aPenyempurnaan Desain dan Uji Ketahanan Konverter Biogas untuk Motor Bakar Bensin

PENYEMPURNAAN DESAIN DAN UJI KETAHANAN
KONVERTER BIOGAS UNTUK MOTOR
BAKAR BENSIN

DHIKOTAMA ANDANU

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Penyempurnaan Desain
dan Uji Ketahanan Konverter Biogas untuk Motor Bakar Bensin adalah benar
karya saya dengan arahan dari pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau
dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2015
Dhikotama Andanu
NIM F14100036

ABSTRAK
DHIKOTAMA ANDANU. Penyempurnaan Desain dan Uji Ketahanan Konverter
Biogas untuk Motor Bakar Bensin. Dibimbing oleh DESRIAL dan SRI
WAHYUNI.
Beberapa penelitian telah dilakukan sebelumnya untuk dapat menjalankan
motor bakar berbahan bakar biogas dengan memodifikasi karburator menjadi
konverter biogas. Terdapat permasalahan pada penelitian sebelumnya mengenai
desain prototipe yang kurang sesuai serta kekuatannya yang masih rendah. Tujuan
dari penelitian ini adalah menyempurnakan desain konverter biogas dan
melakukan pengujian ketahanan. Penelitian dimulai dengan proses perancangan,
pembuatan prototipe, hingga uji ketahanan selama 50 jam. Tahap pengujian
ketahanan yang dilakukan adalah melihat kestabilan kecepatan motor bakar
biogas, menentukan konsumsi bahan bakar, dan juga menganalisa pelumas untuk
memprediksi umur pakai pelumas. Hasil uji ketahanan menunjukkan bahwa

kecepatan putar motor cukup stabil, yang dinyatakan oleh nilai standar deviasi
kecepatan poros motor sebesar 0,86 rpm. Berdasarkan analisis pelumas, umur
pakai pelumas dapat diprediksi yaitu 71 jam penggunaan biogas pada motor
bakar.
Kata kunci: konverter biogas, uji ketahanan, analisis pelumas, prediksi umur pakai

ABSTRACT
DHIKOTAMA ANDANU. Improving Design and Endurance Testing of Biogas
Converter for Gasoline Combustion Engine. Supervised by DESRIAL and SRI
WAHYUNI.
Several studies have been conducted before to run the combustion engine
with biogas as engine fuel by modifying the carburetor into biogas converter.
There were some problems with the former research, specifically in inappropriate
biogas converter design and the strength is still low. The objectives of this
research are to improve the design of biogas converter and do the endurance test.
This research is started from design, prototyping, and endurance test for 50 hours.
The steps of endurance test are to observe the stability of engine speed, determine
fuel consumption, and analyze the lubricant for predict it’s lifespan. The
endurance test result on engine speed was stable, which is represented by standard
deviation of engine speed at 0,86 rpm. Based on the lubricant analysis, the

lifespan of lubricant could be predicted at 71 hours by using biogas as engine fuel
in the combustion engine.
Keywords: biogas converter, endurance test, lubricant analysis, lifespan prediction

PENYEMPURNAAN DESAIN DAN UJI KETAHANAN
KONVERTER BIOGAS UNTUK MOTOR
BAKAR BENSIN

DHIKOTAMA ANDANU

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR

2015

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga tugas akhir ini berhasil diselesaikan. Tema dari tugas akhir yang
dilaksanakan ialah mengenai pengaplikasian energi terbarukan, dengan judul
Penyempurnaan Desain dan Uji Ketahanan Konverter Biogas untuk Motor Bakar
Bensin.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Sugar Group Companies yang telah
memberikan beasiswa kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan pendidikan
strata satu di Institut Pertanian Bogor. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada
Dr Desrial dan ibu Sri Wahyuni yang telah membimbing dalam melakukan tugas
akhir dan penyusunan skripsi, serta kepada Dr Dyah Wulandari sebagai penguji
ujian akhir yang telah membantu perbaikan tulisan skripsi. Ucapan terima kasih
juga penulis sampaikan kepada teknisi laboratorium bagian Teknik Mesin dan
Otomasi serta karyawan PT Swen Inovasi Transfer yang telah membantu penulis
dalam proses pabrikasi dan pengambilan data tugas akhir. Ungkapan terima kasih
juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik, Riendy, serta teman-teman satu
angkatan TMB 47 ANTARES atas segala doa, dukungan dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah yang telah ditulis oleh penulis dapat bermanfaat bagi
diri penulis sendiri dan orang yang membacanya.

