 kg (gambar 4.4), daya maksimum mesin untuk bahan bakar gasohol BE-15 yaitu sebesar 26.376 kW sedangkan daya maksimum yang dihasilkan oleh mesin yang menggunakan bahan bakar gasohol BE-20 yaitu sebesar 25.957 kW, dimana daya mesin yang dihasilkan oleh bahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20 lebih rendah daripada daya maksimum mesin berbahan bakar premium yaitu 27.841 kW. Peningkatan kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar akan menurunkan daya mesin. Hal ini disebabkan karena nilai kalor bahan bakar gasohol BE-15 dan BE-20 lebih kecil daripada premium. Besar kecil daya mesin juga bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Semakin besar torsi maka daya mesin akan semakin besar dan sebaliknya. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2) berikut: .

m f x 10 3 Sfc = Pe dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (gr/kW.h) .

m f = laju aliran bahan bakar (kg/jam) .

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan (2.3) berikut: mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600

dimana :

sg f = spesific gravity Vf

= Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 50 ml).

tf

= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

Harga sg f untuk bioetanol (BE-100) adalah 0.794 dan harga sg f untuk premium adalah 0.739 [lampiran 2]; sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan campuran

antara bioetanol dengan premium, harga sg f dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan pendekatan berikut:

sg f BExx = ( BE x 0.794 ) + ( P x 0.739 )


dimana: BE = Persentase kandungan bioetanol dalam bahan bakar campuran P

= Persentase kandungan premium dalam bahan bakar campuran

Untuk Gasohol BE-15 dengan persentase bioetanol 0.15 dan premium 0.85 maka:

sg f (BE-15) = ( 0.15 x 0.794 ) + ( 0.85 x 0.739 ) = 0.748

Dengan memasukkan harga sg f = 0.748; harga t f yang diambil dari percobaan (Tabel 4.2) dan harga V f yaitu sebesar 50 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15: Beban

: 10 kg

Putaran : 2000 rpm .

mf =

0.748 x 50.10 −3 x 3600 55

= 2.448 kg/jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya. Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15: Beban

: 10 kg

Putaran : 2000 rpm

Sfc =

2.448 x 10 3 15.281

= 160.182 gr/kWh

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini:


Tabel 4.4 Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)

Beban

Putaran

(kg)

(rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

136.674

160.182

169.198

2500

134.718

142.089

158.129

3000

128.781

141.153

151.098

3500

125.120

151.111

154.114

4000

134.192

153.785

163.046

2000

143.655

148.838

157.402

2500

134.682

148.872

151.564

3000

143.526

134.595

154.391

3500

134.954

136.847

163.433

4000

132.734

153.455

167.966

10

25

Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.5 dan 4.6 berikut:

Gambar 4.5 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 10 kg (gambar 4.5), mesin berbahan bakar gasohol BE-20 memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar 169.198 gr/kWh yang terjadi pada putaran 2000 rpm. Sedangkan pada putaran yang sama untuk mesin berbahan bakar premium dan gasohol BE-10 memiliki Sfc lebih rendah yaitu masing-masing sebesar 136.674 gr/kWh dan 160.182 gr/kWh.

Gambar 4.6 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg

Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 25 kg (gambar 4.6), mesin berbahan bakar gasohol BE-20 memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar 167.966 gr/kWh yang terjadi pada putaran 4000 rpm. Sedangkan pada putaran yang sama untuk mesin berbahan bakar Premium dan gasohol BE-15 menghasilkan Sfc yang lebih rendah, masing-masing sebesar 132.734 gr/kWh dan 153.455 gr/kWh. Konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka konsumsi bahan bakar juga meningkat dan sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh peningkatan laju aliran bahan bakar. Ada kecendrungan besarnya Sfc juga dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar (lihat Tabel 4.1), semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing-masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut: .

AFR =

ma .

mf

dimana: AFR

= air fuel ratio

.

= laju aliran udara (kg/jam)

ma

.

