UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN COMPACT DESTILATOR LOW GRADE ETHANOL DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MOTOR BAKAR DINAMIK SKRIPSI

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN COMPACT DESTILATOR LOW GRADE ETHANOL DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MOTOR BAKAR DINAMIK

SKRIPSI

GILANG ARIEF WIBOWO 0906604810

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPOK DESEMBER 2011

i Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

UNIVERSITAS INDONESIA

RANCANG BANGUN COMPACT DESTILATOR LOW GRADE ETHANOL DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MOTOR BAKAR DINAMIK

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana teknik

GILANG ARIEF WIBOWO 0906604810

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN DEPOK DESEMBER 2011

ii Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar.

Nama

: Gilang Arief Wibowo

NPM

: 0906604810

Tanda Tangan : Tanggal

: 3 0 Desember 2011

iii Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh Nama


NPM

: 0906604810

Program Studi

: Teknik Mesin : Rancang bangun compact destilator low grade ethanol

Judul Skripsi

dengan memanfaatkan panas gas buang motor bakar dinamik

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

(

)

Penguji

: Prof. Dr. Ir. Yulianto S. Nugroho, M.Sc. ,Ph.D (

)

Penguji

: Dr.Ir. Danardono A.S

Penguji

: Dr.Ir. Adi Suryosatyo

Pembimbing : Prof.Dr.Ir. Bambang Sugiarto, M Eng

(

(

Ditetapkan di : Tanggal

:

iv Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

)

)

UCAPAN TERIMA KASIH

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT. yang telah memberikan nikmat serta karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan skripsi yang berjudul “ Rancang bangun compact destilator low grade ethanol dengan memanfaatkan gas buang motor bakar dinamik .” Penulis menyadari, bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, dari masa perkuliahan sampai masa penyusunan skripsi ini, sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan skripsi ini. Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1.

Prof. Dr. Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng sebagai dosen pembimbing yang telah

meluangkan

waktu,

memberikan

pemikiran-pemikiran

yang

mencerahkan dalam penyusunan skripsi ini. 2.

Tim penguji skripsi, atas koreksi perbaikan dan sarannya.

3.

Prof. Dr. Ir. Yulianto S. Nugroho, M.Sc. Ph.D Selaku kepala laboratorium Termodinamika atas ijin penggunaan laboratorium.

4.

Seluruh dosen dan karyawan Departemen Teknik Mesin FTUI yang telah banyak membantu selama masa perkuliahan

5.

Bapak saya, Ibu saya, kakak, adik, saudara-saudara, serta teman-teman alumni PPSE 2008, teman-teman sesepuh kosan yang telah luar biasa mendukung dan banyak membantu dalam berbagai hal.

6

Teman-teman

mahasiswa

PPSE

2009 atas semangat dan kekompakan

kalian serta Khanya Eva Syafitrie sebagai motivasi dalam keseharian penulis. 7.

semua

pihak

yang

telah membantu namun tidak dapat disebutkan satu-

persatu.

Depok, Desember 2011 Penulis

( Gilang Arief Wibowo ) v Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sabagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama


NPM

: 0906604810

Program Studi

: Teknik Mesin

Departemen

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

Jenis Karya

: Skripsi

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive RoyaltyFree Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul RANCANG BANGUN COMPACT DESTILATOR LOW GRADE ETHANOL DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MOTOR BAKAR DINAMIK beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Noneksklusif

ini

Universitas

Indonesia

berhak

menyimpan,

mengalihmedia/formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan mempublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di

: Depok

Pada tanggal : Desember 2011 Yang menyatakan,

(Gilang Arief Wibowo)

vi Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

ABSTRAK

Nama


Program Studi

: Teknik Mesin

Judul

: Rancang bangun compact destilator low grade ethanol dengan memanfaatkan panas gas buang motor bakar dinamik.

Semakin meningkatnya kebutuhan minyak bumi

sebagai sumber energi

primer yang tidak terbarukan memaksa manusia untuk menemukan sumber energi alternatif. Energi terbarukan merupakan salah satu solusi untuk menghadapi persoalan ini. Salah satu sumber energi yang terbarukan adalah Bioethanol.. Dalam penelitian ini, dilakukan rancang bangun compact destilator dengan memanfaatkan gas buang dari motor bakar dinamik sebagai alat utama pengolahan etanol. Tujuannya adalah ingin menghasilkan produk etanol yang layak menjadi bahan bakar etanol dengan kadar diatas 85%. Oleh karena itu dilakukan pembuatan dan

pengujian

alat

destilator

yang

kemudian dapat di aplikasikan ke motor bakar dinamik. Bioethanol yang diproses adalah bioethanol low grade yang di jadikan umpan balik destilator. Dari hasil rancang bangun dan penelitian ini diharapkan compact destilator mampu memenuhi kebutuhan konsumsi bahan bakar Sepeda Motor Suzuki Thunder 125 cc.Gas buang dari hasil destilasi compact destilator lebih ramah lingkungan, mengandung kadar CO rendah ( ± 0.5% ppm Vol ), HC rendah ( ± 44.3 ppm Vol ), Nox tidak terditeksi ( 0 ppm Vol). Kata kunci: Low grade ethanol,bioetanol, destilasi, compact destilator, laju konsumsi bahan bakar, feed, emisi gas buang

vii Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

ABSTRACT

Name


Study Program

: Mechanical Engineering

Title

: Design and Manufacture compact distilator low grade ethanol utilize hot from exhaust manifold engine dynamic. Abstract The increasing needs for petroleum as primary energy sources is not

renewable,forcing people to find alternative energy sources. Renewable energy is a solution to solve this issues. Are if the sources renewable energy is bioethanol.in this research conducted compact destilator design by utilizing exhaust gases from combustion dynamic as teh main tool of a ethanol processing.The purpose is to reduce a viable ethanol product to ethanol fuel with levels above 85%.Therefore, manufacturing and testing equipment performed destilator which can be applied to dynamic combustion engine.Bioethanol processed is low grade levels that will be used to as feed back into destilator. From the result of this research are expected compact destilator can absorb heat from exhaust gases are maximum, so the rate of distilation able to sufficient the fuel consumption of Suzuki Thunder Motorcycles 125 cc. Bioethanol exhaust of compact destilator distilation more environmentally friendly, low CO levels ( ± 0.5% ppm Vol ), low HC ( ± 44.3 ppm Vol ), Nox was not detected ( 0 ppm Vol). Keyword : Low grade ethanol, bioethanol, distilation, compact destilator. Fuel consumption rate, exhaust emissions

viii Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

DAFTAR ISI HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................. iii PENGESAHAN ..................................................................................................... iv UCAPAN TERIMA KASIH................................................................................... v PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ............................................................................. vi ABSTRAK ............................................................................................................ vii ABSTRACT......................................................................................................... viii DAFTAR ISI.......................................................................................................... ix DAFTAR TABEL.................................................................................................. xi DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xii DAFTAR GRAFIK .............................................................................................. xiii BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1 Latar Belakang ...............................................................................................1 1.2 Perumusan Masalah ...................................................................................... 4 1.3 Tujuan Penelitian .......................................................................................... 4 1.4 Pembatasan Masalah ..................................................................................... 5 1.5 Metodologi Penelitian ................................................................................... 5 1.6 Sistematika Penulisan ................................................................................... 5 BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 7 2. 1 Bioethanol.....................................................................................................7 2.1.1. Pembuatan Etanol secara Fermentasi ................................................8 2.1.2. Bioethanol Sebagai Bahan Bakar ....................................................12 2.1.3. Penggunaan Bioethanol pada Mesin Pembakaran Dalam...............20 2.1.4. Pengaruh terhadap Lingkungan...................................................... 24 2.1.5. Mengukur Kadar Bioetanol .............................................................25 2.2. Azeotrop .....................................................................................................26 2.3. Distilasi .......................................................................................................32 2.3.1 Teori Dasar Distilasi .........................................................................33

ix Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

2.3.2. Proses Distilasi................................................................................34 2.4. Pindah Panas...............................................................................................36 2.4.1 Perhitungan untuk Destilasi Kontinyu pada Sistem Biner ..............36 2.4.2 Operation Line .................................................................................36 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..............................................................38 3.1. Metode Penelitian........................................................................................38 3.2. Desain Proses pembuatan Compact Destilator..............................................39 3.3. Proses perancangan Compact Destilator.....................................................44 .

3.4. Melakukan instalasi Compact Destilator ke motor bakar ..........................50 3.5. Peralatan Uji ..............................................................................................51 3.6. Prosedur Pemasangan Compact Destilator..................................................57 3.7. Skematik Peralatan Uji..................................................................................57 3.8. Prosedur Pengujian........................................................................................59 3.9. Petunjuk K3L.................................................................................................63 BAB IV HASIL DATA PENELITIAN DAN ANALISIS DATA .......................66 4.1. Analisa Material yang Digunakan dan Desain Alat pada Rancang Bangun Compact Destilator.............................................................................................66 4.2. Dasar Pemilihan Dimensi Alat Compact Destilator....................................67 4.3. Hubungan Kondisi Operasi dan Kapasitas Mesin pada Dimensi Alat Compact Destilator.............................................................................................68 4.4. Uji Performance Compact Destilator terhadap Beberapa Karakteristik Uji Destilasi...............................................................................................................69 4.4.1. Hasil Pengujian Konsumsi Bahan Bakar .........................................70 4.4.2 Pengujian dengan Menggunakan Thermometer. .............................71 4.4.3 Laju Perubahan Volume Bahan Bakar terhadap Laju Destilasi pada Putaran Rendah, Putaran Fluktuatif dan Putaran Tinggi dengan Menggunakan Bahan Bakar Premium.....................................................................................................75 4.4.4 Perbedaan Kadar Hasil Destilasi Pada Putaran Rendah, Putaran Fluktuatif dan Putaran Tinggi dengan Menggunakan Bahan Bakar Premium....................................................................................................77 4.5. Analisa Waktu Pengoprasian .....................................................................78

x Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

BAB V PENUTUP ................................................................................................80 5.1 Kesimpulan...................................................................................................80 5.2 Saran………..…………………………………………………………..….81 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................82 LAMPIRAN

xi Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sumber Bioehtanol ..................................................................................9 Tabel 3.1 Spesifikasi Bahan Bakar Premium ........................................................51 Tabel 3.2 Spesifikasi Bahan Bakar Bio Ethanol ....................................................51 Tabel 3.3 Spesifikasi Bahan Pengotor Ethanol ......................................................52 Tabel 3.4 Spesifikasi Sepeda Motor Thunder 125 cc.............................................52 Tabel 3.5 Spesifikasi Gas Analyzer .......................................................................53 Tabel 3.6 Spesifikasi Thermometer .......................................................................54 Tabel 3.8 Spesifikasi Tube Level...........................................................................54 Tabel 3.9 Spesifikasi Gelas Ukur...........................................................................55 Tabel 3.10 Spesifikasi Pipet Tetes .........................................................................55 Tabel 3.11 Spesifikasi Alkohol meter....................................................................55 Tabel 3.14 Spesifikasi stop watch......................................................................... 56 Tabel 4.1 Kadar alkohol pada beberapa putaran engine.......................................76

xii Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Diagram Alir Fermentasi Etanol dari Berbagai Bahan Baku ........... 10 Gambar 2.2 Bagan klasifikasi engine ................................................................... 14 Gambar 2.3 Gambar bore engine........................................................................... 15 Gambar 2.4 Gambar stroke ................................................................................... 15 Gambar 2.5. Gambar Displacement...................................................................... 16 Gambar 2.6. Gambar Compression Ratio...................... ....................................... 16 Gambar 2.7. Komponen engine di ruang bakar..................................................... 17 Gambar 2.8. Gambar urutan sikluskerja motor bakar 4 langkah ........................... 18 Gambar 2.9 Gambar diagram P-V dan T-S........................................................... 19 Gambar 2.10 Skala pada alkoholmeter...................................................... ........... 25 Gambar 2.11 Gambar pengukuran kadar ethanol ..................................................26 Gambar 2.12 Constan boiling moxture .............................................................. 26 Gambar 2.13 Diagram kesetimbangan kadar ethanol-air.......................................31 Gambar 3.1 Flow chart eksperimental....................................................................38 Gambar 3.2 Gambar 3D Evaporator.......................................................................44 Gambar 3.3 Gambar 2D Evaporator.......................................................................45 Gambar 3.4 Gambar proses manufaktur evaporator...............................................46 Gambar 3.5 Gambar 3D Separator (Sieve Coloum)...............................................46 Gambar 3.6 Gambar 2D Separator (Sieve Coulom)...............................................47 Gambar 3.7 Gambar proses manufaktur separator.................................................48 Gambar 3.8 Gambar 3D Heat Exchanger..............................................................48 Gambar 3.9 Gambar 2D Heat Exchanger...............................................................49 Gambar 3.10 Gambar Proses manufaktur Heat Exchanger ...................................50 Gambar 3.11 Gambar 3D perakitan compact destilator ke motor bakar dnamik...50 Gambar 3.12 Gambar perakitan compact destilator ke motor bakar dinamik........51 Gambar 3.13 Gambar Skema alat uji compact destilator.......................................57 Gambar 3.14 Gambar Pencampuran ethanol dengan pengotor (aquadest)............59 Gambar 3.15 Pengecekan kondisi busi dan karburator..........................................60 Gambar 3.16 Pengukuran laju konsumsi bahan bakar...........................................61 Gambar 3.17 Gambar Thermometer.......................................................................62 Gambar 3.18 Kondisi gas buang pada display gas analyzer..................................62 Gambar 3.19 Gambar ear plug safety....................................................................63 Gambar 3.20 Gambar sarung tangan.....................................................................64 Gambar 3.21 Gambar penggunaan masker............................................................65 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

xiii

0

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1 Laju volume bahan bakar dengan variasi Rpm terhadap satuan waktu......................................................................................................................70 Grafik 4.2 Laju volume destilasi dengan variasi Rpm tanpa pengontrolan temperatur..............................................................................................................70 Grafik 4.4 Laju volume destilasi pada putaran Rpm rendah dengan kebocoran yang terjadi pada compact destilator.............................................................................73 Grafik 4.5 Laju volume destilasi pada putaran Rpm rendah tanpa terjadi kebocoran pada compact destilator.........................................................................................73 Grafik 4.6 Laju volume destilasi pada putaran Rpm fluktuatif tanpa kebocoran pada compact destilator…..............................................................................................74 Grafik 4.7 Laju volume destilasi pada putaran Rpm tinggi tanpa kebocoran pada compact destilator.. …………………...................................................................75 Grafik 4.8 Perbandingan laju volume bahan bakar denganhasil destilat pada putaran rendah,putaran fluktuatif,dan putaran tinggi.........................................................76 Grafik 4.9 Perbandingan konsentrasi alkohol pada beberapa putaran..................78

xiv

Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

Universitas Indonesia

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia merupakan salah satu negara dengan konsumsi bahan bakar minyak (BBM) yang tinggi. Semakin meningkatnya kebutuhan minyak, sedangkan penyediaan minyak semakin terbatas, maka untuk memenuhi kebutuhan minyak dalam negeri, Indonesia harus mengimpor minyak baik dalam bentuk minyak mentah maupun dalam bentuk produk kilang atau bahan bakar minyak (BBM) seperti minyak solar atau ADO ( Automotive Diesel Oil ), premium atau bensin, minyak bakar atau FO ( Fuel Oil ), dan minyak tanah. Semakin meningkatnya import minyak dan semakin meningkatnya harga minyak dunia diperkirakan akan semakin berat beban dan biaya yang harus ditanggung pemerintah Indonesia dalam pengadaan minyak dalam negeri. Kebutuhan BBM di Indonesia saat ini mencapai 215 juta liter per hari. Sedangkan yang diproduksi di dalam negeri hanya 178 juta liter per hari. Karena itu, kekurangannya harus di impor. Indonesia yang dikenal sebagai anggota Organisasi Negara-negara Pengekspor Minyak ( OPEC ) sekarang telah menjadi net – importir minyak bumi. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan penggunaan sumber energi lain selain minyak untuk mengurangi tekanan besarnya konsumsi minyak dan diharapkan mampu untuk mereduksi emisi gas rumah kaca serta mengurangi pencemaran udara yang disebabkan tingginya kadar timbal di udara yang tidak baik bagi kesehatan manusia karena bersifat racun. Salah satu alternatif energi nonfosil yang mulai diperkenalkan di Indonesia untuk kendaraan bermotor adalah bioethanol. Dalam kondisi harga BBM yang cenderung terus naik, saat ini berbagai jenis energi terbarukan mulai kompetitif terhadap bahan bakar tanpa subsidi. Rendahnya biaya produksi bioethanol 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.