Bogor, Maret 2015
Dhikotama Andanu

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vii

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

1

Tujuan Penelitian

2

METODELOGI

2

Tempat dan Waktu Penelitian

2

Alat dan Bahan

2

Prosedur Penelitian

2

PENDEKATAN RANCANGAN

6

Kriteria Rancangan

6

Rancangan Fungsional

7

Rancangan Struktural

7

HASIL DAN PEMBAHASAN

10

Hasil

10

Pembahasan

12

SIMPULAN DAN SARAN

27

Simpulan

27

Saran

27

DAFTAR PUSTAKA

27

LAMPIRAN

29

RIWAYAT HIDUP

53

DAFTAR TABEL
1 Rancangan fungsional konverter biogas
2 Standar deviasi kecepatan poros motor dan pompa pada setiap tekanan
pompa yang diberikan
3 Massa jelaga dan kotoran lain yang ditemukan pada komponen
4 Indikator keausan komponen motor bakar bensin
5 Hasil analisis regresi sifat fisika-kimia pelumas

7
14
19
23
26

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4

5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

Diagram alir penelitian
Diagram alir pengujian ketahanan konverter biogas
Sketsa pengaturan pengujian ketahanan
Bentuk penyempurnaan rancangan celah venturi
Ilustrasi bentuk selongsong venturi
Ilustrasi bentuk choke
Ilustrasi bentuk throttle
Ilustrasi bentuk flens atau dudukan
Venturi (kiri) selongsong venturi (kanan)
Secara berurutan foto dari kiri ke kanan katup choke, throttle, flens,
tabung penampung gas
Komponen-komponen konverter biogas sebelum dirakit
Konverter biogas (kanan) dan dari arah berlawanan (kiri)
Assembly tabung gas penampung
Keran tunggal (kiri) dan keran bercabang (kanan)
Keseluruhan setting konverter biogas
Saringan udara Honda GX160 (kiri) tuas choke (kanan)
Letak tabung yang dibelokan keluar (atas) dan instalasi keseluruhan
konverter biogas (bawah)
Pengaturan pengujian ketahanan
Grafik rata-rata kecepatan poros motor dan pompa pada berbagai
tekanan
Grafik persentase penurunan kecepatan poros motor dan pompa pada
setiap tekanan
Grafik hubungan tekanan pompa dengan slip sabuk transmisi yang
terjadi
Grafik hubungan tekanan pompa terhadap waktu pakai bahan bakar
biogas
Pengamatan visual pada busi sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)
dilakukan pengujian ketahanan
Pengamatan visual pada cylinder head sebelum (kiri) dan sesudah
(kanan) dilakukan pengujian ketahanan
Pengamatan visual pada piston sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)
dilakukan pengujian ketahanan
Sampel pelumas motor bakar (10W30) yang beroperasi 50 jam saat
menggunakan bahan bakar biogas

3
5
5
8
8
9
9
9
10
10
11
11
11
11
12
12
13
14
15
15
16
17
18
18
18
19

27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39

Perubahan nilai viskositas pelumas pada suhu 100°C
Perubahan total base number pada pelumas
Perubahan kandungan Na pada pelumas
Perubahan kandungan Si pada pelumas
Perubahan kandungan logam Fe pada pelumas
Perubahan kandungan logam Cu pada pelumas
Perubahan kandungan logam Al pada pelumas
Perubahan kandungan logam Cr pada pelumas
Perubahan kandungan soot yang terdapat pada pelumas
Perubahan kandungan oxidation yang terdapat pada pelumas
Perubahan kandungan nitration yang terdapat pada pelumas
Perubahan kandungan sulfation yang terdapat pada pelumas
Regresi linier data viskositas pelumas

20
20
21
21
22
22
23
23
24
24
25
25
26

DAFTAR LAMPIRAN
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 0 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 5 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 10 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 15 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 20 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 25 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 30 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 35 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 40 kg/cm2
Data kecepatan poros motor dan pompa pada tekanan 45 kg/cm2
Rata-rata kecepatan poros motor dan pompa pada berbagai tekanan
pompa serta persentase penurunannya
12 Hasil analisis pelumas
13 Hasil pengujian konsumsi bahan bakar spesifik
14 Gambar teknik