Besarnya laju aliran udara ( ma ) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer (Tabel 4.3) terhadap kurva viscous flow metre calibration. Pada pegujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa ( ≈ 1 bar) dan temperatur (Ta) sebesar 27 0C. Kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperatur 20 0C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut:

Cf

= 3564 x Pa x = 3564 x 1 x

(Ta + 114) Ta2,5

[(27 + 273) + (114)] (27 + 273) 2,5

= 0.946531125


Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration (lit.10 hal 3-11). Untuk pengujian dengan menggunakan Gasohol BE-15, yang mengunakan beban 10 kg dan putaran 2000 rpm, tekanan udara masuk = 32 mm H2O (Tabel 4.2). Dari kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O adalah sebesar 11.38 kg/jam, sehingga untuk tekanan udara masuk = 32 mm H2O diperoleh laju aliran massa udara sebesar 36.416 kg/jam dengan interpolasi, setelah dikalikan faktor koreksi (Cf), maka laju aliran massa udara yang sebenarnya: .

m a = 36.416 x 0.946531125

= 34.469 kg/jam Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran massa udara (ma) untuk masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran. Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR). Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15, beban 10 kg dan putaran 2000 rpm: AFR =

34.468 2.448

= 14.082 Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan perbandingan udara bahan bakar (AFR) untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini:

Tabel 4.5 Hasil perhitungan perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) Perbandingan udara-bahan bakar (AFR)

Beban

Putaran

(kg)

(rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

16.031

14.082

13.516

2500

14.452

13.058

13.110

3000

14.080

12.601

11.994

3500

12.882

10.945

10.902

4000

11.384

10.065

9.994

2000

14.962

14.386

13.835

2500

14.169

13.442

13.389

3000

11.951

12.882

11.436

3500

11.683

11.809

10.321

4000

11.076

9.847

9.635

10

25

Perbandingan besarnya AFR untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.8 dan gambar 4.9 berikut:


Gambar 4.8 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 10 kg (gambar 4.8), AFR tertinggi dari premium terjadi pada putaran rendah 2000 rpm sebesar 16.031. Pada putaran yang sama, AFR untuk gasohol BE-15 dan BE20 diperoleh sebesar 14.082 dan 13.516 yang masih lebih rendah dari pada AFR premium.

Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berdasarkan hasil perhitungan AFR maka didapat, pada pembebanan 25 kg (gambar 4.9), AFR paling tinggi untuk premium pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 14.962, sedangkan untuk gasohol BE-15 dan BE-20 pada putaran yang sama diperoleh AFR sebesar 14.386 dan 13.835 dan lebih rendah dibandingkan premium. Perbandingan udara-bahan bakar semakin menurun seiring meningkatnya putaran mesin dan beban. Hal ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dalam jumlah besar, agar dapat mengimbangi bahan bakar tersebut maka diperlukan udara yang besar agar terjadi pembakaran yang sempurna.

4.2.5 Effisiensi volumetris Efisiensi volumetris (volumetric efficiency) untuk motor bakar 4-langkah dihitung dengan rumus berikut:

ηv =

1 2.ma . ρ a .Vl 60.n

dimana :

ma = Laju aliran udara (kg / jam)

ρ a = Kerapatan udara (kg/m3) Vl = volume langkah torak (m3) Vl =

1 πD 2 L 4

= 0.493 x 10-3 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin]. Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut:

ρa =

Pa R.Ta

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 29.3 kg.m/kg.K)

Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 1 atm (10332.27 kg/m2) dan 27 0C, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar: Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

ρa =

10.332,27 29,3.(27 + 273)

= 1,175 kg/m3 Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya effisiensi volumetris ( η v ) untuk masing–masing pengujian pada variasi beban dan putaran. Untuk pengujian dengan menggunakan Gasohol BE-15 beban 10 kg, putaran 2000 rpm:

η v = 2. 34.469 . 60.2000

1 1,175 .0,493 x10 -3

= 0.957 x 100 % = 95,7 % Harga efisiensi volumetris untuk masing-masing pengujian yang dihitung dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 4.6 Hasil perhitungan efisiensi volumetris. Efisiensi Volumetris

Beban

Putaran

(kg)

(rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

0.987

0.957

0.957

2500

0.838

0.766

0.838

3000

0.738

0.698

0.698

3500

0.633

0.616

0.616

4000

0.568

0.554

0.568

2000

0.987

0.928

0.928

2500

0.838

0.838

0.838

3000

0.718

0.698

0.698

3500

0.633

0.616

0.633

4000

0.568

0.554

0.583

10

25

Perbandingan besarnya efisisensi volumetris untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.10 dan gambar 4.11 berikut: Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 10 kg Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada pembebanan 10 kg (gambar 4.10), efisiensi volumetris paling tinggi tejadi pada mesin berbahan bakar premium dengan putaran 2000 rpm sebesar 0.987. Sedangkan efisiensi volumetris untuk Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20 pada putaran yang sama diperoleh masing-masing sebesar 0.957.

Gamba r 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 25 kg Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi volumetris maka didapat, pada pembebanan 25 kg (gambar 4.11), efisiensi volumetris paling tinggi tejadi pada mesin berbahan bakar premium dengan putaran 2000 rpm sebesar 0.987, Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Sedangkan efisiensi volumetris untuk Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20 pada putaran yang sama diperoleh sebesar 0.928. Efisiensi volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap. Efisiensi volumetris semakin menurun seiring meningkatnya putaran mesin.