2

Selain bioethanol dikenal pula gasohol, yang merupakan campuran bioethanol dengan premium. Gasohol BE-10 misalnya, mengandung bioethanol 10% sisanya dengan premium. Keuntungan lain dari bioethanol adalah nilai oktannya lebih tinggi dari bensin sehingga dapat menggantikan fungsi bahan aditif, seperti metil terrtiary butyl ether dan tetra ethil lead. Kedua aditif tersebut telah dipilih menggantikan timbal pada bensin. Bioethanol dapat langsung dicampur dengan bensin pada berbagai komposisi sehingga untuk meningkatkan efisiensi dan emisi gas buang dapat lebih ramah lingkungan. ( BPPT, 2007 ) Pemerintah Indonesia melakukan

berbagai

upaya untuk

menanggulangi persoalan ini. Diantaranya pada tahun 1980-an, pemerintah pernah menggelar secara intensif dan extensif program bahan bakar alternative, Kepres 43/1991 tentang konservasi energi. Sehingga saat ini penggunaan BBN sebagai bahan bakar, yang disebut sebagai bioefuel (diantaranya biodiesel dan bioethanol),

akan

menghasilkan

beberapa

keuntungan.

Diantaranya

berupa jaminan ketersediaan yang tidak habis di masa depan (renewable). Biofuel diperoleh dari berbagai bahan nabati dari Dengan

produk

pertanian.

peralihan biofuel untuk menggantikan minyak fosil, maka sektor

pertanian akan kembali maju. Kemudian biofuel adalah energi hijau yang tidak mencemari lingkungan. Berbagai penelitian menunjukkan terjadinya reduksi emisi dari gas buang hasil pembakaran mesin. Biodiesel B10 mampu menurunkan emisi CO2 diudara hingga 15%. Penggunaan bioethanol dalam bentuk gasohol E15 mampu mereduksi secara signifikan emisi gas buang, terutama CO dan NOX serta senyawa-senyawa polutan yang lain. Disisi lain, biofuel adalah bahan bakar yang diperoleh dari recycle CO2 di alam oleh tumbuhan. Jelasnya, tumbuhan menyerap CO2 di udara dan H2O dari tanah dan mengubahnya menjadi senyawa kimia yang berguna bagi kehidupan dengan bantuan energi matahari. Dengan menggunakan biofuel, maka jumlah CO2 di udara tetap, karena CO2 yang dilepaskan pada pembakaran akan diserap kembali oleh tumbuhan selanjutnya diubah menjadi senyawa kimia yang merupakan bahan baku biofuel. Berbeda dengan minyak berbasis fosil, biofuel bersifat karbon netral dan karenanya tak membahayakan lingkungan. Saat ini salah satu sumber energi terbarukan yang paling menjanjikan untuk dikembangkan di Indoonesia adalah bioethanol. Bioethanol dapat digunakan sebagai bahan bakar alternative campuran premium (gasoline) dan



3

pengganti minyak tanah sebagai bahan bakar untuk memasak. Penggunaan etanol ini telah digunakan secara luas di Brazil dan Amerika. Penggunaan bioethanol juga dapat mengurangi pencemaran udara akan CO2 (Thommes, 2007). Kelebihan ini menjadikan etanol sebagai sumber energi alternative yang menjanjikan. Walaupun Bioethanol sebagai bahan bakar sangat ramah lingkungan dan terbarukan, namun penggunaan dalam skala ekonomi mempunyai

masalah

mendasar, yaitu: a. Penggunaan bahan pangan sebagai bahan baku Bioethanol, sehingga berpotensi menimbulkan krisis pangan. b. Produksi bioethanol mengkonsumsi energi tinggi, sebanding dengan kandungan energi output yang dihasilkan. Untuk memproduksi bioethanol diperlukan biaya mulai dari pengolahan lahan pertanian, pupuk, trasportasi bahan baku ke pabrik dan distribusi ke pengguna. c. Sifat Bioethanol yang sangat higroskopik, menjadikannya sulit dialirkan dengan menggunakan pipa. Transportasi alkohol dari pabrik yang memproduksi ke pengguna selalu menggunakan angkutan khusus. Demikian juga media penyimpanannya. Terkait karakter alkohol yang sangat higroskopik tersebut, kadar tertinggi yang dapat diperoleh dari penyulingan (destilasi) hanyalah 95%. Untuk menjadi alkohol dengan kadar 100%, diperlukan teknis khusus yang memerlukan biaya tinggi. Untuk mengatasi masalah diatas ada beberapa solusi yang dapat dilakukan yaitu dengan; a. Untuk penggunaan bahan pangan sebagai bahan baku bioethanol dapat diatasi dengan menyediakan sumber-sumber karbohidrat atau gula nonpangan untuk bahan alkohol. Penguraian ligno-selulosa pada biomass bantuan enzim, kemudian dengan pembudidayaan jenis algae tertentu yang menghasilkan karbohidrat tinggi. b. Untuk biaya produksi yang tinggi dapat diatasi dengan program pemerintah yang mendukung kegiatan produksi ini. Mulai dari subsidi, transportasi, sampai dengan riset untuk alat produksi agar menghasilkan effisiensi yang tinggi.

c. Untuk masalah bioethanol yang sangat mudah untuk menyerap air maka



4

harus dilakukan design khusus untuk distribusi dan penyimpanan produk alkohol karena melihat prospek bioethanol yang cukup bagus. Dalam penelitian ini dilakukan design dan pembuatan alat Compact destilator untuk engine dinamik dan melakukan uji karakteristik bioethanol dengan kadar 10%,20%, dan 30%, sehingga dapat diketahui bahwa alat compact distilator dapat di aplikasikan untuk motor bakar dinamik.

1.2 Perumusan Masalah Melihat dari latar belakang yang telah dipaparkan, maka penelitian difokuskan untuk membuat suatu alat compact destilator dengan memanfaatkan gas buang dari pembakaran motor dinamik untuk pemanasan. Penelitian dilakukan dengan membuat compact destilator lalu melakukan percobaan dan pengambilan data dengan kondisi sesuai dengan objek penelitian.

1.3 Tujuan Penelitian Penelitian bertujuan untuk rancang bangun alat compact destilator yang dapat di aplikasikan pada motor bakar dinamik dan membandingkan dengan penelitian sebelumnya yaitu compact destiloator pada motor bakar statik.

1.4 Pembatasan Masalah Adapun batas-batas terhadap penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Dalam perancangan alat compact destilator peneliti berusaha tidak mengubah desain kondisi fisik motor bakar dan menyesuaikan instalasi compact destilator pada ruang yang ada di motor bakar sehingga tidak mengganggu fungsi dalam berkendara 2. Etanol yang digunakan adalah jenis low grade ethanol baik berupa produk minuman keras, produk farmasi maupun produk teknik yang akan didistilasi pada alat compact destilator motor bakar dinamik. 3. Jika etanol yang ada berkadar tinggi maka diberi pengotor air distilasi (aquadest). 4. Motor bakar dinamik yang akan digunakan adalah Motor Suzuki Thunder 4 langkah 125 cc produksi tahun 2007. 5. Variasi pembebanan pada posisi tanpa road test ( posisi motor distandar).



5

6. Putaran dijaga konstan pada putaran stationer, putaran menengah dan putaran tinggi.

1.5 Metodologi Penelitian

Dalam penelitian ini, metode untuk mengumpulkan sumber data dan informasi adalah sebagai berikut: 1. Studi literatur, metode yang digunakan dalam pencarian studi literatur ini dengan tinjauan kepustakaan berupa buku-buku yang ada di perpustakaan, jurnal-jurnal tertulis maupun online, serta referensi artikel yang terdapat di internet. 2. Melakukan design alat berdasarkan mesin yang akan di aplikasikan dengan mencari beberapa referensi baik itu online maupun buku-buku yang ada di perpustakaan. 3. Setelah design dilakukan maka dilakukan manufaktur atau pembuatan alat destilator ini dengan material-material yang telah ditentukan dalam design. 4. Melakukan pengujian alat destilator ini pada motor bakar dinamik. 5. Menguji performa motor bakar otto dengan bahan bakar hasil destilasi. 6. Melakukan analisa dan membuat kesimpulan serta saran.

1.6 Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut: Bab I.

Pendahuluan Menjelaskan mengenai latar belakang permasalahan, perumusan masalah, tujuan penelitian, pembatasan masalah, metodologi penelitian dan sistematika penulisan.

Bab II: Landasan Teori Menjelaskan tentang konsep distilasi dan teori-teori penunjang atau halhal yang menjadi pendukung topik penelitian. Bab III: Metodologi Penelitian



6

Menjelaskan tentang tahapan-tahapan yang harus dilakukan selama kegiatan penelitian, peralatan dan alat ukur yang diperlukan selama penelitian, proses pengambilan data, proses pembuatan.

Bab IV: Hasil Data Penelitian dan Analisis Data Mendapatkan data tentang laju volume yang keluar dari compact destilator, kadar keluaran destilator, dan pembahasan faktor-faktor yang

mempengaruhi hasil

akhir

dari

produk distilasi dengan

menyajikan dalam bentuk grafik

Bab V:

Penutup Menjelaskan tentang kesimpulan dari hasil penelitian dan saran untuk kemajuan penelitian berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN



7

BAB II

DASAR TEORI

2. 1 Bioethanol Glukosa dapat dibuat dari pati-patian, proses pembuatannya dapat dibedakan berdasarkan zat pembantu yang dipergunakan, yaitu hidrolisis asam dan hidrolisis enzim. Berdasarkan kedua jenis hidrolisis tersebut, saat ini hidrolisis enzim lebih banyak dikembangkan, sedangkan hidrolisis asam (misalnya dengan asam sulfat) kurang dapat berkembang, sehingga proses pembuatan glukosa dari pati-patian sekarang ini dipergunakan dengan hidrolisis enzim. Selain bioetanol dapat diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat, juga dapat diproduksi dari bahan tanaman yang mengandung selulosa, namun dengan adanya lignin mengakibatkan proses penggulaannya menjadi lebih sulit, sehingga pembuatan bioetanol dari selulosa tidak perlu direkomendasikan. Meskipun teknik produksi bioetanol merupakan teknik yang sudah lama diketahui, namun bioetanol untuk bahan bakar kendaraan memerlukan etanol dengan karakteristik tertentu yang memerlukan teknologi yang relatif baru di Indonesia antara lain mengenai neraca energi dan efisiensi produksi, sehingga penelitian lebih lanjut mengenai teknologi proses produksi etanol masih perlu dilakukan. Secara singkat teknologi proses produksi bioetanol tersebut dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu gelatinasi, sakarifikasi, dan fermentasi. Etanol memiliki berat jenis sebesar 0,7937 g/mL (15oC) dan titik didih sebesar 78,32oC pada tekanan 766 mmHg. Etanol larut dalam air dan eter dan mempunyai panas pembakaran 328 Kkal (Paturau, 1981). Menurut Paturau (1981), fermentasi etanol membutuhkan waktu 30-72 jam. Prescott and Dunn (1981) menyatakan bahwa waktu fermentasi etanol yang dibutuhkan adalah 3 hingga 7 hari. Frazier and Westhoff (1978) menambahkan suhu optimum fermentasi 25-30oC dan kadar gula 10-18 %. Etil-Alkohol (CH3CH2OH) dikenal juga dengan nama alkohol adalah suatu cairan tidak berwarna dengan bau yang



8

khas. Di dalam perdagangan kualitas alkohol di kenal dengan beberapa tingkatan.

a. Alkohol Teknis (96,5°GL) Digunakan terutama untuk kepentingan industri sebagai bahan pelarut organik, bahan baku maupun bahan antara produksi berbagai senyawa organik lainnya. Alkohol teknis biasanya terdenaturasi memakai ½ -1 % piridin dan diberi warna memakai 0,0005% metal violet. b. Alkohol Murni (96,0 – 96,5 °GL) Digunakan terutama untuk kepentingan farmasi dan konsumsi misal untuk minuman keras. c. Alkohol Absolut ( 99,7 – 99,8 °GL) Digunakan di dalam pembuatan sejumlah besar obat-obatan dan juga sebagai bahan antara didalam pembuatan senyawa-senyawa lain skala laboratorium. Alkohol jenis ini disebut Fuel Grade Ethanol (F.G.E) atau anhydrous ethanol yaitu etanol yang bebas air atau hanya mengandung air minimal. Alkohol absolut terdenaturasi digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor dan motor bensin lainnya.

2.1.1. Pembuatan Etanol secara Fermentasi Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi etanol dengan menggunakan yeast. Alkohol yang diperoleh dari proses fermentasi ini biasanya alcohol dengan kadar 8–10 persen volume. Bahan baku untuk pembuatan etanol secara fermentasi ini dapat berasal dari pati, selulosa dan juga bahan-bahan yang mengandung gula.



9

Reaksi pembuatan etanol dengan fermentasi sebagai berikut:

Bahan baku yang sering digunakan untuk pembuatan etanol dikelompokkan menjadi tiga kelompok yaitu : Bahan bergula (sugary materials) : Tebu dan sisa produknya (molase, bagase), gula bit, tapioca, kentang manis, sorghum manis, dll.

Bahan-bahan berpati (starchy materials) : Tapioka, maizena, barley, gandum, padi, kentang, jagung dan ubi kayu

Bahan-bahan lignoselulosa (lignosellulosic material) : Sumber selulosa dan lignoselulosa berasal dari limbah pertanian dan kayu. Dari berbagai bahan baku tersebut akan dipilih bahan baku yang paling efisien untuk dibuat bioetanol.

Tabel 2.1 Sumber Bioehtanol Tabel 1 menunjukkan bahwa bahan baku yang memilki efisiensi tertinggi adalah jagung, kemudian disusul dengan tetes tebu dan ubi kayu, sedangkan tebu memiliki efisiensi paling rendah. Hal ini terlihat menunjang dan ada hubungannya dengan kebijakan Amerika yang memilih jagung sebagai bahan baku produksi



10

bioetanol bukan tetes tebu atau gula. Namun biaya pengolahan bioetanol dari jagung atau bahan berpati biasanya relatif mahal karena membutuhkan proses dan peralatan tambahan sebelum proses fermentasi.

Gambar 2.1. Diagram Alir Fermentasi Etanol dari Berbagai Bahan Baku Berdasarkan hasil penelitian yang sudah dilakukan, dari beberapa jenis tanaman tersebut ada jenis tanaman yang potensial dikembangkan kerena karakteristik yang dimilikinya.

Kelapa sawit Kelapa sawit (Elaeis Guineensis Jack) merupakan jenis tumbuhan monokotil, dimana kandungan sabutnya (mesocarps) berakumulasi minyak. Pabrik-pabrik biodiesel skala komersial yang sekarang sudah beroperasi di tanah air menggunakan CPO dari kelapa sawit sebagai bahan bakunya. Faktor ketersediaan menjadi alasan utama kenapa digunakannya CPO. Dalam proses produksi CPO, 1 ton Tandan Buah Segar (TBS) menghasilkan 200 kg CPO, limbah padat Tandan Kosong Kelapa sawit (TKKS) 250 kg dan 0,5 m3 LCPKS. Ini dihitung dari neraca PKS, Jika dihitung dengan cara ini, maka diperkirakan jumlah TKKS tahun 2006 adalah sebanyak 20.75 juta ton. Misalkan kadar air TKKS ini adalah 50%, maka jumlah TKKS kering (OD) kira-kira 10.375 juta ton. Kandungan TKKS adalah 45.80% selulosa dan 26.00% hemiselulosa. Kembali ke perhitungan menurut Badger (2002) maka potensi bioetanol adalah sebesar 2,000 juta Liter. Jumlah yang tidak sedikit dan setara dengan 1446.984 liter bensin.



11

Jarak pagar (Jathropa curcas linneaus). Tanaman ini tergolong tanaman yang nakal karena dapat dengan mudah beradaptasi pada berbagai cuaca dan tidak membutuhkan banyak air serta pupuk. Usia panen tanaman ini adalah enam hingga delapan bulan, namun hasil buah yang optimal baru dapat dinikmati pada usia lima tahun. Bagian yang diambil dari jarak pagar adalah biji dan kulit (karnel) buahnya dengan kandungan minyak masing-masing sebesar 33 persen dan 50 persen. Setiap satu ektar lahan dapat ditanami dengan 2.500 jarak pagar dan diperkirakan mampu menghasilkan biodisel sekitar 1,7

kilo

liter

biodisel

pertahun.

Rekayasa

bioteknologi memungkinkan kita untuk menghasilkan bibit jarak

pagar

yang memiliki kemampuan menyerap unsur hara, terutama fosfor dan nitrogen serta mikronutrien (Zn, Mo, Fe dan Cu) lebih baik. Selain itu, bibit tanaman tersebutakan memiliki peningkatan serangan

patogen

akar

ketahanan

terhadap

kekeringan,

dan meningkat produktivitasnya.

Tetes Tebu ( Molase ) Molase atau tetes tebu mengandung kurang lebih 60% sellulosa dan 35,5% hemiselullosa. Kedua bahan polysakarida ini dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi ethanol. Potensi produksi molase ini per ha kurang lebih 10 – 15 ton, Jika seluruh molase per ha ini diolah menjadi ethanol (fuel grade ethanol), maka potensi produksinya kurang lebih 766 hingga 1,148 liter/ha FGE (perhitungan ada di lampiran). Produksi bioetanol berbahan baku molase layak diusahakan karena tingkat keuntungan mencapai 24%. Jumlah

itu lebih menguntungkan daripada

menyimpan dana di bank dengan tingkat bungan bank Indonesia per 6 Desember 2007 sebesar 8%. Investasi yang ditanamkan untuk produksi bioetanol berbahan baku molase.