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
43

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Bahan bakar cair yang dihasilkan oleh minyak bumi pada saat ini
merupakan bahan bakar yang paling aplikatif dan paling sering digunakan,
terutama untuk sumber bahan bakar kendaraan dan juga sumber bahan bakar dari
tenaga penggerak pertanian. Namun pada kenyataan sekarang, jumlah bahan bakar
cair dari pelapukan fosil sudah kian menipis.
Salah satu sumber energi yang dapat menggantikan keberadaan bahan bakar
fosil adalah biogas. Secara umum, biogas mengandung 60–65% gas metana. Salah
satu bentuk penggunaan biogas sebagai sumber energi adalah menggunakannya
sebagai bahan bakar pada motor pembakaran internal (internal combustion
engine).
Terdapat beberapa perbedaan antara bahan bakar bensin dan biogas
diantaranya meliputi wujud, komposisi, dan nilai kalornya (Simamora et al 2006).
Bensin merupakan bahan bakar hasil penyulingan minyak, sementara itu biogas
ialah gas hasil fermentasi zat-zat organik pada digester sederhana. Akibatnya,
masih banyak zat-zat yang tidak diharapkan ikut terkandung di dalam biogas,
seperti karbon dioksida, uap air, dan gas-gas lainnya. Menurut Wahyuni (2011)
bahwa kandungan energi pada biogas berkisar 6400–6600 kkal/m3 atau setara
26.8–27.6 MJ/m3 . Dari perbedaan bahan bakar bensin dan biogas mengakibatkan
perlunya suatu rancangan dari sistem penyaluran biogas untuk dapat digunakan
pada motor bakar bensin yang disebut konverter biogas.
Penelitian ini merupakan penelitian pengembangan konverter biogas yang
diketuai oleh Desrial dan didanai oleh Dikrektorat Pendidikan Tingkat Tinggi
(DIKTI) melalui skema penelitian Strategi Nasional (Stranas) tahun 2014,
sehingga menghasilkan sebuah rancangan konverter biogas yang mampu
digunakan pada motor bakar bensin 4-tak. Kemudian juga penelitian ini sudah
dilakukan pengembangan oleh Pranayuda (2013) dan Asy’ari (2014) dengan
beberapa modifikasi dan juga perbaikan desain. Pada penelitian ini difokuskan
pada kegiatan penyempurnaan desain untuk peningkatan kinerja dari prototipe dan
juga fokus dalam pengujian ketahanan atau endurance dari rancangan konverter
biogas untuk pengaplikasian di lapangan.

Perumusan Masalah
Permasalahan yang ditemukan dari penelitian Pranayuda (2013), konverter
biogas masih terdapat kekurangan dari segi rancangan struktural sehingga kinerja
konverter biogas belum stabil untuk mencampurkan biogas dengan udara. Pada
penelitian Asy’ari (2014) bahan dari konverter biogas sudah digunakan bahan
yang lebih tahan panas dibandingkan rancangan sebelumnya. Namun
permasalahan lain adalah desain bagian dinding dalam venturi yang masih kasar
sehingga aliran fluida campuran menjadi bergejolak. Serta desain selongsong
venturi yang belum sesuai dengan desain motor yang digunakan sehingga
saringan udara dan batang penghubung governor tidak dapat digunakan.

2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menyempurnakan desain konverter biogas
dari rancangan-rancangan sebelumnya untuk mengoptimalkan kinerja motor bakar
berbahan biogas dan merealisasikannya dalam bentuk prototipe, serta melakukan
pengujian ketahanan atau endurance dari motor bakar dengan konverter biogas
selama 50 jam kerja. Pengujian kerja dilakukan dengan menyalurkan daya dari
motor bakar biogas untuk menggerakkan pompa air dan selanjutnya dilakukan
analisis terhadap struktur dan visual konverter biogas beserta keadaan mesin dan
juga dilakukan analisis sifat fisik dan kimia pelumas untuk memprediksi umur
pakai pelumas dengan menggunakan analisis regresi linear matematika sederhana.

METODOLOGI
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di PT SWEN Inovasi Transfer, Ciomas, Bogor,
Jawa Barat sebagai program kerja sama penelitian DIKTI antara Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem dengan PT SWEN Inovasi Transfer, serta
dilaksanakan juga di Laboratorium Motor Bakar dan Laboratorium Lapangan
Siswadi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Penelitian ini
dilaksanakan mulai dari bulan April hingga berakhir pada bulan Agustus 2014.

Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah:
1. Motor bakar bensin stationer
4 langkah Honda GX160
2. Pompa air Sanchin
3. Mesin bubut
4. Las karbid
5. Gerinda
6. Mesin bor
7. Gergaji logam
8. Jangka sorong

9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.

Tachometer
Stopwatch
Timbangan digital
Meteran dan penggaris
Gelas ukur
Kantung biogas
Peralatan bengkel
Komputer
Software Solid Work

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1.
2.
3.
4.

Pipa aluminium
Plat alumunium
Strip alumunium
Niple

5.
6.
7.
8.

Baud
O-ring seal
Biogas
Pelumas SAE 10W30

Prosedur Penelitian
Diagram alir dari prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.