4.2.6 Efisiensi Thermal efektif Efisiensi thermal brake (effektif thermal eficiency, η e ) merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi thermal efektif dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

ηe =

Pe . 3600 m f .LHV

dimana:

ηe

= efisiensi thermal efektif

LHV = nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar bawah (kJ/kg) Besarnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar dapat dihitung dengan persamaan berikut: LHV = HHV – 3240 Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Gasohol BE-15, beban 10 kg dan putaran 2000 rpm: LHV = 43970.701 – 3240 = 40730.701 kJ/kg Dengan diperolehnya nilai kalor bawah pembakaran bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi thermal efektif ( η e ) untuk masing-masing pengujian pada variasi beban dan putaran. Untuk pengujian dengan menggunakan Gasohol BE-15, beban 10 kg, dan putaran 2000 rpm:

ηb =

15.281 x 3600 2.448 × 40730.701

= 0.542 Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan efisiensi thermal efektif untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini: Tabel 4.7 Hasil perhitungan efisiensi thermal efektif. Beban (kg)

10

25

Efisiensi Thermal efektif

Putaran (rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

0.599

0.542

0.522

2500

0.608

0.611

0.559

3000

0.636

0.615

0.585

3500

0.654

0.575

0.574

4000

0.610

0.565

0.542

2000

0.570

0.583

0.562

2500

0.608

0.583

0.583

3000

0.571

0.645

0.572

3500

0.607

0.634

0.541

4000

0.617

0.566

0.526

Perbandingan harga efisiensi thermal efektif untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.12 dan 4.13 berikut:

Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Thermal efektif vs Putaran untuk beban 10 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal efektif maka didapat, pada pembebanan 10 kg (gambar 4.12), efisiensi thermal efektif tertinggi diperoleh dari bahan bakar Premium pada putaran 3500 rpm sebesar 0.654. Pada putaran yang sama, efisiensi thermal efektif dari gasohol BE-15 dan gasohol BE-15 yaitu sebesar 0.575 dan 0.574.

Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal efektif vs Putaran untuk beban 25 kg Berdasarkan hasil perhitungan efisiensi thermal efektif maka didapat, pada pembebanan 25 kg (gambar 4.13), efisiensi thermal efektif tertinggi diperoleh dari gasohol BE-15 terjadi pada putaran 3000 rpm sebesar 0.645. Pada putaran yang sama, efisiensi thermal efektif dari premium dan gasohol BE-20 yaitu sebesar 0.571 dan 0.572. Efisiensi thermal efektif dari bahan bakar sangat tergantung terhadap nilai kalor bahan bakarnya. Semakin tinggi nilai kalor bahan bakar maka efisiensi thermal efektif akan semakin tinggi. Kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi efisiensi thermal efektif, untuk beban konstan daya efektif yang dihasilkan relatif konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat waktu proses pencampuran bahan bakar-udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik, hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan cenderung mengurangi efisiensi thermal efektif. Pada kondisi penambahan beban Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

pada putaran poros konstan akan terjadi penambahan kandungan oksigen yang terikat pada bioetanol sebanding dengan penambahan massa bahan bakar, hal ini akan menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi thermal efektif.

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang 4.3.1 Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar CO dari emisi gas buang pembakaran bahan bakar premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 melalui pembacaan Autologic gas analyzer dapat dilihat pada Tabel 4.8 berikut:

Tabel 4.8 Kadar CO dalam emisi gas buang Karbon Monoksida (%) Beban (kg)

10

25

Putaran (rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

0.061

0.044

0.041

2500

0.051

0.028

0.019

3000

0.089

0.051

0.044

3500

0.209

0.145

0.137

4000

0.321

0.186

0.177

2000

0.051

0.041

0.040

2500

0.042

0.025

0.024

3000

0.079

0.059

0.059

3500

0.218

0.147

0.131

4000

0.301

0.193

0.173

Perbandingan kadar karbon monoksida (CO) yang terdapat dalam gas buang dari masing-masing pengujian dapat dilihat pada gambar 4.14 dan 4.15 berikut:


Gambar 4.14 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 10 kg

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.14), kadar CO tertinggi terjadi pada bahan bakar premium sebesar 0.321% pada putaran 4000 rpm. Sedangkan untuk bahan bakar gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 kadar CO tertinggi terjadi pada putaran 4000 rpm masing-masing sebesar 0.186 % dan 0.177 %.