Sorgum Sorgum yang selama ini dikenal sebagai bahan pangan juga berprospek menjadi bahan bioetanol. Rendemen sorgum biji jauh lebih tinggi, kata Dr M Arif Yudianto, kepala bidang Teknologi Etanol dan Derivatif B2TP. Alumnus Tokyo



12

University of Agriculture & Technology itu menggambarkan 2,5 kg sorgum kawali dapat menjadi seliter bioetanol. Itu artinya rendemen Sorghum bicolor 40%. Tingginya nilai pati mendorong Balai Tenaga Nuklir Nasional (BATAN) mencetak sorgum dengan kadar gula tinggi. Tetua yang dipakai adalah dari asal l ICRISAT India. 'Sorgum itu kemudian diinduksi sinar gamma. Nantinya ia akan memiliki sifat tahan kekeringan, tahan serangan penyakit, dan menelan biaya produksi rendah, kata Dr Soeranto Hoeman, peneliti BATAN. Sejak diuji multilokasi pada 2001 di daerah kering seperti Gunungkidul, Yogyakarta, diperoleh sorgum unggulan bahan bioetanol: sweet sorgum. Sorgum dengan kode B-100 itu cukup istimewa karena memiliki kadar briks 17. Jumlah itu mendekati tebu gula dengan kadar briks 190. Dari 15 kg batang sorgum dihasilkan 1 liter bioetanol.

Jerami Padi Jerami padi mengandung kurang lebih 39% sellulosa dan 27,5% hemiselullosa. Kedua bahan polysakarida ini dapat dihidrolisis menjadi gula sederhana yang selanjutnya dapat difermentasi menjadi ethanol. Potensi produksi jerami padi per ha kurang lebih 10 – 15 ton, jerami basah dengan kadar air kurang lebih 60%. Jika seluruh jerami per ha ini diolah menjadi ethanol (fuel grade ethanol), maka potensi produksinya kurang lebih 766 hingga 1,148 liter/ha FGE (perhitungan ada di lampiran). Dengan asumsi harga ethanol fuel grade sekarang adalah Rp. 5500,- (harga dari pertamina), maka nilai ekonominya kurang lebih Rp. 4,210,765 hingga 6,316,148 /ha. Menurut data BPS tahun 2006, luas sawah di Indonesia adalah 11.9 juta ha. Artinya, potensi jerami padinya kurang lebih adalah 119 juta ton. Apabila seluruh jerami ini diolah menjadi ethanol maka akan diperoleh sekitar 9,1 milyar liter ethanol (FGE) dengan nilai ekonomi Rp. 50,1 trilyun. Jika dihitung-hitung ethanol dari jerami sudah cukup untuk memenuhi kebutuhan bensin nasional.

2.1.2. Bioethanol sebagai bahan bakar

MOTOR OTTO Motor Pembakaran dalam (internal combustion engine) adalah mesin kalor yang berfungsi untuk mengkonversikan energi kimia yang terkandung dalam



13

bahan bakar menjadi energi mekanis dan prosesnya terjadi di dalam suatu ruang bakar yang tertutup. Energi kimia dalam bahan bakar terlebih dahulu diubah menjadi energi thermal melalui proses pembakaran. Energi thermal yang diproduksi akan menaikkan tekanan yang kemudian menggerakkan mekanisme pada mesin seperti torak, batang torak dan poros engkol. Berdasarkan metode penyalaan campuran bahan bakar-udara, motor pembakaran dalam diklasifikasikan menjadi spark ignition engine

dan

compression ingintion engine. Dalam proses pembakaran tersebut, bagian-bagian motor yang telah disebutkan di atas akan melakukan gerakan berulang yang dinamakan siklus. Setiap siklus yang terjadi dalam mesin terdiri dari beberapa urutan langkah kerja. Berdasarkan siklus langkah kerjanya, motor pembakaran dalam dapat diklasifikasikan menjadi motor 2 langkah dan motor 4 langkah. Berperalatan uji yang digunakan adalah motor Otto berbahan bakar bioethanol dengan sistem 4 langkah. Motor Otto merupakan motor pembakaran dalam karena motor otto melakukan proses pembakaran gas dan udara di dalam silinder untuk melakukan kerja mekanis. Motor otto dengan sistem Spark Ignition menggunakan bantuan bunga api untuk menyalakan atau membakar campuran bahan bakar-udara. Bunga api yang digunakan berasal dari busi. Busi akan menyala saat campuran bahan bakar-udara mencapai rasio kompresi, temperatur, dan tekanan tertentu sehingga akan terjadi reaksi pembakaran yang menghasilkan tenaga untuk mendorong torak bergerak bolak-balik. Siklus langkah kerja yang terjadi pada mesin jenis ini dinamakan siklus otto dengan memepergunakan bahan bakar bensin. Klasifikasi Engine (Mesin Otto) Saat ini untuk mengerjakan berbagai macam jenis pekerjaan yang berbeda sudah banyak sekali jenis engine yang dirancang oleh manusia. Secara umum penggolongan berbagai jenis engine yang saat ini biasa dipakai dapat dilihat pada bagan berikut ini:



14

Gambar 2.1 Bagan Klasifikasi Engine

Dari bagan tersebut maka penggolongan yang pertama dilakukan adalah membagi engine berdasarkan tempat terjadinya proses pembakaran dan tempat perubahan energi panas menjadi energi gerak. Apabila kedua peristiwa tadi terjadi dalam ruang yang sama maka engine tersebut dikategorikan sebagai engine dengan jenis internal combustion. Sedangkan apabila ruang tersebut terpisah maka engine tersebut dikategorikan sebagai engine eksternal combustion. Eksternal combustion engine selanjutnya dapat dibagi menjadi dua golongan, yaitu: turbine dan piston. Pada engine jenis internal combustion penggolongan engine selanjutnya terdiri dari: engine piston, turbine dan wenkel atau rotary. Berdasarkan perlu tidaknya percikan bunga api untuk proses pembakaran maka engine piston dibagi menjadi dua jenis, yaitu: engine diesel dan engine spark ignited. Merujuk pada banyaknya langkah yang diperlukan untuk mendapat satu langkah power maka diesel engine dibagi menjadi engine diesel dua langkah (two stroke) dan empat langkah (four stroke). Selanjutnya engine diesel empat langkah digolongkan lagi berdasarkan cara pemasukan bahan bakar ke dalam ruang bakar menjadi dua tipe yaitu: engine dengan system pre-combustion chamber dan direct injection. Pada spark ignited engine penggolongan pertama didasarkan pada jenis bahan bakar yang digunakan, yaitu: engine berbahan bakar gas dan bensin.



15

Istilah-Istilah Pada Engine (Mesin Otto) Beberapa terminology/istilah yang banyak digunakan dalam membahas Engine Otto.

•

Top dead center/titik mati atas: Posisi paling atas dari gerakan piston.

•

Bottom dead center/titik mati bawah: Posisi paling bawah dari gerakan piston.

Gambar 2.2 Gambar TDC dan BDC

•

Bore: Diameter combustion chamber (ruang bakar).

Gambar 2.3 Gambar Bore Engine

•

Stroke: menunjukkan jarak yang ditempuh oleh piston untuk bergerak dari BDC menuju TDC atau sebaliknya.

Gambar 2.4 Gambar Stroke



16

•

Displacement: Bore Area X Stroke.

Gambar 2.5 Gambar Displacement

•

Compression ratio: Total volume (BDC)/compression volume (TDC).

Gambar 2.6 Gambar Compression Ratio

•

Friction/gesekan: Friction adalah tahanan yang timbul dari gesekan antara dua permukaan yang saling bergerak relatif satu sama lain. Contoh: Friction yang terjadi antara piston dan dinding liner pada saat piston bergerak ke atas dan ke bawah. Friction menimbulkan panas yang merupakan salah satu penyebab utama keausan dan kerusakan pada komponen.



17

•

Inertia/kelembaman: Inertia adalah kecenderungan dari suatu benda yang bila diam akan tetap diam atau benda yang bergerak akan tetap bergerak. Engine harus menggunakan tenaga untuk melawan inertia tersebut.

•

Force/gaya: Force adalah dorongan atau tarikan yang menggerakkan, menghentikan atau merubah gerakan suatu benda. Daya yang ditimbulkan oleh pembakaran pada saat langkah kerja. Semakin besar gaya yang ditimbulkan semakin besar pula tenaga yang dihasilkan.

•

Pressure/tekanan: Tekanan adalah ukuran gaya yang terjadi setiap satuan luas. Sewaktu siklus empat langkah berjalan maka tekanan terjadi di atas piston pada saat langkah kompresi dan langkah tenaga. Selain istilah-istilah di atas harus diketahui juga nama-nama komponen dasar engine yang membentuk combustion chamber (ruang bakar), yaitu:

Gambar 2.7 Komponen engine pembentuk ruang bakar No 1: Cylinder Liner No 2: Piston No 3: Intake valve No 4: Exhaust valve No 5: Cylinder Head



18

Siklus Kerja Motor Otto

Komponen-komponen utama dari sebuah motor otto adalah: 1.

Katup Masuk (intake valve) Katup masuk adalah katup yang berfungsi untuk mengontrol pemasukan campuran udara-bahan bakar ke dalam silinder mesin dan mencegah terjadinya aliran balik ke dalam saluran masuk campuran udara-bahan bakar (intake manifold).

2.

Katup Buang (exhaust valve) Katup buang adalah katup yang mengontrol pengeluaran hasil pembakaran dari silinder mesin untuk dibuang keluar dan menjaga agar arah aliran yang mengalir hanya satu arah.

3.

Torak Torak adalah komponen berbentuk silinder yang bergerak naik turun di dalam silinder, dan berfungsi untuk mengubah tekanan di dalam ruang bakar menjadi gerak rotasi poros engkol.

4.

Busi Busi adalah komponen elektrik yang

digunakan untuk memicu

pembakaran campuran udara-bahan bakar dengan menciptakan percikan listrik bertegangan tinggi pada celah elektroda.

Pada mesin 4 langkah, torak bergerak bolak-balik dalam silinder dari Titik Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB) sebanyak 4 kali atau 2 putaran engkol untuk memenuhi 1 siklus kerja. Jarak yang ditempuh torak selama gerakan bolak-balik disebut dengan stroke atau langkah torak. Langkah-langkah yang terdapat pada motor bensin 4 langkah adalah langkah isap, kompresi, kerja, dan buang.



19

Gambar 2.8 Urutan siklus kerja motor bakar 4 langkah

Pada motor otto 4 langkah ini, gas pembakaran hanya mendorong torak pada langkah ekspansi saja. Oleh karena itu, untuk memungkinkan gerak torak pada tiga langkah lainnya maka sebagian energi pembakaran selama langkah ekspansi diubah dan disimpan dalam bentuk energi kinetis roda gila (flywheel). iklus kerja motor otto dapat digambarkan pada diagram indikator, yaitu diagram P-V (tekanan-voluem) dan diagram T-S (tekanan-entropi). Diagram indikator ini berguna untuk melakukan analisa terhadap karakteristik internal motor Otto.

Gambar 2.9 Diagram P-V dan T-S ideal motor Otto empat langkah Langkah-langkah pada mesin Otto 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.1. langkah-langkah tersebut adalah sebagai berikut:


20

1.

Langkah Isap (Intake) Selama langkah isap torak bergerak dari TMA menuju TMB, katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Gerakan torak memperbesar volume ruang bakar dan menciptakan ruang hampa (vacuum) dalam ruang bakar. Akibatnya campuran udara dan bahan bakar terisap masuk ke dalam ruang bakar melalui katup masuk. Langkah isap berakhir ketika torak telah mencapai TMB.

2.

Langkah kompresi (compression) Selama langkah kompresi katup isap tertutup dan torak bergerak kembali ke TMA dengan katup buang masih dalam keadaan tertutup. Gerakan torak tersebut mengakibatkan campuran udara dan bahan bakar yang ada di dalam

ruang bakar tertekan akibat volume ruang bakar yang diperkecil, sehingga tekanan dan temperatur di dalam silinder meningkat.

3.

Pembakaran (combustion) Pada akhir langkah kompresi, busi pijar menyala sehingga campuran udarabahan bakar yang telah memiliki tekanan dan temperatur tinggi terbakar. Pembakaran yang terjadi mengubah komposisi campuran udara-bahan bakar menjadi produk pembakaran dan menaikkan temperatur dan tekanan dalam ruang bakar secara drastis.

4.

Langkah kerja/ekspansi (expansion/power) Tekanan tinggi hasil dari proses pembakaran campuran udara-bahan bakar mengakibatkan torak terdorong menjauhi TMA. Dorongan ini merupakan kerja keluaran dari siklus mesin otto. Dengan bergeraknya torak menuju TMB, volume silinder meningkat sehingga termperatur dan tekanan dalam ruang bakar turun.

5.

Langkah buang (exhaust) Katup buang terbuka ketika torak telah mencapai TMB. Torak terus bergerak kembali menuju TMA sehingga gas hasil pembakaran tertekan keluar dari ruang bakar melalui katup buang.



21

2.1.3. Penggunaan bioethanol pada mesin pembakaran dalam Penggunaan

alkohol

sebagai

bahan

bakar

mulai

diteliti

dan

diimplementasikan di USA dan Brazil sejak terjadinya krisis bahan bakar fosil di kedua negara tersebut pada tahun 1970-an. Brazil tercatat sebagai salah satu negara yang memiliki keseriusan tinggi dalam implementasi bahan bakar alkohol untuk keperluan kendaraan bermotor dengan tingkat penggunaan bahan bakar ethanol saat ini mencapai 40% secara nasional (Nature, 1 July 2005). Di USA, bahan bakar relatif murah, E85, yang mengandung ethanol 85% semakin populer di masyarakat (Nature, 1 July 2005). Selain ethanol, methanol juga tercatat digunakan sebagai bahan bakar alcohol di Rusia (Wikipedia), sedangkan Kementrian Lingkungan Hidup Jepang telah mentargetkan pada tahun 2008 campuran gasolin + ethanol 10kan digunakan untuk menggantikan gasolin di seluruh Jepang. Kementrian yang sama juga meminta produsen otomotif di Jepang untuk membuat kendaraan yang mampu beroperasi dengan bahan bakar campuran tersebut mulai tahun 2003 (The Japan Times, 17 December 2002). Pemerintah Indonesia, dalam hal ini Kementrian Negara Riset dan Teknologi telah mentargetkan pembuatan minimal satu pabrik biodiesel dan gasohol (campuran gasolin dan alkohol) pada tahun 2005-2006. Selain itu, ditargetkan juga bahwa penggunaan bioenergy tersebut akan mencapai 30ari pasokan energi nasional pada tahun 2025 (Kompas, 26 Mei 2005). Ethanol bisa digunakan dalam bentuk murni ataupun sebagai campuran untuk bahan bakar gasolin (bensin) maupun hidrogen. Interaksi ethanol dengan hidrogen bisa dimanfaatkan sebagai sumber energi fuel cell ataupun dalam mesin pembakaran dalam (internal combustion engine) konvensional. Dewasa ini, hampir seluruh mesin pembangkit daya yang digunakan pada kendaraan bermotor menggunakan mesin pembakaran dalam. Mesin bensin (Otto) dan diesel adalah dua jenis mesin pembakaran dalam yang paling banyak digunakan di dunia. Mesin diesel, yang memiliki efisiensi lebih tinggi, tumbuh pesat di Eropa, sedangkan komunitas USA yang cenderung khawatir pada tingkat polusi sulfur dan UHC pada diesel, lebih memilih mesin bensin. Meski saat ini, mutu solar dan mesin diesel yang digunakan di Eropa sudah semakin baik yang berimplikasi pada rendahnya emisi sulfur dan UHC. Ethanol yang secara teoritik



22

memiliki angka oktan di atas standard maksimal bensin, cocok diterapkan sebagai substitusi sebagian ataupun keseluruhan pada mesin bensin. Terdapat beberapa karakteristik internal ethanol yang menyebabkan penggunaan ethanol pada mesin Otto lebih baik daripada gasolin. Ethanol memiliki angka research octane 108.6 dan motor octane 89.7 ( Yuksel dkk, 2004). Angka tersebut (terutama research octane) melampaui nilai maksimal yang mungkin dicapai oleh gasolin (pun setelah ditambahkan aditif tertentu pada gasolin). Sebagai catatan, bensin yang dijual Pertamina memiliki angka research octane 88 (Website Pertamina) (catatan: tidak tersedia informasi motor octane untuk gasolin di Website Pertamina, namun umumnya motor octane lebih rendah daripada research octane). Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara-bahan bakar sebelum waktunya (selfignition). 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 ethanol memungkinkan penggunaan rasio kompresi yang tinggi pada mesin Otto. Korelasi antara efisiensi dengan rasio kompresi berimplikasi pada fakta bahwa mesin Otto

berbahan bakar ethanol

(sebagian atau seluruhnya) memilikiefisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar gasoline ( Yuksel dkk, 2004), (Al-Baghdadi, 2003). Untuk rasio campuran ethanol:gasoline mencapai 60:40tercatat peningkatan efisiensi hingga 10 Yuksel dkk, 2004). Ethanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang inheren di dalam molekul ethanol 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 gasoline yang memiliki rentang keterbakaran 1.4 - 7.6 vol pembakaran campuran udara-bahan bakar ethanol menjadi lebih baik -ini dipercaya sebagai faktor penyebab relatif rendahnya emisi CO dibandingkan dengan pembakaran udara-gasolin, yakni sekitar 4. dkk. Ethanol juga memiliki