2
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menyempurnakan desain konverter biogas
dari rancangan-rancangan sebelumnya untuk mengoptimalkan kinerja motor bakar
berbahan biogas dan merealisasikannya dalam bentuk prototipe, serta melakukan
pengujian ketahanan atau endurance dari motor bakar dengan konverter biogas
selama 50 jam kerja. Pengujian kerja dilakukan dengan menyalurkan daya dari
motor bakar biogas untuk menggerakkan pompa air dan selanjutnya dilakukan
analisis terhadap struktur dan visual konverter biogas beserta keadaan mesin dan
juga dilakukan analisis sifat fisik dan kimia pelumas untuk memprediksi umur
pakai pelumas dengan menggunakan analisis regresi linear matematika sederhana.

METODOLOGI
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di PT SWEN Inovasi Transfer, Ciomas, Bogor,
Jawa Barat sebagai program kerja sama penelitian DIKTI antara Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem dengan PT SWEN Inovasi Transfer, serta
dilaksanakan juga di Laboratorium Motor Bakar dan Laboratorium Lapangan
Siswadi Soepardjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem. Penelitian ini
dilaksanakan mulai dari bulan April hingga berakhir pada bulan Agustus 2014.

Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya adalah:
1. Motor bakar bensin stationer
4 langkah Honda GX160
2. Pompa air Sanchin
3. Mesin bubut
4. Las karbid
5. Gerinda
6. Mesin bor
7. Gergaji logam
8. Jangka sorong

9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.

Tachometer
Stopwatch
Timbangan digital
Meteran dan penggaris
Gelas ukur
Kantung biogas
Peralatan bengkel
Komputer
Software Solid Work

Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah:
1.
2.
3.
4.

Pipa aluminium
Plat alumunium
Strip alumunium
Niple

5.
6.
7.
8.

Baud
O-ring seal
Biogas
Pelumas SAE 10W30

Prosedur Penelitian
Diagram alir dari prosedur penelitian dapat dilihat pada Gambar 1.

3
Mulai

Identifikasi masalah
Merumuskan kriteria rancangan alat
Menyempurnakan ide awal rancangan fungsional
Menyempurnakan ide awal rancangan struktural
Perihitungan analisis teknik untuk menentukan dimensi konverter
biogas yang tepat

Perancangan konverter biogas:
• Analisis teknik
• Gambar teknik
Pabrikasi prototipe konverter biogas
Tidak
Uji fungsional prototipe konverter
biogas
Ya
Pengujian ketahanan (endurance)
selama 50 jam

Analisis engine dan konverter biogas
setelah pengujian endurance

Selesai
Gambar 1 Diagram alir penelitian

4
1. Identifikasi masalah
Permasalahan pada rancang bangun sebelumnya menurut
Pranayuda (2013) dan Asy’ari (2014) antara lain:
a. Bentuk permukaan dinding dalam venturi tidak halus
sehingga pencampuran menjadi tidak optimal.
b. Material batang choke dan throttle terbuat dari besi yang
mudah berkarat.
c. Dudukan mengalami deformasi setelah beberapa kali
dibongkar dan dipasang pada motor.
d. Tabung penampung untuk mepertahankan aliran ke
konverter belum stabil.
e. Penyambungan keseluruhan konverter biogas yang
dirancang belum permanen dan kokoh.
2. Perhitungan analisis teknik konverter biogas
Perhitungan analisis teknik dilakukan untuk menghitung
dimensi dari venturi agar menghasilkan campuran antara biogas dan
udara yang tepat untuk digunakan sebagai pembakaran yang
sempurna.
3. Gambar teknik konverter biogas
Gambar teknik dari komponen-komponen konverter biogas
dilakukan setelah melakukan perhitungan teknis. Proses gambar
teknik dilakukan dengan menggunakan bantuan Computer Aided
Design (CAD) oleh piranti lunak Solid Work 2013.
4. Pabrikasi prototipe konverter biogas
Pabrikasi dari prototipe konverter biogas dilakukan secara
manual tanpa adanya pencetakan komponen secara tepat dan presisi.
5. Pengujian fungsional konverter biogas
Uji Fungsional dilakukan dengan cara menghidupkan motor
bakar berbahan bakar biogas hingga motor dapat hidup dalam
keadaan stabil. Apabila motor bakar hidup dalam keadaan tidak
stabil maka perlunya pengulangan pada proses perumusan konsep
modifikasi hingga motor yang diuji hidup dalam keadaan stabil.
6. Uji ketahanan (endurance) selama 50 jam
Uji ketahanan atau endurance testing method dilakukan
dengan menjalankan motor bakar dengan konverter biogas selama 50
untuk menggerakkan pompa air. Pada Gambar 2 dijelaskan secara
sistematis pada diagram alur mengenai proses dan metode pengujian
ketahanan selama 50 jam tersebut. Sebelum dilakukan pengujian
daya tahan, terlebih dahulu dilakukan pengamatan visual (tampilan)
dan untuk memperlihatkan perbedaan setelah uji ketahanan.

