28
Hasil analasis hasil tiap siklus otto Lampiran 4 akan didapatkan nilai efisiensie, dan nilai energi yang akan dihasilkan. Nilai tersebut menjadi pertimbangan dalam pengujian bahan bakar biogas di
dalam motor bensin. Tabel 11. Nilai Efisiensi otto, work out, dan mean effective pressure mep pada analisis siklus otto
Bensin Biogas
Standar CR 7.6
CR 8 CR 9
CR 10
rc rasio kompresi 8.304
7.662 8.304
9.037 10.083
ɳotto efisiensi otto
0.571 0.457
0.470 0.483
0.500
Wout Kerja yang dikeluarkan
kJ 0.304
0.100 0.102
0.104 0.106
Imep Indicated Mean
Efective Pressure
kNm
2
2837.1 935.4
950.9 967.0.
987.6
Semakin tinggi nilai ratio kompresi maka nilai efisiensi otto semakin besar terlihat dalam Tabel 11. Hal itu menyebabkan hasil kerja atau usaha yang dihasilkan menjadi meningkat dari nilai standar
rasio kompresi. Dengan adanya variasi rasio kompresi terdapat kemungkinan adanya peningkatkan daya motor yang menggunakan bahan bakar biogas.
4.2. Analisis Modifikasi Karburator Bensin untuk Penggunaan Bahan Bakar
Biogas
Hasil pembakaran yang efisien dan optimal pada karburator ditentukan oleh komposisi pemasukan bahan bakar dan udara yang tepat. Umumnya jenis karburator bensin memiliki rasio
pemasukan bahan bakar sebesar 14.7: 1. Untuk ukuran karburator standar Honda GX-110 dapat digunakan secara langsung untuk bahan bakar biogas dengan dilakukan modifikasi, karena rasio
pemasukan bahan bakar dan udara pada bensin berbeda dengan biogas. Oleh karena itu dilakukan perhitungan dan perubahan karburator dalam kebutuhan bahan bakar biogas agar motor hidup dengan
stabil. Analisis stoikiometri didapatkan nilai rasio udara dan bahan bakar adalah 5.7:1. Pada literatur
dikatkan bahwa biogas dapat dijalankan pada motor bakar dengan rasio perbandingan udara dan biogas lebih besar dari 1.5, hal tersebut disesuaikan dengan kandungan metana pada biogas. Mitzlaff,K 2008.
Hasil perhitungan rasio perbandingan bahan bakar biogas dan udara menunjukan bahwa modifikasi diperlukan untuk merubah supply bahan bakar pada karburator standar Honda GX-110.
Modifikasi yang dilakukan hanya dilakukan pada lubang lubang pemasukan bahan bakar dan lubang pemasukan udara terlihat pada Gambar 18, hal ini lakukan untuk menurunkan nilai rasio pencampuran
bahan bakar dan udara dari 14.7:1 menjadi 5.7:1. Penurunan rasio pencampuran bahan bakar dapat dilakukan dengan cara memperbesar ukuran
lubang pemasukan bahan bakar orifice dan memperkecil ukuran lubang pemasukan udara choke. Pembesaran lubang deperlukan pelepasan-pelapasan komponen karburator Gambar 19, yaitu ruang
pelampung float chamber, pelampung float, jarum pengabut jet needle, pengabut stationer slow jet, dan pengabut utama main jet. Biogas tidak membutuhkan adanya komponen pelampung pada
karburator bensin, karena biogas bukan berbentuk cair melainkan gas.
29
a b
Gambar 18. Karburator a sebelum dimodifikasi dan b sudah dimodifikasi
Karburator Standar Karburator Modifikasi
Gambar 19. Komponen karburator yang dimodifikasi a selang bensin, b venturi bottleneck, c pilot jet, d main jet, e pelampung, f mangkok, dan g selang biogas
Pelepaskan main jet menyebabkan lubang pemasukan bahan bakar menjadi lebih besar dibandingan dengan sebelumnya. Untuk memastikannya maka dilakukan pengukuran manual, ukuran
lubang pemasukan bahan bakar dapat dilakukan dengan mengukur ujung pilot jet pada Gambar 20.
Gambar 20. Pengukuran lubang pengeluaran bahan bakar pilot jet
a
c
d e
g f
b
30
Hasil ukuran diameter lubang pengeluaran bahan bakar pilot jet adalah sebesar 3.9 mm dan diameter lubang pencampuran venturi bottleneck sebesar 19.9 mm, hasil perbandingan diameter antara
diameter pilot jet dan venturi bottleneck adalah 0.19. Agar menghasilkan pencampuran antara biogas dan udara menjadi 1:5.7 dilakukan pendekatan kurva venturi mixers untuk biogas Mitzlaff 1988 pada
Gambar 21 dan dilakukannya simulasi CFD. Pendekatan kurva mendapatkan hasil perbandingan diameter pilot jet dan venturi bottleneck
harus sebesar 0.57 dengan asumsi kecepatan udara masuk sebesar 120 ms dan kecepatan masuk biogas 40 ms. Hasil perbandingan diameter aktual lebih kecil dibandingkan hasil dari pendekatan kurva, untuk
pendekatan secara teoritis maka dilakukan pengecilan bukaan choke sebesar 13 dari bukaan penuh atau 30
dari bukaan tertutup Gambar 22.