23

panas penguapan (heat of vaporization) yang tinggi, yakni 842 kJ/kg (AlBaghdadi, 2003). Tingginya panas penguapan ini menyebabkan energi yang dipergunakan untuk menguapkan ethanol lebih besar dibandingkan gasolin. Konsekuensi lanjut dari hal tersebut adalah temperatur puncak di dalam silinder akan lebih rendah pada pembakaran ethanol dibandingkan dengan gasolin. Rendahnya emisi NO, yang dalam kondisi atmosfer akan membentuk NO2 yang bersifat racun, dipercaya sebagai akibat relatif rendahnya temperatur puncak pembakaran ethanol di dalam silinder. Pada rasio kompresi 7, penurunan emisi NOx tersebut bisa mencapai 33ibandingkan terhadap emisi NOx yang dihasilkan pembakaran gasolin pada rasio kompresi yang sama (Al-Baghdadi, 2003). Dari susunan molekulnya, ethanol memiliki rantai karbon yang lebih pendek dibandingkan gasolin (rumus molekul ethanol adalah C2H5OH, sedangkan

gasolin memiliki rantai C6-C12 (Wikipedia) dengan perbandingan antara atom H dan C adalah 2:1 (Rostrup-Nielsen, 2005)). Pendeknya rantai atom karbon pada ethanol menyebabkan emisi UHC pada pembakaran ethanol relatif lebih rendah dibandingkan dengan gasolin, yakni berselisih hingga 130 ppm (Yuksel dkk, 2004). Dari paparan di atas, terlihat bahwa penggunaan ethanol (sebagian atau seluruhnya) pada mesin Otto, positif menyebabkan kenaikan efisiensi mesin dan turunnya emisi CO, NOx, dan UHC dibandingkan dengan penggunaan gasolin. Namun perlu dicatat bahwa emisi aldehyde lebih tinggi pada penggunaan ethanol, meski bahaya emisi aldehyde terhadap lingkungan adalah lebih rendah daripada berbagai emisi gasolin (Yuksel dkk, 2004). Selain itu, pada prinsipnya emisi CO2 yang dihasilkan pada pembakaran ethanol juga akan dipergunakan oleh tumbuhan penghasil ethanol tersebut. Sehingga berbeda dengan bahan bakar fosil, pembakaran ethanol tidak menciptakan sejumlah CO2 baru ke lingkungan. Terlebih untuk kasus di Indonesia, dimana bensin yang dijual Pertamina masih mengandung timbal (TEL) sebesar 0.3 g/L serta sulfur 0.2 wt (Website Pertamina), penggunaan ethanol 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. Keberadaan sulfur juga menjadi perhatian di USA dan Eropa karena dampak yang ditimbulkannya bagi kesehatan. Ethanol murni akan bereaksi dengan karet dan plastik (Wikipedia). Oleh karena itu, ethanol murni hanya bisa



24

digunakan pada mesin yang telah dimodifikasi. Dianjurkan untuk menggunakan karet fluorokarbon sebagai pengganti komponen karet pada mesin Otto konvensional. Selain itu, molekul ethanol 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 ethanol-gasolin 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 ethanol (Yuksel dkk, 2004). Pada saat langkah hisap, uap ethanol dan gasolin akan tercampur selama perjalanan dari karburator hingga ruang bakar memberikan tingkat pencampuran yang lebih baik.

2.1.4. Pengaruh terhadap lingkungan Beberapa

ilmuwan

Amerika

penentang

implementasi

bioethanol

mengangkat permasalahan lingkungan yang dimunculkan oleh mata rantai produksi bioethanol. Ilmuwan tersebut menyoroti praktek pembakaran ladang guna memudahkan panen tebu, kerusakan tanah akibat ancaman terhadap keanekaragaman hayati, penggunaan air dalam jumlah besar untuk membersihkan sugarcane, serta erosi tanah yang disebabkan praktek penanaman tebu (Nature, 1 July 2005). Selain itu, beberapa kalangan juga mempertanyakan rasio antara energi yang dihasilkan terhadap energy yang diperlukan dalam produksi ethanol yang hanya mencapai 0.76 - 1.1 (Rostrup- Nielsen, 2005). Untuk meminimalkan dampak negatif mata rantai produksi ethanol, pemerintah Brazil telah mengeluarkan aturan yang melarang pembakaran ladang sebelum panen tebu; dan sebagai gantinya digunakan mesin pemanen untuk memudahkan dan mempercepat panen (Wikipedia). Menilai implementasi ethanol secara kuantitatif, seperti yang dipraktekkan di Brazil, seharusnya juga perlu diperhitungkan factor produk samping berupa bagasse yang menghasilkan listrik (dalam jumlah signifikan) serta efek pengurangan emisi CO2 yang berkorelasi positif terhadap tingkat kesehatan masyarakat. Dalam kasus penggunaan bahan bakar hidrogen, Jacobson dkk (2005) memperkirakan bahwa sekitar 3,700 - 6,400 orang per tahun akan terselamatkan bila seluruh kendaraan bermotor di USA bermigrasi menggunakan bahan bakar hydrogen yang dibangkitkan dari energi



25

angin. Oleh karena itu, bila faktor-faktor tersebut turut diperhitungkan, nampaknya penggunaan bioethanol akan lebih superior terhadap gasolin. Sedangkan ancaman terhadap keanekaragaman hayati mungkin bisa dipecahkan dengan menggunakan beberapa tanaman sebagai sumber ethanol. Meski relatif lebih menyulitkan dalam pengaturannya, praktek multikultur tersebut diharapkan akan menekan penurunan kualitas tanah secara radikal.

2.1.5. Mengukur Kadar Bioetanol

Alkoholometer Mengukur kadar bioetanol adalah salah satu hal penting yang harus ketahui saat melakukan eksperimen dengan variasi konsentrasi. Alat untuk mengukur kadar etanol tersebut juga dikenal dengan nama alkoholometer atau hydrometer alkohol. Alat ini sebenarnya digunakan dalam industri minuman keras (bir, wine) untuk mengukur kandungan alkohol dalam minuman tersebut. Di bagian atas alkoholometer tersebut dilengkapi dengan skala yang menunjukkan kadar alkohol. Prinsip kerjanya berdasarkan berat jenis campuran antara alkohol dengan air.

Gambar 2.10 Skala pada alkoholometer

Pengunaan alkoholometer sangat sederhana. Pertama masukkan bioethanol ke dalam gelas ukur atau tabung atau botol yang tingginya lebih panjang dari panjang alkoholometer. Kemudian masukkan batang alkoholometer ke dalam gelas ukur. Alkoholometer akan tenggelam dan batas airnya akan menunjukkan berapa kandungan alkohol di dalam larutan tersebut



26

Gambar 2.11. Pengukuran kadar ethanol

2.2. Azeotrop Menurut Hidayat (2007), azeotrop merupakan campuran dua atau lebih komponen pada komposisi tertentu dimana komposisi tersebut tidak dapat berubah hanya melalui distilasi biasa. Ketika campuran azeotrop dididihkan, fasa uap yang dihasilkan memiliki komposisi yang sama dengan fasa cairnya. Campuran azeotrop ini sering disebut juga constant boiling mixture karena komposisinya yang senantiasa tetap jika campuran tersebut dididihkan. Untuk lebih jelasnya, perhatikan ilustrasi berikut :

Gambar

2.12.

Constant

boiling

mixture www.tutorvista.com


Titik A (Temperatur 351.5 K) pada pada kurva merupakan boiling point campuran pada kondisi sebelum mencapai azeotrop. Campuran kemudian dididihkan dan uapnya dipisahkan dari sistem kesetimbangan uap cair (titik B). Uap ini kemudian didinginkan dan terkondensasi (titik C). Kondensat kemudian dididihkan, didinginkan, dan seterusnya hingga mencapai titik azeotrop. Pada titik azeotrop, proses tidak dapat diteruskan karena komposisi campuran akan selalu tetap. Pada gambar di atas, titik azeotrop digambarkan sebagai pertemuan antara kurva saturated vapor dan saturated liquid. (ditandai dengan garis vertikal putusputus). Sebagai contoh kita dapat memperhitungkan sistem etanol-air. Bentuk ini adalah azeotrop pada titik didih minimum sebesar 78.14 C yang homogen pada konsentarasi 0.8943 mol fraksi etanol, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10 dan 11 dibawah ini :

Gambar 2.2. Diagram kesetimbangan sistem etanol-air www.wikipedia.org

38 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

Gambar 2. 13. Diagram titik didih etanolair www.ethanol-still-plans.com Pemisahan komponen-komponen yang mempunyai titik didih hamper sama sulit dicapai dengan distilasi sederhana, walaupun jika campuran itu ideal, dan pemisahan yang sempurna kadang-kadang sama sekali tidak mungkin karena pembentukan azeotrop. Pemisahan campuran asal dapat dibantu dengan menambahkan pelarut yang membentuk azeotrop dengan salah satu komponen kunci. Proses ini disebut distilasi azeotropik. Salah satu contoh distilasi azeotropik ialah penggunaan benzene untuk memisahkan etanol dan air secara sempurna, dimana air dan etanol membentuk azeotrop bertitik didih rendah yang mengandung 95,6% bobot etanol. (McCabe et al, 1999)

2.3. Destilasi Distilasi adalah proses pemisahan antara dua atau lebih komponen cairan yang berada dalam suatu campuran dengan menggunakan perbedaan volatilitas relatif atau perbedaan titik didih. Semakin besar perbedaan pada nilai volatilitas relatif maka semakin besar pula ketidaklinieran dan akan semakin mudah suatu campuran dipisahkan menggunakan proses distilasi. Distilasi terdapat dua proses yaitu proses penguapan dari campuran cairan dalam suatu bejana dan proses penghilangan uap dari bejana dengan kondensasi. Oleh karena perbedaan volatilitas relatif atau titik didih, uap akan kaya dengan komponen yang lebih 39 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

ringan dan cairan akan kaya dengan komponen yang lebih berat. Seringkali sebagian dari kondensat (distilat) dikembalikan kedalam bejana (reflux) dan bercampur dengan uap yang akan keluar dari bejana. Langkah ini bisa membuat perpindahan yang lebih banyak komponen yang lebih ringan dari fase cair ke fase uap, begitu juga sebaliknya. Akibatnya aliran uap akan menjadi lebih kaya lagi akan komponen yang lebih ringan dan aliran cairan akan lebih banyak mengandung komponen yang lebih berat. Berbagai tipe peraltan yang disebut plates, trays atau packings digunakan untuk memberikan kontak yang lebih banyak antara fase uap dan fase cair untuk meningkatkan transfer massa. Tergantung pada volatilitas relatif dan tujuan proses separasi, seperti tingkat kemurnian pada produk distilasi, akan ditambahkan lebih banyak trays atau packings sehingga akan membentuk suatu bangunan yang silindris yang dinamakan kolom. Pada struktur kolom inilah sebagian besar proses distilasi saat ini berlangsung.

2.3.1 Teori Dasar Distilasi Titik didih dapat didefiniskan sebagai nilai suhu pada tekanan atmosfir atau ada tekanan tertentu lainnya, dimana cairan akan berubah menjadi uap atau suhu pada tekanan uap dari cairan tersebut sama dengan tekanan gas atau uap yang berada di sekitarnya. Jika dilakukan proses penyulingan pada tekanan atmosfir maka tekanan uap tersebut akan sama dengan tekanan air raksa dalam kolom setinggi 760 cmHg. Berkurangnya tekanan pada ruangan di atas cairan akan menurunkan titik didih. Sebaliknya peningkatan tekanan di atas permukaan cairan akan menaikkan titik didih cairan tersebut (Guenther, 1987). Perbedaan sifat campuran suatu fase dengan campuran dua fase dapat dibedakan secara jelas jika suatu cairan menguap, terutama dalam keadaan mendidih. Pada suhu tertentu molekul-molekul cairan tersebut memiliki energi tertentu dan bergerak bebas secara tetap dan dengan kecepatan tertentu. Tetapi setiap molekul dalam cairan hanya bergerak pada jarak pendek sebelum dipengaruhi oleh molekul-molekul lain, sehingga arah geraknya diubah. Setiap molekul pada lapisan permukaan yang bergerak ke arah atas akan meninggalkan permukaan cairan dan akan menjadi molekul uap. Molekul-molekul uap tersebut akan tetap berada dalam gerakan yang konstan, dan kecepatan molekul-molekul dipengaruhi oleh suhu pada saat itu (Guenther, 1987). Kondensasi atau proses 40 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

pengembunan uap mejadi cairan, dan penguapan suatu cairan menjadi uap melibatkan perubahan fase cairan dengan koefisien pindah panas yang besar. Kondensasi terjadi apabila uap jenuh seperti steam bersentuhan dengan padatan yang temperaturnya di bawah temperatur jenuh sehingga membentuk cairan seperti air Geankoplis, 1983).

2.3.2. Proses Distilasi Menurut Brown (1984) dalam prakteknya ada berbagai macam proses distilasi. Hal ini disebabkan oleh keadaan-keadaan tertentu untuk pemisahan komponen dalam suatu campuran seperti perbedaan titik didih antar komponen yang cukup besar atau kecil dan tingkat kamurnian yang diinginkan terhadap produk yang dihasilkan. Proses-proses distilasi yaitu proses distilasi normal, proses distilasi bertingkat dan proses distilasi vakum. Proses distilasi normal yaitu suatu proses distilasi dengan menggunakan tekanan atmosfer. Pada proses ini titik didih campuran cukup besar perbedaannya, sehingga proses pemisahannya mudah dikerjakan. Proses distilasi bertingkat yaitu suatu proses distilasi dengan letak pengambilan hasil bertingkat-tingkat atau setelah didistilasi, hasilnya didistilasi lebih lanjut untuk memperoleh konsentrasi yang lebih baik. Proses ini banyak dipakai dalam bidang minyak bumi, juga pada proses distilasi campuran azeotrop dengan menambahkan komponen ketiga yang dapat larut dalam salah satu komponen pada campuran tersebut. Proses distilasi vakum yaitu suatu proses distilasi dengan menggunakan tekanan yang sangat rendah (vakum), pada proses ini titik didih campuran yang akan dipisahkan mendekati sehingga pemisahannya menjadi sulit. Kemudian dengan jalan mengubah tekanan operasi akan memberikan perubahan tekanan uap masing-masing komponen, sehingga pemisahan dapat dijalankan


Proses perpindahan massa pada proses destilasi melalui 3 tahapan yaitu: 1.

Mula-mula, pada cairan terdapat campuran A dan B, dimana karakteristik dari komponen-komponen tersebut adalah komponen A lebih mudah menguap (volatil) dibanding komponen B. Komposisi dari kedua komponen tersebut dinyatakan dengan fraksi mol. Untuk fase cair komponen A dinyatakan dengan xA, sedangkan komponen B dinyatakan dengan xB.

Gambar 2.9. Gambaran dan penjelasan mengenai fraksi massa dan cair www.chem-is-try.org 2.

Campuran diuapkan sebagian, uap dan cairannya dibiarkan dalam keadaan setimbang.

3.

Uap dipisahkan dari cairannya dan dikondensasi, maka didapat dua cairan,cairan I dan cairan II. Cairan I mengandung lebih sedikit komponen A (lebih mudah enguap) dibandingkan cairan II.

Gambar 2.14. Skema proses perpindahan massa pada peristiwa destilasi

Pada kondisi diatas, dari campuran dua komponen cairan (campuran biner) akan didapat dua cairan yang relatif murni. Hal ini dapat terlaksana,apabila beda titik didih dari kedua komponen tersebut relatif besar.