5

Mulai
Uji ketahanan selama 50
jam dan dilakukan
pengambilan sampel
pelumas setiap 10 jam
pengujian
Analisis visual
komponen motor bakar
dan analisis sifat fisik
kimia sampel pelumas

Analisis residu sisa hasil
pembakaran dan
pendugaan umur pakai
pelumas
Selesai
Gambar 2 Diagram alir pengujian ketahanan konverter biogas
Pompa yang digerakkan oleh motor akan memompa air dari
dari tangki air dan disemprotkan kembali dalam tangki sehingga
membuat suatu siklus, secara lengkap dijelaskan pada Gambar 3
mengenai sketsa pengaturan saat pengujian ketahanan.

Gambar 3 Sketsa pengaturan pengujian ketahanan
Selama pengujian, dilakukan pengukuran kecepatan poros
motor dan pompa untuk mengetahui tingkat kestabilan kerja serta
dilakukan pengukuran konsumsi bahan bakar untuk mengetahui nilai

6
konsumsi bahan bakar spesifik. Pada pengujian motor penggerak
akan diberi beban dari 0, 10, 15 hinnga 45 kg/cm2 tekanan pompa.
Kemudian dibiarkan menyala setiap 5 jam dari beban yang diberikan
serta diukur kecepatan poros pada setiap 15 menit.
Pada penelitian ini, pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik
dilakukan dengan mengukur jumlah bahan bakar yang dihabiskan
untuk mengoperasikan motor bakar biogas dengan beban pompa air
yang beragam dalam waktu 50 jam. Secara jelas perhitungan dapat
diselesaikan melalui Persamaan 1 dibawah ini (O’Brien 2001).

Dimana:
SFC
fc
p
t

��� =

��

�. �

(1)

= konsumsi bahan bakar spesifik (l/HP/jam)
= konsumsi bahan bakar (l)
= daya (HP)
= waktu (jam)

7. Analisis engine, konverter biogas, dan pelumas
Pelumas akan mengalami perubahan karakteristik dan
kandungan zat yang ada di dalamnya setelah motor bakar biogas
beroperasi selama jangka waktu tertentu. Oleh karena itu perlu
dilakukan analisa terhadap perubahan karakteristik khususnya
viskositas, Total Base Number (TBN), kadar kontaminan (Ca dan
Ni), kandungan logam (Fe, Cu, Al, dan Cr), kandungan jelaga (soot),
serta bilangan oksidasi, nitrasi, dan sulfas, sehingga dapat diketahui
jangka waktu untuk melakukan penggantian pelumas.
Data yang diperoleh dari pengukuran sifat fisika-kimia
selanjutnya dianalisis untuk melihat korelasi antara parameter fisikakimia pelumas dengan jangka waktu pengoperasian motor bakar
(Miftahuddin 2012). Analisis yang dilakukan berupa analisis regresi
linier sederhana pada setiap parameter fisika-kimia pelumas. Tujuan
utama regresi adalah untuk membuat perkiraan nilai suatu variabel
jika nilai variabel yang lain yang berhubungan dengannya sudah
ditentukan (Majuni 2006).

PENDEKATAN RANCANGAN
Kriteria Perancangan
Konverter yang dibuat merupakan desain yang berbeda dengan karburator
pada motor Honda GX160. Untuk itu diperlukan beberapa kriteria yang harus
dipenuhi dalam perancangan konverter biogas ini. Kriteria-kriteria tersebut
meliputi:

6
konsumsi bahan bakar spesifik. Pada pengujian motor penggerak
akan diberi beban dari 0, 10, 15 hinnga 45 kg/cm2 tekanan pompa.
Kemudian dibiarkan menyala setiap 5 jam dari beban yang diberikan
serta diukur kecepatan poros pada setiap 15 menit.
Pada penelitian ini, pengukuran konsumsi bahan bakar spesifik
dilakukan dengan mengukur jumlah bahan bakar yang dihabiskan
untuk mengoperasikan motor bakar biogas dengan beban pompa air
yang beragam dalam waktu 50 jam. Secara jelas perhitungan dapat
diselesaikan melalui Persamaan 1 dibawah ini (O’Brien 2001).