Gambar 4.15 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 25 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.15), kadar CO tertinggi terjadi pada bahan bakar premium sebesar 0.301% pada putaran 4000 rpm. Sedangkan untuk bahan bakar gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 tertinggi terjadi pada putaran 4000 rpm masing-masing sebesar 0.193 dan 0.173 %. Emisi gas buang karbon monoksida (CO) terjadi akibat kekurangan oksigensehingga proses pembakaran berlangsung secara tidak sempurna karena banyak atom C (karbon) yang tidak mendapatkan cukup oksigen. Akibatnya membentuk gas CO (karbon monoksida). Bioetanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang terdapat di dalam molekul bioetanol tersebut membantu penyempurnaan pembakaran antara campuran udara-bahan bakar di dalam silinder, serta bioetanol memiliki rentang keterbakaran (flammability) yang panjang bila dibandingkan dengan bensin.

4.3.2 Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar CO2 dari emisi gas buang pembakaran bahan bakar premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 melalui pembacaan Autologic gas analyzer dapat dilihat pada Tabel 4.9 berikut: Tabel 4.9 Kadar CO2 dalam gas buang Karbon Dioksida (%) Beban (kg)

10

25

Putaran (rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

2.18

1.67

1.61

2500

1.59

1.24

0.73

3000

3.53

2.08

2.02

3500

7.78

5.63

5.18

4000

8.68

7.35

7.31

2000

1.78

1.55

1.49

2500

1.57

1.05

0.99

3000

3.18

2.37

2.20

3500

10.22

5.88

5.58

4000

8.40

7.59

6.34


Perbandingan kadar CO2 yang terdapat dalam gas buang tiap-tiap pengujian dapat dilihat pada gambar 4.16 dan 4.17 berikut:

Gambar 4.16 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 10 kg Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.16), kadar CO2 tertinggi terjadi pada bahan bakar premium sebesar 8.68% pada putaran 4000 rpm. Kadar CO2 pada bahan bakar gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 terjadi pada putaran 4000 rpm masing-masing sebesar 7.35 % dan 7.31 %.

Gambar 4.17 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 25 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.17), kadar CO2 tertinggi untuk premium terjadi pada putaran 3500 rpm sebesar 10.22%. Pada gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 kadar CO2 tertinggi terjadi pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 7.59 % dan 6.34 %. Karbon dan oksigen bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Bila campuran bahan bakar udara sempurna (stoikiometris), maka akan dihasilkan senyawa CO2. Proses pencampuran udara-bahan bakar dimulai dari diinjeksikannya bahan bakar kedalam silinder, kemudian butiran bahan bakar akan menguap dan bercampur dengan udara, proses ini dipengaruhi oleh volatility bahan bakar. Volatility bahan bakar menunjukkan kemampuan bahan bakar untuk dapat menguap. Bioetanol mempunyai volatility yang lebih kecil daripada premium, sehingga pembentukan butiran dan penguapan bahan bakar lebih mudah dan pencampuran udara-bahan bakar berlangsung dengan baik. Kenaikan putaran poros mempercepat proses pembakaran, sehingga bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak dan emisi CO2 yang dihasilkan cenderung bertambah besar. 4.3.3 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar UHC dari emisi gas buang

pembakaran

bahan bakar Premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 melalui pembacaan autologic gas analyzer dapat dilihat pada Tabel 4.10 berikut : Tabel 4.10 Kadar UHC dalam gas buang. Beban (kg)

10

Unburned Hidro Carbon (ppm)

Putaran (rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

464

302

267

2500

310

159

68

3000

127

52

51

3500

176

88

69

4000

158

51

40


25

2000

404

386

373

2500

234

124

122

3000

181

93

68

3500

162

90

85

4000

156

55

54

Perbandingan kadar UHC yang terdapat dalam gas buang masing-masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar 4.18 dan 4.19 berikut:

Gambar 4.18 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 10 kg Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.18), kadar UHC tertinggi sebesar 464 ppm terjadi pada premium pada putaran 2000 rpm. Untuk gasohol BE-15 dan BE-20 terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 302 ppm dan 267 ppm.


Gambar 4.19 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 25 kg Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.19), kadar UHC tertinggi terjadi pada bahan bakar premium pada putaran 2000 rpm sebesar 404 ppm. Sedangkan pada bahan bakar gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 terjadi pada putaran 2000 rpm sebesar 386 ppm dan 373 ppm.

Jumlah emisi Unburned Hidro Carbon (UHC)

yang lebih besar pada

premium jika dibandingkan terhadap bioetanol disebabkan karena premium mempunyai senyawa berat dengan jumlah ikatan rantai karbon yang lebih panjang jika dibandingan dengan bioetanol. Hal ini juga disebabkan karena pembakaran yang tidak sempurna didalam silinder. Bioetanol yang memiliki ikatan OH didalam susunan molekulnya membuat pembakaran bahan bakar semakin sempurna.