2.4. Pindah Panas Pindah panas adalah proses yang dinamis yaitu panas dipindahkan secara spontan dari satu bahan ke bahan lain yang lebih dingin (Earle, 1969). Kecepatan pindah panas tergantung pada perbedaan suhu antara kedua bahan, semakin besar perbedaan suhu antara kedua bahan, maka semakin besar kecepatan pindah panas antara kedua bahan tersebut. Perbedaan suhu antara sumber panas dan penerima panas merupakan gaya tarik dalam pindah panas. Peningkatan perbedan suhu akanmeningkatkan

gaya

tarik

sehingga

meningkatkan

kecepatan

pindah

panas. Perpindahan panas dapat melalui tiga cara yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Konduksi adalah transfer energi dari partikel yang memiliki energy lebih besar ke partikel yang berenergi lebih kecil yang merupakan interaksi antara partikel- partikel (Cengel, 2003). Konduksi dapat terjadi pada benda padat, cair, dan gas. Contoh konduksi adalah pindah panas melalui dinding padat pada ruangan pendinginan. Konveksi adalah cara pindah panas dengan pergerakan sekelompok molekul di dalam bahan cair (Earle, 1969). Kumpulan molekul tersebut mungkin bergerak akibat perubahan kerapatan atau akibat pergerakan bahan cair. Contoh pindah panas secara konveksi adalah proses

pemanasan air didalam kuali

tertutup tanpa pengadukan, perubahan kerapatan menyebabkan pindah panas dengan konveksi alamiah. Apabila dengan pengadukan, maka pindah panas terjadi secara paksa.

2.4.1 Perhitungan untuk distilasi kontinyu pada sistem biner Perhitungan kesetimbangan massa dinyatakan melalui persamaan dibawah ini:

(2.1) Dengan F, D, W adalah debit (kg mol/h) dari aliran masuk, aliran distilat, dan aliran buangan pada bagian bawah kolom. Xf, Xd, Xw adalah rasio molae dari komponen atsiri pada aliran masuk, aliran distilat, dan aliran buangan. 2.4.2 Operation Line Terdapat Xn

dan Ln

sebagai rasio molar dan debit dari suatu

campuran pada fase liquid yang keluar melalui tray ke-n dihitung dari pucak 43 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

kolom distilasi, dan diberikan Yn+1 dan Vn+1sebagai komponen dan debit dari uap yang naik tray ke-n+1, sehingga operation line dari enriching section bisa ditulis dengan persamaan berikut ini:

(2.2)

Rasio reflux bisa dinyatakan dalam bentuk R = Ln/D dan dimasukkan ke dalam persamaan di atas sehingga menghasilkan :

(2.3)

Sementara itu, dinyatakan Ym dan Vm sebagai rasio proporsional dan debit aliran dari uap yang naik dari tray ke-m (dihitung dari bawah kolom) dan telah dinyatakan Xn+1 dan Ln+1 sebagai rasio proporsional dan debit aliran dari fluida pada fase liquid yang jatuh dari tray ke-m+1 , sehingga operation line untuk stripping point section (suatu titik yang terdapat di bawah feed point) bisa ditulis dengan persamaan :

(2.4) Variabel yang terdapat pada tanda kurung jika dimisalkan setiap 1 mol terdiri dari fase liquid q-mole dan fase uap 1-q mole, maka bisa dituliskan Lm+1 = Ln + qF dan Vm = Vn+1 – (1-q)F, sehingga persamaan diatas berubah menjadi,


(2.5)

Jika variabel rasio reflux R diasumsikan tidak mengalami perubahan (konstan), maka persamaan (2.12) dan (2.13), seperti yang ditunjukkan pada grafik, dengan mempertimbangkan Xn, Yn+1, Xm+1, Ym sebagai faktor variabel sehingga operation line menjadi linear. Dan q-line juga garis linear mengikuti persamaan dibawah ini;

(2.6) Sehingga dalam prakteknya, nilai X pada garis q-line dan operation line seharusnya mendekati nilai campuran komponen ketika dimasukkan ke kolom distilasi.

Gambar 2.15. Diagram untuk mengetahui berapa jumlah stage dipakai


BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1

METODE PENELITIAN Penelitian ini digunakan metode penelitian eksperimental untuk mendapatkan

tujuan dari penelitian ini. Penelitian eksperimental yaitu metode yang dapat dipakai untuk menguji hasil rancang bangun kinerja compact destilator pada motor dinamik terhadap pengaruh unjuk kerja low grade ethanol dari pemanfaatan panas gas buang motor bakar dinamik. Pemanfaatan panas gas buang motor sebagai sumber pemanas distillator dianalisa untuk mengetahui pengaruh terhadap laju destilasi dari low garade ethanol yang digunakan dalam uji eksperimental.

Gambar 3.1 Flow Chart


39

Pada penelitian ini pengujian dilakukan dengan menggunanakan bahan destilat bioethanol dengan kadar konsentrasi 30% dengan engine menggunakan bahan bakar premium dengan dipasang compact distillator pada bagian leher knalpot, kondisi tanpa beban (unload), dan pengukuran gas buang yang dihasilkan serta laju konsumsi bahan bakar terhadap laju produksi destilasi bioethanol. 3.2

DESAIN PROSES PEMBUATAN ALAT COMPACT DISTILLATOR

Identifikasi dan Konsep Desain Tujuan: Indentifikasi dan evaluasi menghasilkan konsep desain Destilasi High Grade Ethanol Metode: Problem Statement Quality Function Deployment (QFD) Product Design Spesification (PDS) Functional Decomposition Morphollogical Chart Keluaran: Teridentifikasi permasalahan dan dihasilkan model kompak destilator yang dilengkapi sistem pendingin udara.

Gambar dan Evaluasi Desain Tujuan : Penggambaran setiap komponen destilasi ethanol yang dilengkapi sistem pendingin udara dan cara perakitan alat serta melakukan analisa pada fungsi motor uji Metode : CAD Keluaran : Gambar alat compact distillatory yang dilengkapi dengan system pendingin udara

Pembuatan dan Pengujian prototipe Tujuan: menghasilkan compact distilator yang dilengkapi dengan sistem pendingin udara serta melakukan pengujian dan perbaikan Metoda: uji teknis dan lapangan Keluaran: diketahui kinerja dan kapasitas kerja compact distillator serta perbaikan komponen.


40

Identifikasi dan konsep desain Metode: 1. Problem statement Semakin tinggi kadar etanol, semakin bagus performanya sebagai bahan bakar. Tetapi, etanol bersifat higroskopis (mudah menarik molekul air dari kelembaban udara). Karena Indonesia berudara lembab, hal ini dapat menjadi masalah serius. Semakin tinggi kadar etanol, semakin banyak kadar air yang ikut tercampur. Hal Inilah yang menyebabkan masalah serius pada mesin kendaraan. Kandungan air yang tinggi pada bioetanol bukan hanya menyebabkan masalah karat di tangki, bila air masuk ke fuel line, proses pengapian akan terganggu sehingga kendaraan menjadi sulit untuk dihidupkan. Di samping itu, etanol yang dihasilkan masih mengandung kadar glukosa sekitar 5 %. Adanya impuritas juga menyebabkan menurunnya performa masin dan kerusakan alat. Dengan demikian, penggunaan bahan bakar bioetanol masih membutuhkan suatu penerapan teknologi pemurnian bahan bakar bioetanol dan sosialisasi penyiapan bahan bakar tersebut kepada masyarakat. Pada saat ini, proses produksi bioetanol dengan fermentasi menghasilkan yield sebesar 9-11%. Untuk proses pemurniannya digunakan metode distilasi. Tetapi metode destilasi hanya bisa digunakan bila yield yang dihasilkan minimal sebesar 9%. Sedangkan untuk yield di bawah 9%, belum ada metode memadai untuk proses pemurniannya. Dari fakta-fakta yang telah dipaparkan di atas dalam penggunaan bioetanol, dapat dirumuskan beberapa permasalahan untuk diselesaikan seperti berikut ini:

•

Bagaimana cara pemurnian bioetanol dengan metode adsorpsi hidrophobik (Adsorbsi merupakan suatu peristiwa terkontaknya pertikel padatan dan cairan pada kondisi tertentu sehingga sebagian cairan terjerap di permukaan padatan dan konsentrasi cairan yang tidak terjerap mengalami perubahan (Brown, 1950).).

•

Apa adsorbent yang paling tepat digunakan dalam pemurnian bioetanol.

•

Bagaimana pengaruh waktu terhadap hasil pemurnian bioetanol.

•

Bagaimana pengaruh ukuran adsorbent (evaporator) terhadap hasil pemurnian bioetanol.


41

2. Quality Function Deployment (QFD) Metode Quality Function Deployment adalah suatu metodologi pengembanganyang kuat dengan cakupan aplikasi yang luas. Tujuan utama QFD dalam studi ini untuk menerapkan konstruksi suatu metode desain yang berorientasi kepada pemakaian alat dan menguji kemampuan aplikasi QDF dalam perancangan desain dan proses alat pemurnian ethanol. Contohnya yaitu pemilihan material pembuat alat compact destilator yang disesuaikan dengan karakteristik dari ethanol sebagai media yang akan didestilasi. 3. Product Design Spesification (PDS) PDS (Product Design Specification) merupakan dokumen formal yang mengaitkan antara fungsi alat destilasi secara ekonomi dan fungsi teknik. Tujuan PDS disini adalah untuk mengkonversikan kebutuhan alat compact distillator yang diidentifikasi menjadi fungsifungsi dan batasan-batasan desain produk, pabrikasi dan kemarnpuan untuk diproduksi. PDS merupakan dokumen yang berpotensi untuk dikembangkan dimana seluruh desain bergantung pada isi dan fungsi penggunaannya. 4. Functional Decomposition Metodologi Pemecahan Fungsional ini menekankan pada pemecahan dari sistem ke dalam subsitem-subsistem yang lebih kecil, sehingga akan lebih mudah untuk dipahami. Pada perancangan compact distillator dilakukan pemecahan dari komponen-komponen alat untuk mengidentifikasi dan menentukan bentuk dari alat dengan menyesuaikan dimensi ruang yang tersedia dan dengan memperhatikan fungsi dari setiap komponen yang membentuk compact distillator. 5. Morphological Chart Morphological Chart adalah suatu daftar atau ringkasan dari analisis perubahan bentuk secara sistematis untuk mengetahui bagaimana bentuk suatu produk dibuat. Didalam chart ini dibuat kombinasi daari berbagai kemungkinan solusi untuk membentuk produk – produk yang berbeda atau bervariasi. Kombinasi yang berbeda atau bervariasi. Kombinasi yang berbeda dari sub solusi dapat dipilih dari chart, mungkin dapat menuju solusi baru yang belum teridentifikasi sebelumnya. Morphological Chart berisi elemen – elemen , komponen – komponen atau sub – sub solusi yang lengkap yang dapat dikombinasikan.


42

Langkah – langkahnya adalah sebagai berikut : 1) Mendaftar / membuat daftar yang penting bagi sebuah produk. Daftar tersebut haruslah meliputi seluruh fungsi pada tingkat generalisasi yang tepat dari komponen compact distillatory. 2) Daftar setiap fungsi yang dapat dicapai yang menentukan komponen apa saja untuk mencapai fungsi. Daftar tersebut meliputi gagasan baru sebagaimana komponen – komponen yang ada dari bagian solusi. 3) Menggambar dan membuat sebuah chart untuk mencamtumkan semua kemungkinan – kemungkinan hubungan solusi. 4) Identifikasi kelayakan gabungan / kombinasi sub – sub solusi dari perancangan alat compact distillator. Jumlah total dari kombinasi tersebut mungkin sangat banyak, sehingga pencarian strategi mungkin harus berpedoman pada konstrain atau kriteria.

Gambar dan Evaluasi Desain Setelah dilakukan analisa terhadap dimensi yang tersedia di motor uji dan diidentifikasi model compact distillator yang paling sederhana maka didapatkan dimensi maksimal dari alat compact distillatory yang disesuaikan dengan dimensi yang ada. Dimana didapatkan dimensi maksimal dari komponen-komponen compact distillator yaitu: Evaporator : diameter pipa 3” x 300mm untuk kapasitas penampungan sebanyak 1 Liter etanol Sparator : diameter pipa 2” x 200mm dengan 3 segment perforate yang disesuaikan dengan dimensi maksimal yang memungkinkan dipasang dimotor uji. Kondenser (Heat Exchanger): dimensi maksimal dari tempat yang tersedia untuk pemasangan yaitu : #200x180x50 dengan system pendingin udara dan menggunakan heat exchanger tipe fin and tube.


43

Pembuatan dan Pengujian Alat. Pembuatan Alat Pembuatan dari alat compact distillatory yang sudah dirancang dan digambar dilakukan dibeberapa workshop yang khusus menangani setiap bagian-bagian dari pembentuk alat compact distillatory. -

Untuk pembuatan unit evaporator dan separator dilakukan di Workshop Luxxona (Aluminium, Stainless Steel & Interior Decoration) yang beralamat di Jl. Sumur Batu Raya, Komplek Griya Agung Permai B/18, Kemayoran -Jakarta Pusat. Pemilihan lokasi pembuatan disesuaikan dari material yang dipakai untuk membuat komponen evaporator dan separator yaitu dengan menggunakan bahan stainless steel 304.

-

Sedangkan untuk pembuatan dari Heat Exchanger sesuai rancangan yang sudah digambar yaitu diWorkshop Benny Radiator yang beralamat di Mega Sparepart Asem Reges Blok D22 No.2A Jakarta.

Pengujian Alat Setelah masing-masing komponen sudah selesai diproduksi dan kemudian bias untuk dilakukan perakitan di media motor uji, maka selanjutnya dilakukan pengujian terhadap kebocoran pada setiap sambungan dari alat compact distillatory. Setelah diyakinkan alat tidak mengalami kebocoran maka selanjutnya dilakukan pengambilan data sesuai konsep dengan beberapa putaran berbeda. Hasil dari pengambilan data kemudian dilakukan analisa untuk disesuaikan dengan target fungsi dari alat yang dirancang. Pada analisa inilah kemudian akan didapatkan sebuah catatan yang dapat digunakan untuk melakukan optimasi pada alat yang dirancang guna mendapatkan target yang diinginkan yaitu mendapatkan kadar ethanol yang bias digunakan untuk bahan bakar tambahan pada kendaraan yaitu ethanol kadar tinggi diatas 80% yang kemudian akan dilakukan re-destilasi untuk mendapat kadar ethanol yang lebih tinngi yaitu kadar ethanol diatas 95%.


44

3.3

Proses perancangan compact destilator

1.Perancangan Evaporator destilasi Evaporator berfungsi sebagai wadah uap atau sama halnya dengan boiler pada pembangkit listrik tenaga uap, peran dari evaporator pada penelitian ini adalah untuk menampung destilat yang terdiri dari alkohol dan air dalam kadar yang ditentukan dan nantinya akan menerima panas dari batang muffler sampai destilat berubah fase menjadi uap kemudian diteruskan ke separator. Perancangan evaporator menggunakan stainless steel karena mengingat potensi korosif bagian dalam evaporator yang tinggi akibat kondisinya bagian dalam yang sulit dipantau dan cenderung lembab

Gambar 3.2 Gambar 3D Evaporator


45

Gambar 3.3 Gambar 2D Evaporator Spesifikasi destilasi : Dimensi tabung dalam : Ø 88,9 mm Dimensi tabung luar : Ø 90,2 mm Jumlah pipa Ø 14 mm : 2 buah Jumlah shock lurus 1/4” : 1 buah Jumlah L-Bow 1/2” : 1 buah Kapasitas kolom : 1.4 liter Material utama : Stainless Steel 316L


46

Gambar 3.4 Proses manufaktur evaporator 2.

Perancangan Saparator Saparator ini fungsinya sama dengan kolom destilasi dimana di dalamnya

terdapat perforate yang berfungsi memisahkan air dengan ethanol.

Ethanol akan

diteruskan ke heat exchanger sementara air akan menabrak perforate dan jatuh kebawah untuk kemudian di drain (ditampung di penampungan)

Gambar 3.5 3D Separator (Sieve Coloum)

\


47

Gambar 3.6 2D Separator (Sieve Coloum) Spesifikasi kolom destilasi : Dimensi tabung dalam : Ø 50,5 mm Dimensi tabung luar : Ø 50,8 mm Panjang : 200 mm Jumlah L-Bow 1/2” : 2 buah Plat Perforate #4 SS316 Material utama : Stainless Steel


48

Gambar 3.7 Proses Manufaktur Separator (Sieve Coloum) 3.

Perancangan Heat Exchanger Heat Exchanger

berfungsi untuk mengkondensasi

uap

yang

keluar

dari kolom distilasi. Tipe heat exchanger yang dipakai adalah tipe Fin and Tube dengan fluida pendingin udara. Material yang dipakai ada dua yaitu tembaga untuk Tube, dan alumunium

untuk dinding sirip heat exchanger. Tembaga

digunakan pada Tube agar menghasilkan perpindahan panas yang baik antara uap ethanol dengan fluida pendingin. Fluida pendingin yang dipakai ialah udara. Udara pendingin berasal dari lingkungn sekitar heat exchanger disirkulasikan secara konveksi paksa atau alamiah.