Dimana:
SFC
fc
p
t

��� =

��

�. �

(1)

= konsumsi bahan bakar spesifik (l/HP/jam)
= konsumsi bahan bakar (l)
= daya (HP)
= waktu (jam)

7. Analisis engine, konverter biogas, dan pelumas
Pelumas akan mengalami perubahan karakteristik dan
kandungan zat yang ada di dalamnya setelah motor bakar biogas
beroperasi selama jangka waktu tertentu. Oleh karena itu perlu
dilakukan analisa terhadap perubahan karakteristik khususnya
viskositas, Total Base Number (TBN), kadar kontaminan (Ca dan
Ni), kandungan logam (Fe, Cu, Al, dan Cr), kandungan jelaga (soot),
serta bilangan oksidasi, nitrasi, dan sulfas, sehingga dapat diketahui
jangka waktu untuk melakukan penggantian pelumas.
Data yang diperoleh dari pengukuran sifat fisika-kimia
selanjutnya dianalisis untuk melihat korelasi antara parameter fisikakimia pelumas dengan jangka waktu pengoperasian motor bakar
(Miftahuddin 2012). Analisis yang dilakukan berupa analisis regresi
linier sederhana pada setiap parameter fisika-kimia pelumas. Tujuan
utama regresi adalah untuk membuat perkiraan nilai suatu variabel
jika nilai variabel yang lain yang berhubungan dengannya sudah
ditentukan (Majuni 2006).

PENDEKATAN RANCANGAN
Kriteria Perancangan
Konverter yang dibuat merupakan desain yang berbeda dengan karburator
pada motor Honda GX160. Untuk itu diperlukan beberapa kriteria yang harus
dipenuhi dalam perancangan konverter biogas ini. Kriteria-kriteria tersebut
meliputi:

7
1. Mampu mengalirkan biogas dengan stabil.
2. Ukuran konverter disesuaikan dengan ruang yang tersedia pada motor.
3. Mekanisme throttle yang disambungkan dengan governor dapat bekerja
dengan baik serta tahan panas.
4. Mudah dilepas dari motor.
5. Dapat dengan mudah dibongkar dan dirakit kembali.

Rancangan Fungsional
Berdasarkan kriteria rancangan di atas, konverter dibuat dengan bagianbagian yang terdiri dari venturi, selongsong venturi, choke, throttle, packing, dan
flens, pada Tabel 1 dijelaskan rancangan fungsional setiap komponen.
Tabel 1 Rancangan fungsional konverter biogas
Rancangan Fungsional
Venturi ini harus mampu menyalurkan campuran biogas dan udara
ke dalam silinder serta mampu menjaga tekanan saat proses intake
(Septiansyah 2013).
Selongsong Selongsong venturi berfungsi untuk melindungi venturi dan
venturi
menciptakan ruang kedap udara di antara venturi dan selongsongnya
serta sebagai penghubung suplai biogas dari sumbernya.
Seal
Seal berfungsi untuk mencegah kebocoran udara pada ruangan di
antara venturi dan selongsongnya.
Choke
Choke merupakan sebuah katup yang terdapat pada mulut inlet
konverter yang berfungsi untuk mengatur banyak udara yang
disuplai ke ruang bakar. Choke harus dibuat sedemikian rupa agar
tidak mudah terputar dengan sendiri.
Throttle
Fungsi utama dari throttle ialah mengatur suplai campuran bahan
bakar dan udara ke dalam silinder. Throttle harus terhubung dengan
tuas throttle pada motor dan governor.
Flens
Flens atau dudukan merupakan bagian yang menghubungkan
konverter dengan motor dan saringan udara serta menjaga agar
konverter tetap diam pada tempatnya.
Komponen Komponen pengencang berfungsi untuk menyatukan piringan choke
pengencang dan throttle pada batang dan tuasnya sehingga menjadi satu
kesatuan yang dapat berfungsi.
Komponen
Venturi

Rancangan Struktural
Seluruh komponen dari konverter biogas dirancang menggunakan bahan
alumunium karena mudah untuk dibentuk, kekuatannya cukup baik, tahan karat,
dan juga tahan panas. Rancangan struktural konverter biogas pada penelitian ini
meliputi:

8
1. Venturi
Menurut Mitzlaff (1988), kecepatan aliran udara pada leher venturi
untuk konverter biogas tidak boleh melebihi 150 m/s pada kecepatan
motor maksimum. Pada penelitian ini, dinding venturi disempurnakan agar
lebih membentuk dinding yang berkurva, terlihat pada Gambar 4. Hal ini
merujuk pada penelitian yang terdahulu, karena mesin motor bakar yang
bekerja mengalami kerja yang tidak stabil, diakibatkan pergerakkan udara
dan juga campuran udara dan biogas tidak berjalan dengan laminer.