Gambar 21. Kurva perancangan perbandingan diameter pemasukan pilot jet dan diameter pencampuran venturi bottleneck karburator Mitzlaff 1988.
Gambar 22. Pengaturan ukuran lubang pemasukan udara choke Simulasi CFD dilakukan untuk melihat kontur campuran biogas dan udara dari pendekatan hasil
teoritis dengan pengecilan bukaan choke. Pendekatan simulasi dilakukan dengan cara penginputan data input tekanan atmosfer sebesar 101325 Pa pada lubang inlet biogas dan inlet udara, selanjutnya data
output debit sebesar 0.004626 m
3
s RC 7.6, 0.004575 m
3
s RC 8.0, 0.004522 m
3
s RC 9.0, dan 0.004465 RC 10.0. Lampiran 5 diletakan pada lubang penghubung antara karburator dan kepala
cv=100 ms cv=120 ms
cv=150 ms
didv
Keterangan : di = diameter pemasukan
dv= diameter pencampuran ci = kecepatan biogas
cv= kecepatan udara
31
silinder atau disebut manifold connection. Simulasi computation fluid dynamic CFD dilakukan dengan bukaan choke 90
, 45 , 30
, 25 , dan 15
dari bukaan tertutup. Pendekatan simulasi CFD menghasilkan kontur percampuran volume biogas dengan udara Gambar 23 dan Gambar 24.
Gambar 23. Fraksi volume campuran biogas dan udara terhadap perubahan bukaan choke pada karburator modifikasi dengan simulasi CFD tampak atas
Gambar 24. Fraksi volume campuran biogas dan udara terhadap perubahan bukaan choke pada karburator modifikasi dengan simulasi CFD tampak samping
Hasil dari kontur simulasi CFD menunjukan percampuran biogas yang paling baik dan merata terjadi pada bukaan choke 25
27 dari bukaan penuh dengan hasil rata-rata campuran 0.15-0.23. Pendekatan simulasi CFD mendekati dari hasil pencampuran teoritis sebesar 0.149. Uji fungsional dari
32
karburator modifikasi yang menggunakan bukaan choke 25 mendapatkan hasil performa yang baik
dengan putaran dari 1500 - 4500 rpm dengan keadaaan stabil pada rasio kompresi 8.3. Pencampuran biogas sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan tekanan aliran dalam ruang
karburator, selain itu faktor lain yang mempengaruhi adalah debit intake tiap motor bensin yang semakin besar apabila kapasitas ruang pembakaran lebih besar. Pengecilan bukaan choke yang dilakukan pada
karburator modifikasi sangat mempengaruhi tekanan pada ruang karburator Gambar 25 sehingga kecepatan aliran yang dihasilkan tepat dalam melakukan pencampuran Gambar 26.
Gambar 25. Tekanan dalam ruang pada bukaan choke 25 karburator modifikasi dengan simulasi CFD
Gambar 26. Kecepatan aliran pada bukaan choke 25 karburator modifikasi dengan simulasi CFD
Pada hasil simulasi CFD menunjukan pencampuran biogas dan udara dapat berlangsung dengan tepat apabila kecepatan di daerah lubang pencampuran venture bottleneck lebih kecil dibandingkan di
daerah inlet biogas, apabila kecepatan inlet biogas lebih kecil dibandingkan di daerah pencampuran maka tidak akan terjadi pencampuran secara merata hingga ke seluruh daerah manifold connection.
Bukaan choke sangat mempengaruhi kecepatan di daerah inlet biogas, semakin besar bukaan choke semakin kecil kecepatan di daerah inlet biogas Lampiran 6. Kecepatan di daerah percampuran selalu
33
konstan dengan kecepatan 18-22 ms, sedangkan kecepatan di daerah inlet biogas akan semakin besar seiring pengecilan bukaan choke dari bukaan penuh. Pada karburator modifikasi dengan bukaan choke
25 kecepatan inlet biogas adalah 54.26-58.89 ms.
Percampuran yang merata menyebabkan adanya percampuran massa jenis di ruang karburator modifikasi dengan bukaan choke 25
Gambar 27. Massa jenis biogas sebesar 1.16 kgm
3
yang bercampur dengan massa jenis udara sebesar 1.20 kgm
3
menghasilkan percampuran massa jenis rata- rata di daerah manifold connection sebesar 1.18 kgm
3
.
Gambar 27. Massa jenis pencampuran biogas dan udara pada bukaan choke 25 karburator modifikasi
dengan simulasi CFD
4.3. Analisis Hasil Uji Performasi Motor Bensin yang Menggunakan Bahan