Gambar 3.8. 3D Heat Exchanger


yang

49

Gambar 3.9. 2D Heat Exchanger

Spesifikasi Heat Exchanger :

Dimensi tabung dalam : Ø 10 mm Dimensi tabung luar : Ø 11 mm Jumlah L-Bow 1/2” : 2 buah Panjang pipa Heat Exchanger : 889 m m Material Fin : Alumunium Material pipa : tembaga 3/8”


Gambar 3.10 Proses Manufaktur Heat Exchanger 3.4 Melakukan instalasi compact destilator ke motor bakar

Gambar 3.11. 3D Perakitan compact destilator low grade ethanol memamfaatkan gas buang motor bakar.


dengan

Gambar 3.12 Perakitan compact destilator ke motor bakar Bagian

evaporator

alat

compact destilator di pasang langsung ke exhaust

manifold motor bakar dinamik dengan buang

untuk

tujuan

memamfaatkan

panas dari gas

pemanasan destilasinya dan instalasinya dipasang memanfaatkan

ruang yang ada pada motor bakar dinamik dengan tidak merubah kondisi fisik motor sehingga memungkinkan untuk dilakukan Road Test .

3.4

PERALATAN UJI 1 Bahan Bakar Premium digunakan pada motor otto sebagai data pembanding unjuk kinerja motor bakar. Tabel 3.1. Spesifikasi Bahan Bakar Premium Jenis

Bensin tanpa Timbal

Nilai Kalor Spesifik

11973 Kkal/Kg

Sumber : Wikipedia

2 Bahan Bioethanol Tabel 3.2. Spesifikasi Bahan Bakar Bioetanol Jenis

Bioetanol Tetes Tebu

Kadar

95 %


6400 Kkal/Kg (@ 100%)

Sumber : Wikipedia

3 Bahan Pengotor Etanol


Aquades digunakan sebagai campuran bioethanol untuk merubah tingkat konsentrasi ethanol menjadi kadar rendah. Konsentrasi bioethanol dengan kadar rendah ini digunakan sebagai produk uji compact distillator dan sebagai produk uji unjuk kerja motor berbahan bakar bioethanol. Tabel 3.3. Spesifikasi Bahan Pengotor Etanol Jenis

Aquades


1 Kkal/Kg

Sumber : Wikipedia

4 Sepeda Motor Suzuki Thunder 125 cc Motor dinamis yang digunakan merupakan motor Otto yang memiliki spesifikasi alat sebagai berikut: Tabel 3.4. Spesifikasi Sepeda Motor Thunder 125cc Generator Jenis

4 Langkah, berpendingin udara, OHC

Silinder

1 (Tunggal)

Diameter

57.0 mm

Langkah Piston

48.8 mm

Volume Silinder

124 cm³

Perbandingan Kompresi

9.2 : 1

Karburator

Tipe Mikuni BS26SS

Saringan Udara

Elemen Busa Polyurethane

Sistem Starter

Listrik

Sistem Pelumasan

Terendam (Wet Sump)

Bahan Bakar

Bensin tanpa timbale

Jenis Pengapian

Pengapian

Elektronik

(Transistor) Busi

NGK CR8E

Celah Busi

0.6-0.7 mm

Celah Katup (Mesin Dingin)

Katup Hisap : 0.04-0.07 mm Katup Buang : 0.13-0.18 mm

Oli Mesin

Klasifikasi SG dan Viskositas 68 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

SAE 20W-50 Tekanan Angin Ban

Ban Depan : 175 kPa Ban Belakang : 225 kPa

Battery

12V 28.8kc 7Ah 10HR

5 Gas Analyzer Analisa gas buang digunakan untuk mengetahui kualitas serta konsentrasi gas buang dengan spesifikasi alat sebagai berikut: Tabel 3.5. Spesifikasi Gas Analyzer Merek

Tecnotest

Model

488

Jenis

Multi Gas Tester Dengan Infra Merah

Negara Pembuat

Italia

Tahun Produksi

1997

Jangkauan Pengukuran CO

0 - 9.99

% Vol res 0.01

CO2

0 - 19,99

% Vol res 0.1

HC

0 – 9999

ppm Vol res 1

O2

0–4

% Vol res 0.01

4 - 25,0

% Vol res 0.1

NOx

0 – 2000

ppm Vol res 5

Lambda

0,500 - 2,000

res 0.001

Temp. operasi

5-40 oC

Hisapan gas yang dites

8 L/menit

Waktu Respons

< 10 detik (panjang probe 3 m)

Dimensi

400 x 180 x 420 mm

Berat

13.5 kg

Waktu pemanasan

Maksimal 15 menit

Sumber Tegangan

110/220/240 V 50/60 Hz

Tes Kebocoran dan Kalibrasi

Otomatis

Kontrol Aliran Internal &Kalibrasi

Otomatis


6 Thermometer Thermometer digunakan untuk mengamati perubahan temperatur yang terjadi selama proses distilasi. Tabel 3.6. Spesifikasi Multimeter Merek

Krisbow

Model

KW06-304

Jenis

Thermometer

Waktu respon

<1 detik

Power off

Otomatis setelah 7 detik

Temperatur Operasi

0 oC ke 50 oC

Ketelitian Termometer

± 2 oC

Satuan Temperature

o

Berat

290 g

Sumber Tegangan

1 Baterai @ 9 Volt

Ukuran

100 x 56 x 230 mm

C, oF

7 Tube Level Alat ukur ini digunakan untuk mengukur laju konsumsi bahan bakar. Tabel 3.8. Spesifikasi Tube Level Merek

Pyrex

Model

Iwaki Glass under lic

Jenis

Pipet tetes

Negara Pembuat

Amerika

Kapasitas

10 ml

Ketelitian

± 0.05 ml

8 Gelas Ukur Tabel 3.9. Spesifikasi Gelas Ukur Merek

Pyrex

Model

Iwaki Measuring Cylinder

Jenis

Gelas Ukur

Negara Pembuat

Amerika

Kapasitas

500 ml, 100ml

Ketelitian

± 5 ml


9 Pipet Tetes Tabel 3.10. Spesifikasi Pipet Tetes Merek

Pyrex

Model

Iwaki Glass under lic

Jenis

Pipet tetes

Negara Pembuat

Amerika

Kapasitas

10 ml

Ketelitian

± 0.05 ml

10 Alkohol Meter Digunakan untuk mengukur konsentrasi bioethanol sebelum dan sesudah proses distilasi. Tabel 3.11. Spesifikasi Alkohol Meter Merek

ALLA

Model

Alcoometre 1810

Jenis

Alkohol meter

Negara Pembuat

Prancis

Kapasitas

0 – 100 %

Ketelitian

1 % (20 oC gay lussac)

11 Stop Watch Alat ini digunakan untuk mengukur banyaknya waktu yang dibutuhkan selama proses distilasi, laju konsumsi bahan bakar dan sebagai alat ukur untuk menjaga konsistensi pengambilan data.

Tabel 3.14. Spesifikasi Stop Watch Merek

Alba

Jenis

Sport Timer

Ketelitian

0.01 S

Negara Pembuat

China


3.6 PROSEDUR PEMASANGAN COMPACT DESTILATOR

Suzuki Thunder 4 langkah 125cc sebagai motor bakar dilepas tangki bahan bakarnya, kemudian dipasang selang langsung ke karburator. Selang tersebut dihubungkan dengan wadah bahan bakar khusus yang kemudian beserta bahan bakar di ukur pada gelas ukur. Nilai laju konsumsi dicatat dari perubahan nilai massanya per satuan waktu. Sebagai pembanding kita bisa gunakan tube level beserta stop watch. Laju rpm dari motor bakar digunakan untuk sebagai factor pembanding laju konsumsi bahan bakar terhadap laju destilat. Ukur rpm menggunakan rpm meter untuk mengetahui rpm yang terukur. Pada muffler kita compact destilator untuk memanaskan evaporator yang didalamnya kita isi low grade ethanol. Pada Compact Destilator yaitu pada bagian kondensor digunakan jenis fin and tube dengan tujuan agar terjadi perpindahan kalor dari fin kondensor ke udara sekitar sehingga aliran gas destilasi pada proses pendinginan dapat bekerja dengan maksimal. Gas analyzer dipasang pada lubang exhaust muffler untuk mengukur kandungan gas buang pada saat pengujian berlangsung. 3.7 SKEMATIK PERALATAN UJI

Gambar 3.13 Skema alat uji dengan compactor


1. Bahan bakar dari tube level mengalir ke karburator. Laju penurunan level bahan bakar yang terbaca di level tube nantinya diukur per satuan waktu menggunakan stop watch. 2. Udara mengalir dan tercampur dengan bahan bakar di karburator. 3. Campuran bahan bakar-udara dari karburator mengalir ke ruang bakar untuk dikompresikan dan dibakar dengan bantuan spark plug. 4. Hasil pembakaran di ruang bakar nantinya akan menghasilkan torque dan panas. 5. Selain itu, Pembakaran bahan bakar diruang bakar juga akan menghasilkan gas buang yang kondisinya masih panas yang dialirkan keluar ruang bakar melewati mekanisme komponen knalpot (muffler). 6. Gas buang yang melewati knalpot akan digunakan untuk memanaskan kolom distilator yang sudah terisi oleh bahan distilat dengan kadar etanol rendah (low grade ethanol). 7. Karena perpindahan panas dari surface knalpot ke bahan distilat maka diharapkan panas tersebut akan merubah fase bahan destilat dari cair menjadi gas (vapor). 8. Dengan memanfaatkan beda titik didih dari kandungan bahan distilat maka diharapkan distilat dengan kadar ethanol akan menguap terlebih dahulu. 9. Uap dari bahan distilat dengan kadar ethanol tinggi akan mengalir menuju ke separator, dengan mekanisme didalam separator diharapkan uap air yang ikut menguap akan terpisah dengan uap etanol. 10. Uap etanol dari hasil distilasi ini akan mengalir ke Kondenser (Heat Exchanger). 11. Di Kondenser uap etanol akan diubah menjadi cair kembali, cairan inilah yang akan menjadi bahan bakar tambahan dengan nilai kadar etanol tinggi (high grade ethanol) 12. Gas buang hasil pembakaran diruang bakar di analisa menggunakan gaz analyzer untuk mengetahui komposisinya dan thermo meter digunakan untuk mengetahui kenaikan temperatur pada alat compact distillator. 3.8.

PROSEDUR PENGUJIAN

Penelitian dilakukan di laboratorium termodinamika terapan lantai satu gedung Laboratorium Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Indonesia Kampus baru Depok. •

Persiapan dan pengaturan peralatan kerja.

•

Persiapan bahan bakar


Bahan bakar yang dipakai adalah jenis premium, yang ditampung menggunakan tube level untuk mengetahui laju aliran konsumsi bahan bakar per

satuan waktu. •

Persiapan bahan distilasi Bahan distilasi kita dapatkan dari toko kimia dengan kadar 95% untuk

mendapatkan variasi kadar etanol kita dapat menambahkan pengotor berupa air distilasi/aquadest dengan menggunakan gelas dan pipet tetes kemudian kita ukur kadarnya menggunakan alkohol meter meter sampai kadar yang dibutuhkan. Kadar yang dipakai untuk bahan distilasi yaitu low grade ethanol (kadar 30%).

Gambar 3.14. Proses Pencampuran etanol dengan pengotor (aquadest) •

Persiapan Mesin dan Alat Ukur

1. Cek kondisi oli mesin, ganti bila perlu 2. Cek kondisi Busi dan Karburator untuk menghindari mesin mati saat pengambilan data.


Gambar 3.15. Mengecek kondisi busi dan karburator 3. Running engine pada putaran rendah (<2000rpm)* 4. Dalam setiap pengambilan data dilakukan pada saat temperature mesin dalam kondisi yang sama yaitu pada kisaran 30ºC sampai 32ºC. . •

Gas Analyzer

1. Nyalakan saklar power 2. Warming up ± 15 menit 3. Auto zero (kalibrasi otomatis) akan terulang dengan selang waktu tertentu secara otomatis 4. Stand by kondisi alat siap pakai 5. Masukan probe sensor minimal 20 cm kedalam lubang muffler 6. Tekan tombol on (tombol deretan atas paling kiri) 7. Setelah selesai dan alat tidak akan dipakai dalam waktu lama tekan tombol off pump (tombol deretan atas kedua dari kiri) 8. Alat gas analyzer dalam kondisi stand by •

Persiapan thermo meter

1. Setel temperature pada satuan oC pada tombol seting 2. Gunakan thermo meter untuk mengukur titik-titik yang akan diambil data untuk mendapat temperature awal sebagai patokan analisa kenaikan temperature. •

Persiapan distilator (saat pengujian engine dengan compact distillator)

1. Isi kolom distilator dengan low grade ethanol sesuai kadar yang akan diuji (alcohol industry 30%). 2. Siapkan gelas ukur untuk menampung hasil high grade ethanol yang dihasilkan oleh alat compact distillator. •

Pengambilan data

1. Laju konsumsi bahan bakar 75 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

Untuk pengambilan data laju konsumsi bahan bakar kita menggunakan tube level dan stop wach. Perubahan level bahan bakar yang terukur kita catat persatuan waktu yaitu tiap 10 ml dihitung berapa detik waktu yang dibutuhkan.

Gambar 3.16. Pengukuran laju konsumsi bahan bakar

2. Temperatur alat Compact Distillator Dari termo meter tembak (noncontact infrared thermometer) yang digunakan bias langsung terukur temperatur pada titik yang akan diukur temperaturnya (leher knalpot, saluran masuk separator, dan saluran masuk Kondenser) kemudian mencatat nilai yang terbaca di display digital termo meter setiap 30 detik.

Gambar 3.17. Thermometer

3. Komposisi gas buang dan temperature Catat harga masing-masing komposisi gas buang setiap pergantian variasi putaran Rpm engine. Ambil data tersebut saat display pada gas analyzer dalam kondisi 76 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

konstan. Untuk temperature gas buang dapa dapatt dilihat pada display fluke thermo

couple.

Gambar 3.18. Komposisi gas buang pada display gas analyzer

3.9.

PETUNJUK K3L

Ada beberapa poin bahaya yang dapat mengancam, dan berikut prosedur yang harus dilakukan untuk menghindari bahaya tersebut.

1. Bahaya kebisingan Dari engine decibel (loudness) comparison chart (www.gcaudio.com) engine umum memiliki taraf kebisingan 100 dbel, untuk table OSHA daily permissible noise level exposures menunjukan pada taraf kebisingan kebisingan 100 dbel dianjurkan waktu kerja per harinya adalah 2 jam kerja.

Prosedur : a. Lakukan pengambilan data diruang terbuka dan sepi untuk menghindari kebisingan dan mencegah lingkungan terganggu.

b. Memberi bahan tambah pada muffler, dengan harapan suara bias teredam. c. Gunakan air plug

Gambar 3.19. Ear plug safety


d. Beri jeda waktu kerja maksimal 1 jam tiap kerja. 2. Bahaya panas Panas yang ditimbulkan oleh pembakaran engine tersebar dibeberapa bagian mesin, yaitu rumah silinder, exhaust manifold dan muffler. Tingkatan temperature yang terukur bervariasi, pada rumah silinder terdapat fin engine terukur mencapai 70-85 oC, pada exhaust manifold terukur 100 oC, pada muffler 100-170 oC. temperature tersebut dapat mengancam bahaya luka bakar pada operator. Prosedur : a. Tempatkan engine pada area bebas dari aktifitas manusia/daerah lalu lintas. b. Buat garis/pagar pembatas bila perlu. c. Gunakan sarung tangan kulit (bahan isolator) bila perlu. d. Untuk operator yang sensitive bias menggunakan apron untuk melindungi dari radiasi panas.

Gambar 3.20 Sarung tangan

3. Bahaya gas beracun Beberapa gas berbahaya yang dihasilkan oleh gas buang dari engine ini diantaranya adalah karbon monoksida, Hidro Karbon, dan Nitro Oksida. NOx mempunyai dua bentuk yang berbeda sifat yaitu NO2 dan NO. untuk NO dan CO bersifat tidak berbau dan tidak berwarna sehingga cukup sulit untuk terdeteksi. NO dalam kadar tertentu dapat mengakibatkan gangguan saraf yang mengakibatkan kejang-kejang hingga kelumpuhan. Dalam tubuh hemoglobin lebih kuat menyerap CO daripada O2 sehingga tubuh akan mengalami kekurangan O2 secara bertahap, yang mengakibatkan lemas hingga bisa berujung kematian. Prosedur : 78 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

a. Arahkan muffler keareal bebas dari aktifitas manusia. b. Beri bahan tambah pada muffler dengan harapan beberapa persen kadar racun menempel pada bahan tambah tersebut.

c. Gunakan masker.

Gambar 3.21. Penggunaan masker d. Basuh daerah kulit yang terbuka setelah selesai melakukan pengujian dengan air bersih, serta daerah dalam lubang hidung.

e. Konsumsi susu segar bila perlu. 4. Bahaya kebakaran Potensi bahaya kebakaran ada pada bahan bakar yang dipakai baik bensin maupun

etanol. Prosedur : a. Simpan bahan bakar ditempat bertemperatur ruangan b. Jauhkan dari sumber api c. Jangan merokok didekat bahan bakar. d. Cek instalasi pasokan bahan bakar dari kebocoran. e. Siapkan apar bila perlu. 5. Lindungi lingkungan Beberapa poin yang harus diperhatikan dalam aktifitas percobaan ini agar tetap terjaga kesehatan dan kelestarian lingkungan.

a. Tampung bahan bakar sisa pada jerigen (jangan buang bahan bakar disembarang lingkungan).


b. Arahkan muffler engine gas buang pada area kosong yang bebas aktifitas manusia dan lingkungan hidup. c. Tambahkan filter atau bahan tambah yang mampu mengikat kadar racun gas buang.