4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang Data hasil pengukuran kadar O2 dari emisi gas buang pembakaran bahan bakar premium, Gasohol BE-15, Gasohol BE-20 melalui pembacaan autologic gas analyzer dapat dilihat pada Tabel 4.11 berikut : Tabel 4.11 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang. Beban (kg)

10

25

Oksigen (%)

Putaran (rpm)

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

2000

17.59

18.31

18.34

2500

18.12

19.02

19.66

3000

16.30

17.73

17.84

3500

10.45

13.07

13.86

4000

8.85

10.48

11.14

2000

18.14

18.28

18.28

2500

18.50

19.08

19.26

3000

16.46

17.31

17.61

3500

7.03

12.51

13.34

4000

6.50

10.20

11.85

Perbandingan kadar sisa O2 yang terdapat dalam gas buang masing-masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar 4.20 dan 4.21berikut:

Gambar 4.20 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.20), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 8,85 %. Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar Gasohol BE20 pada putaran 2500 rpm yaitu sebesar 19.66 %.

Gambar 4.21 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 25 kg Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.21), kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan bahan bakar premium pada putaran 4000

rpm yaitu

6,5 %.

Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar Gasohol BE20 pada putaran 2500 rpm yaitu sebesar 19.26 %. Proses pembakaran pada motor bensin berlangsung pada campuran udara-bahan bakar yang kaya atau adanya udara (oksigen) yang bertujuan untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran, sehingga dalam gas buang hasil pembakaran masih mengandung O2. Sisa O2 gas buang dari pembakaran bioetanol lebih besar dari pada premium, hal ini karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa bahan bakar bioetanol. Pengaruh kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi jumlah sisa O2 gas buang, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut jumlah massa bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak, sehingga dengan jumlah udara yang sama memerlukan lebih banyak oksigen untuk proses pembakaran. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

4.4

Perhitungan Teoritis Harga Gasohol BE-15 dan BE-20 Perhitungan ini merupakan perbandingan harga 1 liter etanol dengan harga

1 liter premium. Adapun harga 1 liter etanol fuel grade yaitu Rp. 4.500/ liternya (Medco Ethanol Lampung) dan harga 1 liter premium Rp. 4500 (subsidi pemerintah). Tetapi dalam perhitungan ini perbandingan harga etanol dengan harga premium tanpa ada subsidi pemerintah. Dari Tabel 2.4 harga premium pada bulan mei 2008 Rp. 9,342.50,-/ liter (harga premium di AS) dan harga premium dengan subsidi Rp.4500,-/ liter maka, besar subsidi pemerintah Rp. 4842.5,-./liter Harga Teoritis harga gasohol dapat dilihat pada persamaan berikut:

Harga BExx = ( BE x Rp. 4500 ) + ( P x Rp.9342.5) Maka, •

Harga gasohol BE-15 dalam 1 liter Harga BE-15 = ( 0.15 x Rp. 4500 ) + ( 0.85 x Rp.9342.5 ) = Rp. 8616.125 ,-/ liter ≈ Rp. 8650,-/liter

•

Harga gasohol BE-20 dalam 1 liter Harga BE-20 = ( 0.2 x Rp. 4500 ) + ( 0.8 x Rp.9342.5 ) = Rp.8374.-/ liter ≈ Rp.8400,-/liter Dari perhitungan harga diatas, dapat dilihat harga yang paling mahal yaitu

untuk harga premium (tanpa subsidi), sedangkan harga yang paling rendah yaitu untuk gasohol BE-20. Dengan pemakaian gasohol BE-15, permerintah menghemat biaya bahan bakar Rp. 726.375,-/liter, sedangkan dengan pemakaian gasohol BE-20 pemerintah telah menghemat Rp. 968.5,-/liter. Untuk

perbandingan

harga

etanol

dengan

premium

bersubsidi

Rp.4500,-/liter. Maka harga untuk gasohol BE-15 dab BE-20 adalah sama yaitu Rp. 4500,-/ liter. Harga ini menunjukkan tidak adanya perubahan harga untuk semua kadar campuran etanol dengan premium.