Gambar 4 Bentuk penyempurnaan rancangan celah venturi
2. Selongsong venturi
Selongsong venturi dibuat sedikit lebih besar dari diameter luar
venturi untuk memudahkan proses perakitan. Bagian dalam selongsong
venturi harus memiliki permukaan yang sangat halus karena bisa merusak
o-ring seal. Pada penelitian ini tidak ada perubahan bentuk dari
selongsong venturi, karena rancangan penelitian sebelumnya sudah
dianggap sempurna, seperti terlihat pada Gambar 5.

Gambar 5 Ilustrasi bentuk selongsong venturi
3. Seal
Seal sangat mudah ditemukan di pasaran dengan berbagai spesifikasi
dan ukuran. Seal digunakan untuk mencegah kebocoran dari biogas yang
akan masuk kedalam leher venturi. Apabila terjadi kebocoran pada ruang
di selongsong venturi, maka akan mengurangi tekanan biogas yang masuk
kedalam leher venturi.
4. Choke
Choke merupakan bagian yang memiliki beberapa komponen, terdiri
dari piringan choke, batang choke, tuas choke, dan baud pengencang.
Piringan choke dibuat dari plat aluminium 1 mm dan tuas choke dibuat dari
alumunium 5 mm. Pada penelitian ini tetap menggunakan rancangan choke
penelitian sebelumnya, namun piringan dibuat lebih halus sehingga lebih
lancar dalam pengoperasiannya, ilustrasinya dapat dilihat pada Gambar 6.

9

Gambar 6 Ilustrasi bentuk choke
5. Throttle
Secara umum, throttle sangat mirip dengan choke dalam hal
fungsional maupun struktural. Piringan throttle dibuat sesuai dengan
diameter lubang belakang konverter, namun berbentuk elips. Tujuan dari
bentuk elips ini ialah agar throttle tidak mudah berputar saat beroperasi,
karena kalau throttle tertutup sempurna maka motor bakar akan mati.
Sama halnya dengan choke, throttle yang dibuat menggunakan rancangan
dari penelitian yang sebelumnya, dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7 Ilustrasi bentuk throttle
6. Dudukan
Dudukan dibuat dari strip aluminium dengan ketebalan 5 mm.
Dudukan memiliki lubang besar di tengah untuk disambungkan langsung
dengan leher venturi dan dua lubang lainnya berada di sisi luar dudukan
untuk dipasangkan pada baud pengencang konverter yang ada pada motor.
Pada penelitian ini rancangan dudukan atau flens tetap menggunakan
rancangan pada peneiltian yang sebelumnya, ilustrasinya dapat dilihat
pada Gambar 8.

Gambar 8 Ilustrasi bentuk flens atau dudukan

10

HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
Penyempurnaan Desain
Penyempurnaan desain ditekankan pada penghalusan komponen venturi,
selain itu juga dilakukan penyambungan dan pengencangan secara permanen agar
menghindari adanya kebocoran atau kehilangan tekanan hisap. Namun dalam
pengerjaannya terdapat beberapa penyesuaian baik letak, posisi dan juga fungsi
dikarenakan pembuatan yang secara manual. Komponen-komponen yang
dimaksud adalah sebagai berikut:
a. Venturi dan selongsong venturi

Gambar 9 Venturi (kiri) selongsong venturi (kanan)
b. Katup choke, throttle, flens, dan tabung penampung

Gambar 10 Secara berurutan foto dari kiri ke kanan katup choke, throttle,
flens, tabung penampung gas
Konverter yang telah dipabrikasi kemudian dirakit (assembly) dengan
komponen yang lainnya. Terdapat dua jenis assembly yaitu konverter biogas dan
juga bagian tabung penampung gasnya. Gambar 11 menjelaskan bagian bagian
konverter ketika dilakukan perakitan, serta Gambar 12 memperlihatkan konverter
biogas ketika dalam keadaan telah dirakit.

11

Gambar 11 Komponen-komponen konverter biogas sebelum dirakit

Gambar 12 Konverter biogas (kanan) dan dari arah berlawanan (kiri)
Jenis assembly yang kedua adalah assembly tabung penampung gas.
Gambar 13 menjelaskan langkah perakitan dari tabung gas penampung.

Gambar 13 Assembly tabung gas penampung
Namun untuk keran gas penyalur bisa diganti menggunakan jenis keran
bercabang atau pun keran tunggal, seperti pada Gambar 14.

Gambar 14 Keran tunggal (kiri) dan keran bercabang (kanan)
Sehingga secara keseluruhan alat konverter biogas yang dipasangkan
dengan tabung penampung gas dapat dilihat pada Gambar 15.