BAB IV ANALISA PERHITUNGAN DAN PENGOLAHAN DATA

4.1 Analisa material yang digunakan dan desain alat pada rancang bangun compact destilator. Pada penelitian ini pemilihan jenis material dan desain alat compact destilator sangat berpengaruh terhadap proses destilasi dan pencapaian hasil destilasi, yaitu mampu mengolah low grade ethanol menjadi high grade ethanol secara mandiri dengan mengoptimalkan sumber-sumber energi yang tersisa dari pembakaran. Berikut adalah analisa desain alat dan material yang digunakan pada rancang bangun compact destilator. Evaporator Stainlees steel digunakan pada bagian evaporator, karena potensi korosif yang tinggi akibat kondisi bagian dalam evaporator sulit dipantau dan cenderung lembab, stainlees steel memiliki ketahanan yang sangat baik terhadap korosi dibarengi dengan sifat mekanik yang baik sehingga memiliki karakteristik bending untuk di desain mengikuti bentuk leher kenalpot yang melengkung. Evaporator pada compact destilator ini dirancang untuk memiliki volume 1400 , sehingga sangat memungkinkan dalam pengujian dengan kapasitas volume bahan destilasi 1000 karena terdapat ruang kosong yang digunakan sebagai wadah pada fase penguapan. Separator Material yang digunakan pada komponen separator adalah stainless steel mengingat pada bagian dalam separator lembab dan sulit dipantau, sehingga potensi korosif pada bagian bagian dalam separator menjadi alasan pada pemilihan material. Desain separator berbentuk tabung Sieve Coloum, yaitu terbagi atas 3 kolom perforate yang berjarak 50 mm antar perforate. Tujuan pada desain perforate adalah sebagai pemisah kadar air dengan ethanol. Ethanol akan diteruskan ke heat exchanger sementara air akan menabrak perforate dan jatuh kebawah untuk kemudian di drain (ditampung di penampungan), sedangkan pada bagian penampungan (penampungan kadar air) di desain di bagian bagian dasar separator dan memiliki kapasitas volume ½ ( ½ , , , ) atau separuh dari kapasitas volume total separator yaitu 2001,94 .


Heat Exchanger Desain heat exchanger yang digunakan sebagai penukar kalor di compact destilator adalah tipe Fin and Tube dengan fluida pendingin udara. Material yang digunakan ada dua yaitu tembaga untuk Tube, dan alumunium untuk dinding sirip heat exchanger. Tembaga digunakan pada Tube agar menghasilkan perpindahan panas yang baik antara uap ethanol dengan fluida pendingin karena tembaga memiliki nilai konduktivitas termal yang paling baik diantara material lainnya yaitu 397 k ( W/m.C˚ ) sedangkan pada sirip heat exchanger digunakan material alumunium karena selain massanya yang ringan dibanding jenis material lainnya, alumunium juga memiliki nilai konduktivitas termal yang baik yaitu 238 k ( W/m.C˚ ). Desain pada heat exchanger ini memanfaatkan gaya gravitasi yaitu pada bagian tube cenderung zig-zag dan menurun kebawah dengan panjang 889 mm dan berdiameter dalam 10 mm bertujuan agar laju destilasi pada tahap kondensasi dari fase uap ke fase cair sesuai tujuan penelitian dan pada bagian sirip heat exchanger berbentuk menyerupai susunan sirip berlapis menutupi bagian tube bertujuan agar udara pendingin yang berasal dari lingkungan sekitar heat exchanger disirkulasikan secara konveksi paksa atau alamiah sebagai penukar kalor untuk destilasi. 4.2

DASAR PEMILIHAN DIMENSI ALAT COMPACT DESTILATOR.

Beberapa pertimbangan dasar dalam pemilihan dimensi pada penelitian ini yaitu : 4.2.1 Ketersediaan ruang pada motor uji sebagai tujuan penerapan alat compact destilator menjadi dasar pemilihan dimensi pada penelitian ini, penyesuaian terhadap kondisi motor uji (dalam hal ini kondisi fisik motor uji berupa rangka motor uji dan dimensi ruang yang tersedia pada motor uji) menjadi prioritas, karena penulis mempunyai tujuan ketika alat compact destilator telah di instalasi pada motor uji, maka dimensi pada alat tersebut tidak akan mengganggu fungsi berkendara pada motor uji sehingga motor uji tersebut tetap nyaman digunakan oleh si pengendara sebagaimana mestinya serta tujuan dari penelitian ini tercapai yaitu dapat menghasilkan produk etanol kadar tinggi sebagai bahan bakar tambahan pada motor uji tersebut.

4.2.2 Persentase kebutuhan etanol kadar tinggi sebagai bahan bakar tambahan pada motor uji juga menjadi dasar pertimbangan pemilihan dimensi pada penelitian ini, peneliti menargetkan etanol kadar tinggi yang dicampur sebagai bahan bakar tambahan pada tangki bahan bakar motor uji yaitu 10% etanol kadar tinggi, berarti perbandingan jumlah presentase yang dicampur ke tangki bahan bakar motor uji adalah 10% etanol 80 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

kadar tinggi dan 90% premium (premium bahan bakar utama yang digunakan peneliti pada motor uji ), sehingga analisa perhitungannya adalah : -kapasitas tangki motor uji (suzuki thunder 125cc thn 2007) 12 liter. -presentase etanol yang dibutuhkan sebagai bahan bakar tambahan 10% : 10/100 X 12 liter (kapasitas tangki) liter = 1,2 liter etanol dalam tangki motor uji. Sehingga dari pertimbangan dimensi tangki bahan bakar pada motor uji, peneliti merancang dimensi evaporator pada alat comnpact destilator dengan volume 1,4 liter dengan tujuan dapat menghasilkan kebutuhan ethanol yang diharapkan sebagai bahan bakar tambahan motor uji yaitu 1,2 liter ethanol kadar tinggi.

4.2.2.1 Kondisi operasi un road test atau tidak dilakukan tes berjalan sangat berpengaruh dalam penelitian ini, yaitu pada proses perpindahan panas di heat exchanger dimana proses penyerapan kalor melalui heat exchanger sangat ditentukan oleh kecepatan dan suhu fluida udara dari lingkungan sekitar lokasi penelitian. Sehingga pada saat kondisi un road test peneliti merancang komponen heat exchanger berdimensi panjang 889 mm dan berdiameter 10 mm dengan tujuan memanfaatkan luas permukaan komponen heat exchanger sebagai penukar kalor secara optimal.Perancangan heat exchanger pada motor uji cenderung memiliki dimensi yang lebih besar dibanding radiator pada sepeda motor pada umumnya dikarenakan perpindahan panas yang terjadi pada komponen heat exchanger

dalam penelitian pada motor uji adalah

konveksi alamiah.

4.2.2.2 Kapasitas mesin menjadi hal yang harus diperhatikan pada dasar pemilihan dimensi alat compact destilator, terutama pada komponen evaporator yang berfungsi sebagai penyerap panas. Karena kapasitas mesin yang berbeda akan menghasilkan energi panas hasil pembakaran motor dalam yang berbeda pula, serta variasi luas permukaan atau dimensi muffler pada setiap jenis kapasitas mesin yang berbeda.


4.3

HUBUNGAN

KONDISI

OPERASI

DAN

KAPASITAS

MESIN

PADA

DIMENSI ALAT COMPACT DESTILATOR.

Dimensi Evaporator Dimensi evaporator sangat dipengaruhi oleh kapasitas mesin motor uji, karena panas yang dihasilkan dari muffler akan menjadi sumber energi utama untuk proses destilasi sehingga jika mesin berkapasitas semakin besar maka akan diikuti oleh dimensi muffler yang semakin besar pula, sehingga luas permukaan dari dimensi muffler berkaitan dengan proses operasi pada destilasi.semakin besar dimensi mufler pada motor uji dan semakin tinggi panas yang dihasilkan dari motor pembakaran dalam maka akan mempercepat proses operasi destilasi pada penelitian ini.

Dimensi Separator Separator pada penelitian ini menjadi alat penyalur dan pemisah antara uap ethanol dengan uap air,dimana pada dimensi separator perlu mempertimbangkan kapasitas mesin yang melalui evaporator sebagai sumber energi panas pada proses penguapan destilat, jika mesin berkapasitas relatif besar maka rancang bangun separator perlu disesuaikan dimensinya agar tidak terjadi over load terhadap uap ethanol dan uap air yang di pisahkan dan ditampung sementara di dalam separator sehingga proses operasi destilasi tidak terganggu oleh reflux atau umpan balik ke evaporator akibat dimensi separator yang tidak sesuai evaporator.

Dimensi Heat Exchanger Kondisi operasi dalam penelitian ini adalah mesin dihidupkan namun pada keadaan un road test atau tidak dilakukan tes berjalan sehingga sangat berpengaruh pada proses perpindahan panas di heat exchanger yaitu terjadi perpindahan panas secara konveksi alamiah oleh karena itu dimensi heat exchanger sangat berpengaruh dalam proses destilasi kaitannya dengan semakin besar dimensi heat exchanger (permukaan heat exchanger) maka konveksi alamiah yang terjadi di heat exchanger pada kondisi operasi un road test akan semakin baik.


4.4 Uji Performance Compact Destilator terhadap Beberapa Karakteristik Uji Destilasi. Pada uraian hasil analisa material yang digunakan dan desain alat pada rancang bangun compact destilator memiliki tingkat efektifitas yang cukup baik, terbukti dari pengujian terhadap alat compact destilator yang di aplikasikan ke motor bakar dinamik menghasilkan beberapa variasi data destilasi hasil kinerja alat. Berikut Data-data hasil uji destilasi pada aplikasi ke motor dinamik.

4.4.1 Hasil Pengujian Konsumsi Bahan Bakar. Pengaruh pemanfaatan gas buang untuk pemanasan distillator ditinjau berdasarkan konsumsi bahan bakar dan emisi gas buang. Percobaan dilakukan pada motor Otto berbahan bakar Premium (sepeda motor Suzuki Thunder 125cc) pada beban putaran yang beragam dengan pemanfaatan gas buang untuk pemanas distillator.

Konsumsi Bahan Bakar pada Rpm berbeda 120 Volume (ml)

100 80 60

Rpm Rendah (<2200 Rpm)

40

Rpm fluktuasi

20 0,5 6 11,5 17 22,5 28 33,5 39 44,5 50 55,5

0

Rpm Tinggi (>6000 Rpm)

Waktu (Menit ke-)

Gambar 4.1 Diagram laju volume bahan bakar dengan variasi Rpm terhadap satuan waktu. Dari diagram diatas konsumsi bahan bakar pada motor Otto yang digunakan untuk eksperimen menunjukan perbedaan konsumsi yang sangat besar ketika posisi putaran idle (putaran rendah <2200 Rpm) dengan posisi putaran fluktuatif dan putaran tinggi. Perbedaan putaran dan konsumsi bahan bakar ini juga akan berpengaruh terhadap laju destilasi dari alat compact destilator seperti yang ditunjukan oleh diagram dibawah ini.


200 150 100

Rpm Rendah (<2200 Rpm)

50

Rpm Fluktuasi

0 0,5 5,5 10,5 15,5 20,5 25,5 30,5 35,5 40,5 45,5 50,5 55,5

Laju destilasi (ml)

Laju Destilasi beberapa Rpm

Tinggi Tinggi (>6000 Rpm)

Menit ke-

Gambar 4.2 Diagram laju volume distillasi dengan variasi Rpm tanpa pengontrolan temperatur.

Dari diagram diatas dapat dilihat bahwa pada putaran engine tinggi ( > 6000 rpm) mampu menghasilkan laju destilasi yang paling cepat dan pada putaran rendah menujukan paling butuh waktu lama untuk menghasilkan distilasi. Dari data yang didapat maka waktu yang dibutuhkan untuk mendistilasi low grade ethanol menjadi high grade ethanol dan laju volume distilasinya sebanding lurus dengan putaran engine yang digunakan untuk melakukan pengujian alat compact distillator. Ini menunjukan dimana panas gas buang yang digunakan untuk sumber energi distilasi dipengaruhi oleh putaran engine. Semakin tinggi putaran engine maka panas diknalpot juga akan semakin tinggi dan dampaknya akan semakin cepat menguapnya destilat low grade ethanol yang ada diruang evaporator. Kenaikan suhu yang terlampau tinggi dari gas buang inilah yang tidak diharapkan, karena akan mempengaruhi penguapan destilat yang semakin cepat dan kadar air pada destilat juga akan ikut menguap dan nantinya akan berpengaruh pada kadar high grade ethanol yang dihasilkan.

4.4.2 Pengujian dengan Menggunakan Thermometer Pada pengujian ini kami menggunakan thermo meter untuk mengetahui temperatur di tiap-tiap bagian dari compact distillator.


Gambar 4.3 Pengukuran temperatur pada compact distillator.

Adapun pengambilan temperatur dengan thermo meter dibagi menjadi tiga bagian yaitu: 1. T1 : Temperatur di surface kenalpot sebagai sumber panas distillator. 2. T2 : Temperatur pada input separator. 3. T3 : Temperatur pada input heat exchanger. Disini dilakukan pengambilan data sebanyak 4 kali percobaan yaitu: 1. Bahan bakar bensin dan mendestilasi alkohol 30% pada putaran rendah (<2200 Rpm) dengan kondisi terjadi sedikit kebocoran pada sambungan diantara sparator ke heat exchanger. 2. Bahan bakar bensin dan mendistilasi alkohol 30% pada putaran rendah tanpa kebocoran pada alat compact distillator. 3. Bahan bakar bensin dan mendistilasi alkohol 30% pada putaran Fluktuasi tanpa kebocoran pada alat compact distillator. 4. Bahan bakar bensin dan mendistilasi alkohol 30% pada putaran tingi (>6000Rpm) tanpa kebocoran pada alat compact distillator. Pengambilan data yang dilakukan dari ke empat data diatas dilakukan dengan menggunakan media uji yang sama yaitu sepeda motor suzuki thunder 125cc dengan compact distillator yang dipasang pada leher kenalpot untuk memafaatkan panas dari gas buang sepeda motor tersebut. Pengambilan data dilakukan pada saat kondisi temperatur alat uji


dalam keadaan yang sama yaitu pada kisaran suhu 31ºC sampai 32ºC untuk mendapatkan data yang sesuai dan valid. Berikut adalah grafik yang dihasilkan dari pengambilan data dengan pengukuran temperatur pada beberapa titik compact distillator pada saat engine motor dalam kondisi putaran rendah dan terjadi kebocoran pada alat compact distillator yaitu kebocoran di sambungan antara sparator dengan kondenser (heat exchanger). Pengambilan data pada saat kondisi alat compact distillator mengalami kebocoran dilakukan untuk mengetahui pengaruh kebocoran alat distillator terhadap laju distillasi dan pengaruh terhadap kadar ethanol yang dihasilkan.

Pengambilan data dilakukan menggunakan bahan bakar bensin pada media

engine uji dengan mendestilasi alkohol 30% pada compact distillator.

Gambar 4.4 Diagram laju volume destilasi pada putaran Rpm rendah dengan kebocoran terjadi pada compact distillator. Pada grafik ini terlihat untuk mendapatkan tetesan pertama dari laju hasil destilasi pada kondisi terjadi kebocoran di saluran compact distillator membutuhkan waktu yang lama, pada saat awal penetesan di menit ke 53 dan akhir pengujian di menit 58 dengan tujuan menghasilkan volume destilat sebanyak 150cc, putaran engine dijaga konstan pada posisi putaran rendah. Laju destilasi pada putaran rendah memiliki karakter yang cukup konstan setelah ditetesan pertama hasil destilasi, untuk mendapatkan volume destilat high grade ethanol sebanyak 150 ml hanya membutuhkan waktu sekitar 7 menit. Bila hasil destilasi dibandingkan dengan laju konsumsi bahan bakar maka pada putaran ini (setelah menit ke 53) bisa mencukupi untuk memenuhi kebutuhan bahan bakar secara mandiri.


200 150

T1 (Out Put Knalpot)

100

T2 (Input Sparator)

50 0 0,5 6 11,5 17 22,5 28 33,5 39 44,5 50 55,5

Temperatur (ºC)

Grafik Temperatur terhadap Waktu pada Rpm Rendah

T3 (Input Kondenser) Laju Distillasi

Waktu (Menit)

Gambar 4.5 Diagram laju volume destilasi pada putaran Rpm rendah tanpa kebocoran pada compact distillator. Pada grafik temperatur engine putaran rendah dan tidak terjadi kebocoran pada compact distillator laju destilasi berlangsung lebih cepat bila dibandingkan saat putaran rendah dan terjadi kebocoran pada alat compact distillator ditandai semakin dari tetesan pertama sestilasi yang dihasilkan. Grafik laju destilasi dimulai penetasan pertama di menit 40 dan akhir pengujian di menit 59 dengan hasil destilat sebanyak 150cc. Perbedaan waktu yang dibutuhkan untuk mendapatkan tetesan awal distillasi pada kondisi compact distillator bocor dengan kondisi tanpa kebocoran tidaklah begitu signifikan karena sumber panas yang dihasilkan oleh gas buang relatif stabil pada putaran rendah.