4.5

Hasil Pengujian Adapun hasil pengujian yang diperoleh adalah sebagai berikut:

1. Nilai kalor bahan bakar (Calorific Value) Tabel 4.12 Nilai kalor bahan bakar Bahan Bakar

HHV (kJ/kg)

Kondisi

Premium

47206.003

-

Gasohol BE-15

44705.997

Lebih rendah 5,29 %

Gasohol BE-20

43970.701

Lebih rendah 6,85 %

2. Performansi Data-data hasil pengujian performansi berikut diambil pada kondisi maksimum dan pada tiap putaran tertentu. Tabel 4.13 Performansi untuk beban 10 kg Performansi Bahan Bakar

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Torsi

Daya

Sfc

(N.m)

(Watt)

(gr/kW.h)

77.5

26.795

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

eff.Thermal

AFR

eff.Volumetris

136.674

14.820

1.023

0.654

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=3500 rpm)

efektif

73

25.748

160.182

13.031

0.992

0.615

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=3000 rpm)

72

25.120

169.192

12.885

0.991

0.585

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=3000 rpm)

Tabel 4.14 Performansi untuk beban 25 kg Performansi Bahan Bakar

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Torsi

Daya

Sfc

(N.m)

(Watt)

(gr/kW.h)

79

27.841

(n=2000 rpm)

eff.Thermal

AFR

eff.Volumetris

143.655

13.832

1.023

0.617

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

74.5

26.376

153.455

13.327

0.960

0.645

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=3000 rpm)

73.25

25.975

167.966

12.817

0.960

0.583

(n=2000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

efektif


Dibandingkan terhadap premium, kondisi yang dihasilkan Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20 untuk performansi motor bensin 4-langkah 4-silinder sebagai berikut: Tabel 4.15 Perbandingan kondisi performansi Bahan Bakar Gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 terhadap premium. Beban (kg)

Performansi

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Torsi

lebih rendah 5,80 %

lebih rendah 7,09 %

Daya

lebih rendah 3,90 %

lebih rendah 6,25 %

Konsumsi bahan bakar spesifik

lebih tinggi 17,2 %

lebih tinggi 23,79 %

Perbandingan udara-bahan bakar

lebih rendah 12,07 %

lebih rendah 13,05%

Efisisensi volumetris

lebih rendah 3,03 %

lebih rendah 3,13 %

Efisiensi thermal efektif

lebih rendah 5,96 %

lebihrendah 10,55 %

Torsi

lebih rendah 5,69 %

lebih rendah 7,27 %

Daya

lebih rendah 5,26 %

lebih rendah 6,76 %

Konsumsi bahan bakar spesifik

lebih tinggi 6,82 %

lebih tinggi 16,92 %

Perbandingan udara-bahan bakar

lebih rendah 3,65 %

lebih rendah 7,33 %

Efisisensi volumetris

lebih rendah 6,16 %

lebih rendah 6.16 %

Efisiensi thermal efektif

lebih tinggi 4.53 %

lebih rendah 5,51%

10

25

3. Emisi Gas Buang Data-data hasil pengujian emisi gas buang berikut diambil pada kondisi maksimum dan pada tiap putaran tertentu. Tabel 4.16 Emisi Gas Buang pada beban 10 kg Bahan Bakar

Premium Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Emisi Gas Buang CO

CO2

UHC

O2

0.321

8.68

464

18.12

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

0.186

7.35

302

19.02

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

0.177

7.31

267

19.66

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)


Tabel 4.17 Emisi Gas Buang pada beban 25 kg Emisi Gas Buang

Bahan Bakar

Premium

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

CO

CO2

UHC

O2

0.301

10.22

404

18.50

(n=4000 rpm)

(n=3500 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

0.193

7.59

386

19.08

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

0.173

6.34

373

19.26

(n=4000 rpm)

(n=4000 rpm)

(n=2000 rpm)

(n=2500 rpm)

Dibandingkan terhadap premium, kondisi yang dihasilkan Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20 untuk emisi gas buang motor bensin 4-langkah 4-silinder sebagai berikut: Tabel 4.18 Perbandingan kondisi emisi gas buang Beban (kg)

Emisi gas buang

Gasohol BE-15

Gasohol BE-20

Karbon Monoksida (CO)

lebih kecil 42,05 %

lebih kecil 44,85 %

Karbon Dioksida (CO2)

lebih kecil 15,32 %

lebih kecil 15,78 %

Unburned Hidrokarbon (UHC)

lebih kecil 34,91 %

lebih kecil 42,45 %

Oksigen (O2)

lebih besar 4,49 %

lebih besar 8,49 %

Karbon Monoksida (CO)

lebih kecil 35,88 %

lebih kecil 42,52 %

Karbon Dioksida (CO2)

lebih kecil 25,75 %

lebih kecil 37,96 %

Unburned Hidrokarbon (UHC)

lebih kecil 4,45 %

lebih kecil 7,67 %

Oksigen (O2)

lebih besar 3,13 %

lebih besar 4,10 %

10

25


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 1. Semakin tinggi kadar bioetanol dalam campuran premium-bioetanol akan menurunkan nilai kalor bahan bakar, karena nilai kalor bioetanol lebih rendah dibandingkan dengan premium, sehingga nilai kalor bahan bakar Gasohol BE15 dan BE-20 lebih rendah dibanding premium. 2. Berdasarkan hasil uji performansi motor bakar bensin, bahan bakar premium memiliki keunggulan pada daya dan torsi yang tinggi serta konsumsi bahan bakar spesifik yang rendah dibanding dengan Bahan bakar Gasohol BE-15 dan Gasohol BE-20. 3. Bahan Bakar Gasohol BE-15 dan BE-20 memiliki bilangan oktan lebih tinggi dari premium sehingga dapat mengurangi detonasi/knocking pada saat pembakaran. 4. Berdasarkan hasil uji emisi gas buang motor bakar bensin, bahan bakar Gasohol BE-15 dan gasohol BE-20 menghasilkan emisi gas buang yang lebih baik dari pada premium. Dimana kadar CO, CO2 dan UHC yang dihasilkan oleh mesin berbahan bakar Gasohol BE-15 dan BE-20 rendah serta kadar sisa O2 tinggi. 5. Berdasarkan Peraturan Meteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Lama [lampiran 1], kadar emisi gas buang yang dihasilkan oleh gasohol BE-15 dan BE-20 ramah lingkungan dan masih dibawah ambang batas. 6. Penggunaan bioetanol sebagai campuran bahan bakar premium memiliki keunggulan dari segi ekonomis, sebab harga bahan bakar gasohol lebih murah dibanding harga premium sehingga pemerintah dapat mengurangi anggaran subsidi bahan bakar premium. 7. Bioetanol merupakan salah satu solusi untuk mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar fosil yang hampir habis sehingga dapat menghemat cadangan bahan bakar fosil di Indonesia, serta mendorong terciptanya diversifikasi (penganeka ragaman) energi alternatif di Indonesia. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

8. Berdasarkan pertimbangan ekonomis dan ramah lingkungan, bahan bakar yang paling baik adalah Gasohol BE-20.

5.2 Saran 1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur setiap kali pengujian akan dilakukan. 2. Salah satu kendala yang kerap menjadi penghalang dalam melakukan pengujian adalah ketidaktersediaan alat pendukung, oleh karena itu diharapkan Departemen Teknik Mesin bersedia untuk lebih memperhatikan dan mengusahakan pengadaan peralatan tersebut. 3. Untuk meningkatkan performansi dari bahan bakar campuran premium dengan bioetanol perlu diadakan penelitian lebih lanjut agar kelak bahan bakar campuran ini lebih berguna di masyarakat.


DAFTAR PUSTAKA

[1]

Amri, I. 2007. Dilema Biofuel Sebagai Sumber Energi Alternatif. Edisi Pertama. Kuala Lumpur. Hlm 7.

[2]

[3]

[4]

[5]

Anonim.

2007.

Bioetanol.

Diakses

8 Maret 2009. Hlm 22.

Anonim.

2007.

Diakses

8 Maret 2009. Hlm 35.

Anonim.

2007.

Diakses

8 Maret 2009. Hlm 37.

Bioetanol.

Bioetanol.

http://www.energi.lipi.go.id/bioetanol.html.



Arismunandar, Wiranto. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar Torak, Edisi Kelima. Bandung: Penerbit ITB. Hlm 61.

[6]

Berg, Outlook.

C.

2004.

World

Fuel

Ethanol

Analysis

and

http://www.distill.com/world-fuel-ethanol-A&O-2004.html.

Diakses 5 Maret 2009. Hlm 8. [7] Cassanova. 2008. http://www.cassanova08.com. Diakses 15 Juli 2009. Hlm 1. [8] Crouse, William. H. 1976. Automotive Mechanics, Seventh Edition. McGraw- Hill Book Company. Hlm 43. [9]

Crouse, William. H. 1976. Automotive Mechanics, Seventh Edition. McGraw-Hill Book Company. Hlm 44.