200 150 100 50 0

T1 (Out Put Knalpot) T2 (Input Sparator)

0,5 2,5 4,5 6,5 8,5 10,5 12,5 14,5 16,5 18,5 20,5

Temperatur (ºC)

Grafik Temperatur terhadap Waktu pada Rpm fluktuatif

Waktu (menit ke-)

T3 (Input Kondenser) Laju Distillasi (ml)

Gambar 4.6 Diagram laju volume destilasi pada putaran Rpm fluktuatif tanpa kebocoran pada compact distillator. Grafik temperatur compact distillator pada kondisi engine putaran fluktuatif menunjukan laju destilasi lebih cepat dibandingkan dengan temperatur saat putaran engine rendah. Yaitu antara menit ke 12,5 sampai menit ke 19,5 untuk menghasilkan destilasi 87 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

alkohol sebanyak 150cc. Hal ini dikarenakan temperatur pada evaporator lebih tinggi sehingga laju penguapan semakin cepat. Temperature evaporator yang tinggi ini dikarenakan proses pembakaran diruang bakar yang relative cepat dan berubah-ubah sesuai dengan tarikan gas sehingga gas buang yang dihasilkan oleh engine juga akan lebih panas bila dibandingkan dengan putaran engine rendah.

180 160 140 120 100 80 60 40 20 0

T1 (Out Put Knalpot) T2 (Input Sparator) T3 (Input Kondenser)

10,5

9,5

8,5

7,5

6,5

5,5

4,5

3,5

2,5

1,5

Laju Destilasi (ml) 0,5

Temperatur (ºC)

Grafik Temperatur terhadap Waktu pada Hight Rpm

Waktu (Menit ke-)

Gambar 4.7 Diagram laju volume destilasi pada putaran Rpm tinggi tanpa kebocoran pada compact distillator. Sedangkan grafik temperatur compact distillator pada kondisi putaran engine tinggi menunjukan laju destilasi paling cepat dibandingkan dengan semua data yang sudah ditampilkan sebelumnya. Pada menit ke-8 compact distillatory sudah bias menghasilkan distillatsi. untuk menghasilkan destilasi alkohol sebanyak 150cc pada putaran tinggi hanya membutuhkan waktu sekitar 5 menit saja. Hal ini dikarenakan temperatur pada evaporator sangat tinggi sehingga laju penguapan semakin cepat. Temperature evaporator yang tinggi ini dikarenakan proses pembakaran diruang bakar yang semakin cepat sehingga gas buang yang dihasilkan oleh engine juga akan semakin panas.

4.4.3 Laju perubahan volume bahan bakar terhadap laju destilasi pada putaran rendah, putaran fluktuatif dan putaran tinggi dengan menggunakan bahan bakar premium. Pada penelitian ini nilai mf dihasilkan dari pengukuran laju penurunan volume bahan bakar terhadap satuan waktu. Pengukuran dilakukan berdasarkan lamanya waktu konsumsi 88 Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

bahan bakar oleh motor setiap perubahan 10 ml bahan bakar. Kemudian data tersebut dikonversikan menjadi L/h lalu diplotting ke dalam diagram batang untuk mengetahui besarnya konsumsi yang terjadi pada setiap variasi bahan bakar serta variasi destilat.

Diagram Laju Konsumsi Bahan Bakar vs Laju Destilasi Fuel Consumtion L/h

Distilation Rate L/h 2,571428571 1,8 1,2

0,45

0,545454545

0,101694915 Rpm Rendah

Rpm Fluktuatif

Rpm Tinggi

Gambar 4.8 Diagram perbandingan laju volume bahan bakar dengan hasil destilat pada putaran rendah, putaran fluktuatif dan putaran tinggi. Pada diagram rata-rata laju destilasi berbanding fuel consumtion pada semua variasi putaran engine yaitu putaran rendah, putaran fluktuatif dan putaran tinggi dapat memenuhi fuel consumtion. Dimana laju distilasi lebih besar dibandingkan fuel consumtion yang artian jika hasil destilasi digunakan sebagai bahan bakar maka penggunaannya bisa kontinu, bahkan sisa atau selisihnya bisa di simpan sebagai cadangan untuk mendestilasikan kembali dikarenakan untuk menghasilkan destilasi memerlukan waktu untuk penetesan awal. Dari diagram diatas dapat terlihat bahwa semakin tinggi putaran mesin maka semakin besar perbandingan antara laju konsumsi bahan bakar yang diperlukan dengan laju destilasi yang dihasilkan oleh alat compact distillator. Bila dilihat dari waktu capaian laju destilasi di grafik sebelumnya dapat disimpulkan jika persediaan ethanol untuk cadangan bahan bakar pada putaran fluktuatif dan putaran tingi tidak membutuhkan volume yang banyak karena untuk menghasilkan tetesan awal destilasi tidak membutuhkan waktu yang lama.


4.4.4. Perbedaan Kadar Hasil Hestilasi pada Putaran Rendah, Putaran Fluktuatif dan Putaran Tinggi dengan Menggunakan Bahan Bakar Premium. Berikut ini merupakan hasil kadar destilasi pada beberapa kecepatan putaran engine dimana terdapat empat data yang dihasilkan :

Tabel 4.1 Kadar Alkohol pada beberapa kecepatan putaran engine. Kadar prosentase alkohol 150ml hasil destilasi alkohol

Bahan bakar premium mendestilasi 30%

pada

putaran

rendah

dengan

kebocoran pada compact distillatory. -

85%

Bahan bakar premium mendestilasi

alkohol 30% pada putaran rendah tanpa kebocoran di compact distillator. alkohol

83%

Bahan bakar premium mendestilasi 30%

pada

putaran

fluktuatif

tanpa

kebocoran di compact distillator. -

63%

Bahan bakar premium mendestilasi

alkohol 30% pada putaran tinggi tanpa kebocoran di compact distillator.

50%

Setelah diketahui kadar high grade ethanol yang dihasilkan dari beberapa percobaan, maka bisa disimpulkan kecepatan putaran engine dijadikan pembanding terhadap hasil dari ethanol yang akan digunakan untuk tambahan bahan bakar atau untuk memenuhi keseluruhan bahan bakar mesin secara mandiri. Pada percobaan diatas selanjutnya dilakukan percobaan dyno test terhadap performance enigne dengan menambahkan alkohol hasil destilasi kedalam bahan bakar premium dengan cara simulasi pencampuran 10% ethanol (kadar 60%)dan 90% ethanol. Pencampuran ini dilakukan dengan menggunakan alat bantu magnetic vibration yang bertujuan menghasilkan campuran yang diinginkan untuk simulasi pengaruh penambahan ethanol ke bahan bakar terhadap kinerja motor uji.


Kadar alkohol 100% 80% 60% Kadar alkohol

40% 20% 0% Rpm Rendah Rpm Fluktuatif Rpm Tinggi

Gambar 4.9 Perbandingan konsentrasi alkohol pada beberapa putaran.

Dari diagram di atas diketahui nilai rata-rata konsentrasi alkohol dari tiap putaran, dimana konsentrasi alkohol paling tinggi dicapai oleh putaran rendah dengan persentasi sebesar 83%, pada Rpm rendah menghasilkan konsentrasi alkohol yang lebih tinggi disebabkan karena pada putaran rendah air yang di distilasi fasenmya sepenuhnya belum berubah, sedangkan alkohol sudah berubah fase sehingga sebagian besar yang dihasilkan pada compact distilator adalah alkohol. Hal ini disebabkan karena gas buang yang dihasilkan pada putaran rendah relative konstan sehingga panas yang ditimbulkan pada knalpot juga relative mengalami kenaikan secara perlahan yang kemudian akan sangat berpengaruh terhadap bahan yang akan didestilasi pada compact distillator. Sedangkan pada putaran fluktuatif dan putaran tinggi kadarnya relatif rendah dikarenakan air yang terdistilasi sudah ada yang berubah fasenya dan terdistilasi bersama alkohol sehingga menghasilkan kadar yang lebih rendah. Hal ini dikarenakan oleh kenaikan temperature pada gas buang yang signifikan karena pembakaran didalam ruang bakar. Karena tidak adanya pengaturan temperatur terhadap leher knalpot yang digunakan sebagai sumber energi compact distillator maka semua panas akan digunakan untuk memanaskan bahan destilat pada evaporator compact distillator.

4.5

Analisa Waktu Pengoperasian Dalam usaha untuk mengoptimasi suatu sistem destilasi kita harus menentukan

parameter

apa

yang akan

dioptimasi.

Secara umum

terdapat

tiga tujuan

dalam

pengoptimalan proses yaitu keuntungan maksimum, hasil distilat maksimum, dan waktu


operasi minimum. Dalam kondisi dewasa ini waktu pengoperasian proses destilasi (distillation process time) adalah faktor yang penting ketika menjalankan process destilasi. Waktu operasi adalah salah satu faktor penting dalam proses destilasi. Jika waktu yang dibutuhkan semakin lama maka akan menentukan kualitas produk yang dihasilkan. Hal ini karena destilasi bekerja berdasarkan perbedaan titik didih pada suatu campuran. Adanya perbedaan titik didih menyebabkan komponen dengan titik didih yang lebih rendah akan menguap terlebih dahulu, dan komponen yang titik didihnya tinggi akan tetap berada dalam keadaan cair. Oleh karena itu akan ada fase dimana distilat akan banyak mengandung komponen dengan titik didih rendah, atau disebut komponen ringan, dan ada fase distilat akan

kaya dengan komponen yang titik didihnya tinggi atau disebut komponen berat.

Adanya fase-fase tersebut dipengaruhi oleh lamanya waktu operasi. Oleh karena sangat penting untuk memperhitungkan lamanya operasi suatu sistem disitilasi. Keadaan ini sesuai dengan apa yang telah diteliti oleh Dr. I. M. Mujtaba dalam bukunya Batch Distillation: Design and Operation. Di dalam buku tersebut telah diteliti pengaruh waktu operasi terhadap penurunan komposisi dari distilat dan juga pengaruh dari reflux ratio. yang perlu di ingat bahwa dalam percobaan kali ini tidak ada aliran distilat yang dikembalikan kedalam kolom destilasi sebagai aliran reflux sehingga tidak diteliti hubungan antara reflux ratio

dengan lamanya waktu operasi dan distilat yang dihasilkan.


BAB

V

KESIMPULAN DAN SARAN

5 .1 Kesimpulan Studi lanjutan mengenai rancang bangun compact destilator low grade ethanol dengan memanfaatkan gas buang motor bakar dinamik kaitannya dengan unjuk kerja low grade ethanol dari pemanfaatan panas gas buang motor bakar dinamik memiliki kesimpulan sebagai berikut : 5.1.1 Analisa

karakteristik

material

dan

konsep

perancangan

serta

‘’kekompakan’’ alat compact destilator pada innstalasinya ke motor bakar dinamik menjadi langkah-langkah penting yang harus diperhatikan dalam uji destilasi. 5.1.2 Kalor yang dihasilkan dari pembuangan motor bakar dinamik pada rpm rendah (<2200 rpm) mampu menjadi sumber energi pada proses destilasi ethanol kadar rendah 30% menjadi ethanol kadar tinggi 83% pada saat T 114 C˚ 5.1.3 Pada putaran engine rendah (<2200 rpm) laju destilasi dapat memenuhi konsumsi bahan bakar dan menghasilkan kadar high grade ethanol paling baik yang mencapai kadar 83%, hal ini dikarenakan kenaikan temperatur hasil pembakaran meningkat secara perlahan dan membuat perbedaan titik penguapan dari destilat antara air dan alkohol semakin baik. 5.1.4 Pada putaran fluktuatif dan putaran tinggi, hanya dibutuhkan waktu yang singkat sekitar 15 menit untuk menghasilkan tetesan awal high grade ethanol, tetapi kadar yang dihasilkan masih tergolong rendah yaitu berkisar 60%. 5.1.5 Pada kondisi putaran rendah dan terjadi kebocoran pada alat compact distillator dengan kondisi tanpa terjadi kebocoran menujukan adanya pengaruh kebocoran terhadap waktu dan kadar hasil yang didapat dari compact distillator yaitu kebocoran dapat memperlambat laju destilasi.


27

5.2 Saran

Penelitian ini menunjukkan adanya

indikasi

positif pembuatan alat

compact destilator dengan memamfaatkan gas buang dari kendaraan bermotor serta penggunaan low grade etanol sebagai bahan bakar alternatif. Tentu saja dengan beberapa saran untuk penelitian lanjutan sebagai berikut:

1. Perlu

pengembangan

lebih

lanjut

dalam hal desain untuk

meningkatkan kehandalan peralatan. 2. Untuk

pengembangan

penelitian

lebih

lanjut,

perlu

dilakukan

pengecekan dan dokumentasi peralatan sebelum dan setelah pengujian sehingga dapat diketahui lebih dalam lagi dampak yang terjadi terhadap komponen motor dan hasil penelitian yang lebih baik. 3. Perbaikan

serta

penambahan

variable

pengukuran

untuk

lebih

mempertajam hasil analisis penulisan. 4. Faktor ketelitian dan kehati-hatian perlu di perhatikan dalam merangkai alat compact destilator,karena pada tiap sambungan antar bagian peralatan rentan terhadap kebocoran.

Universitas Indonesia Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

28

DAFTAR PUSTAKA Arends, BPM., dan Barendschot, H. ,2000, Motor Bensin, Penerbit Erlangga Jakarta. Anonim, 2004, Petunjuk Praktikum Motor Bakar, Laboratorium Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik UGM. Cengel, Yunus A., dan Boles, Michael A., 1994, Thermodynamic: An Engineering Approach, Mc. Graw-Hill Inc., United State of America. Djojodiharjo, Harijono, 1987, Termodinamika Teknik : Aplikasi Dan Termodinamika Statistik, Penerbit Gramedia, Jakarta. Indartono, Yuli, 2005, Bioethanol Alternatif Energi Terbarukan : Kajian Prestasi Mesindan Implementasi di Lapangan. Pulkrabek, Willard. W, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, US: Prentice Hall International Treybal, Robert E, Mass-Transfer operations, McGraw-Hill,1981. Sugiarto, Bambang. Motor Pembakaran Dalam. ISBN 979-97726-7-2. Universitas Indonesia. Pedoman Teknis Penulisan Tugas Akhir Mahasiswa Universitas Indonesia. (2008). Depok: Universitas Indonesia. Data Skripsi Low Grade Ethanol Pada Motor Bakar Statis bimbingan Prof. Dr Ir. Bambang Sugiarto, M.Eng ,2010-2011, Universitas Indonesia

http://digilib.its.ac.id/public/ITS-Undergraduate-9737 http://www.jevuska.com/topic/dampak+hidrokarbon+bagi+kesehatan.html http://bioethanolmania.multiply.com/journal/item/4 http://www.esdm.go.id/berita/migas/40-migas/4708-konsumsi-premium-provinsi-dki-jakarta10-melebihi-kuota-.html http://kuliahitukeren.blogspot.com/2011/03/destilasi-biasa-laporan-pratikum.html http://www.jevuska.com/topic/pengertian+dan+efek+karbon+monoksida+co.html http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-industri/limbah-industri/unsur-unsurpencemar-udara/ http://www.chem-is-try.org/tanya_pakar/apakah-yang-terkandung-dalam-emisi-mobil/ http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_fisika1/termokimia/pembakaran-sempurnadan-tidak-sempurna/ Universitas Indonesia Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

29

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_fisika1/termokimia/kalor-pembakaran/ http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_fisika1/termokimia/entalpi-pembakaran/ http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/kecepatan-reaksi-danenergi/kalor-pembakaran-bahan-bakar/ http://search.who.int/search?q=hydrocarbon&spell=1&client=euro&proxystylesheet=euro&o utput=xml_no_dtd&lr=lang_en&ie=UTF-8&site=euro&access=p http://www.indobiofuel.com/bioethanol.php http://www.gcaudio.com/resources/howtos/loudness.html http://www.gcaudio.com/resources/howtos/systemnoise.html http://www.docstoc.com/docs/45770871/Pengaruh-Bahan-Bakar-Transportasi-terhadapPencemaran-Udara http://www.scribd.com/doc/9002232/Stainless-Steel-1 http://www.scribd.com/doc/6904685/13kalor


30

LAMPIRAN


31


32

LAMPIRAN 4 Universitas Indonesia Rancang bangun..., Gilang Arief Wibowo, FT UI, 2011

33

LAMPIRAN 5


34

LAMPIRAN 6


35


UNIVERSITAS INDONESIA RANCANG BANGUN COMPACT DESTILATOR LOW GRADE ETHANOL DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MOTOR BAKAR DINAMIK SKRIPSI

Recommend Documents