[10] Crouse, William. H. 1976. Automotive Mechanics, Seventh Edition. McGraw-Hill Book Company. Hlm 45. [11] Crouse, William. H. 1976. Automotive Mechanics, Seventh Edition. McGraw-Hill Book Company. Hlm 46. [12] Handayani, Sri. 2005. Pemanfaatan Bioetanol Sebagai Pengganti Bensin. http://www.biotek.lipi.go.id. Diakses 10 Maret. Hlm 99. [13] Handayani, Sri. 2005. Pemanfaatan Bioetanol Sebagai Pengganti Bensin. http://www.biotek.lipi.go.id. Diakses 10 Maret. Hlm 101. [14] Indartono, Y. 2005. Bioetanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan. http://www.energi.lipi.go.id. Diakses

5 Maret 2009. Hlm 25.


[15] Indartono, Y. 2005. Bioetanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan. http://www.energi.lipi.go.id. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 26. [16] Indartono, Y. 2005. Bioetanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan. http://www.energi.lipi.go.id. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 31. [17] Indartono, Y. 2005. Bioetanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan. http://www.energi.lipi.go.id. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 33. [18] Indartono, Y. 2005. Bioetanol Alternatif Energi Terbarukan: Kajian Prestasi Mesin dan Implementasi di Lapangan. http://www.energi.lipi.go.id. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 34. [19] Lehninger, A. L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia. Jilid 2, diterjemahkan oleh Maggy M. Thenawijaya. Erlangga. Jakarta. Hlm 18. [20] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 7. [21] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 8. [22] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 9. [23] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 11. [24] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 14. [25] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 16. [26] Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ Education and Trainning Ltd-Product Division 2000. Hlm 17. [27] McCormick, R., Parish, R. & Milestone. 2001. Report: Technical Barriers to the Use of Ethanol in Diesel Fuel, National Renewable Energy Laboratory NREL, USA, Milestone Report NREL/MP-540-32674. Hlm 47.


[28] Musanif,

Jamin.

2007.

Bioetanol. http://www.agribisnis.deptan.go.id.

Diakses 5 Maret 2009. Hlm 1. [29] Musanif,

Jamin.

2007.

Bioetanol. http://www.agribisnis.deptan.go.id.

Diakses 5 Maret 2009. Hlm 2. [30] Nurdyastuti, Indyah. 2005. Teknologi Proses Produksi Bioethanol. http://www.geocities.com. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 76. [31] Nurdyastuti, Indyah. 2005. Teknologi Proses Produksi Bioethanol. http://www.geocities.com. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 77. [32] Nurdyastuti, Indyah. 2005. Teknologi Proses Produksi Bioethanol. http://www.geocities.com. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 78. [33] Pohan, Nurhasmawaty. 2004. Sumber Daya Alam dan Lingkungan Hidup. [34] Rahman, A. 1992. Teknologi Fermentasi. Arcan. Jakarta. Hlm 55. [35] Rangkuti, Chalilullah. 1996. Panduan Praktikum Bom Kalorimeter. Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU. Medan. Hlm 5. [36] Rangkuti, Chalilullah. 1996. Panduan Praktikum Bom Kalorimeter. Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU. Medan. Hlm 6. [37] Sheehan, J. 1998. Energy and Environmental Aspects of Using Corn Stover for Fuel Ethanol, Journal of Industrial Ecology. Vol. 7/3-4. 117. Hlm 17. [38] Soden, Brian ,J., Held & Isacc ,M. 2005. An Assessment of Climate Feedbacks in Coupled Ocean–Atmosphere Models. Journal of Climate. Hlm 14. [39] Torn, Margaret, Harte & John. 2006. Missing feedbacks, asymmetric uncertainties, and the underestimation of future warming. Geophysical Research Letters 33 (10). L10703. Hlm 10. [40] Triwitono, Bambang, dkk. 2006. Kajian Tekno-Ekonomi Produksi Fuel Grade Ethanol dari Nira Aren dan Kelapa Sebagai Sumber Energi Engine Alternatif. http://kapetseram.s5.com/bioetanol.pdf. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 9. [41] Triwitono, Bambang, dkk. 2006. Kajian Tekno-Ekonomi Produksi Fuel Grade Ethanol dari Nira Aren dan Kelapa Sebagai Sumber Energi Engine Alternatif. http://kapetseram.s5.com/bioetanol.pdf. Diakses 5 Maret 2009. Hlm 10. Gunawan Simanjuntak : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-15 Dan Be-20), 2009.

[42] Ward, O. P. & Singh, A. 2002. Bioethanol Technology: Developments and Perspectives, Advances in Applied Microbiology. Hlm 101. [43] Wyman, C. E. 2001. Twenty Years of Trials, Tribulations and Research Progress in Bioethanol Technology, Appl. Biochem. Biotech. Hlm 52.


Lampiran 1. Nilai Ambang Batas Emisi Gas Buang


Lampiran 2. Tabel karakteristik bahan bakar

Sumber: http://www.rspo.org


UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR BAKAR BERBAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN PREMIUM-BIOETANOL (GASOHOL BE-15 DAN BE-20) SKRIPSI

Recommend Documents