12

Gambar 15 Keseluruhan setting konverter biogas
Uji Ketahanan
Uji ketahanan yang dilakukan adalah dengan mengukur kestabilan putaran
motor dan juga putaran pompa dengan variasi tekanan pompa. Selain itu pada
pengujian ketahanan dilakukan pengukuran slip sabuk transmisi yang terjadi pada
saat penyaluran daya dari motor ke pompa. Secara lengkap pada Lampiran 1
sampai 10 ditampilkan data kestabilan kecepatan poros motor dan pompa terhadap
perubahan tekanan pompa mulai dari 0-45 kg/cm2. Pada Lampiran 11 ditampilkan
rata-rata kecepatan poros motor dan juga pompa dari seluruh variasi tekanan
pompa serta presentase penurunannya.
Uji Laboratorium Terhadap Pelumas
Setelah motor bakar biogas telah diuji ketahanannya selama 50 jam maka
dilakukan analisis terhadap pelumas setiap 10 jam penyalaan motor bakar.
Terdapat enam sampel pelumas mulai dari pelumas baru, pelumas jam ke-10,
hingga pelumas jam ke-50. Pengujian yang dilakukan di PT Petrolab Service ini
menghasilkan hasil uji sebagaimana terlampir pada Lampiran 12.

Pembahasan
Penyempurnaan Desain
Penyempurnaan desain konverter biogas yang dilakukan adalah pada
penguatan pengkokohan bentuk dan sambungan bagian-bagian yang ada pada
konverter biogas. Selain itu dengan mengubah desain tuas penggerak choke dan
throttle agar dapat digerakkan dengan mudah oleh tuas gas dan juga governor,
serta agar saringan udara seperti pada Gambar 16 (kiri) dapat ditempatkan
kembali sesuai tempat dan fungsinya. Penambahan desain juga dilakukan untuk
menempatkan tuas penggerak choke seperti pada Gambar 16 (kanan), sehingga
dapat menggerakkan dari sisi luar saringan udara.

Gambar 16 Saringan udara Honda GX160 (kiri) tuas choke (kanan)

13
Penyambungan pada bagian selongsong venturi disambung dengan
menggunakan las karbid aluminium agar lebih kuat dan kokoh, seperti pada
sambungan dengan double nipple, sambungan untuk dudukan penggerak choke,
serta skrup pengatur bukaan throttle. Tabung penampung biogas dipasang dengan
dibelokan keluar agar lebih mendapatkan area yang lebih luas. Pada Gambar 17
dijelaskan letak dan posisi konverter biogas pada motor Honda GX160.

Gambar 17 Letak tabung yang dibelokan keluar (atas) dan instalasi keseluruhan
konverter biogas (bawah)
Setelah dilakukan instalasi pada motor bakar Honda GX160, seluruh fungsi
bagian yang ada pada konverter biogas tersebut dapat bekerja dengan baik dan
kokoh sehingga tahan dari getaran motor yang tinggi. Pada pengujian fungsional
didapatkan bahwa, dalam proses penyalaan motor bakar mudah dihidupkan.
Penyalaan dilakukan dengan membuka penuh keran kantung biogas dan membuka
seperempat keran konverter biogas dengan menutup katup choke.
Kestabilan Kecepatan Poros Motor dan Pompa
Motor bakar biogas dapat berjalan baik tanpa berhenti secara tiba-tiba
selama 50 jam, namun dari pembacaan kecepatan poros motor dan pompa terlihat
data kecepatan poros yang fluktuatif. Hal itu disebabkan karena, penyalaan motor
bakar dilakukan dengan mengalirkan biogas dari kantung biogas yang berbedabeda tekanannya seperti terlihat pada Gambar 18. Suplai biogas tidak diberikan
langsung dari reaktor biogas karena tekanan biogasnya yang tinggi sehingga akan
mengakibatkan campuran bahan bakar dan udara menjadi sangat kaya. Apabila
campurannya sangat kaya, motor bakar susah untuk dihidupkan, karena
kekurangan suplai oksigen.

14

Reaktor
Biogas
Motor

Kantung
Biogas

Pompa
Selang air
dari dan
menuju
tangki
Gambar 18 Pengaturan pengujian ketahanan
Hal kedua yang mendasari ketidakstabilan kecepatan poros motor dan
pompa adalah karena kandungan biogas yang digunakan masih terdapat banyak
gas asing selain gas metana (CH4) sehingga dapat menurunkan suhu kompresi dan
juga berpengaruh pada energi yang dihasilkan. Gas lain itu adalah karbon dioksida
(CO2), nitrogen (N2), hidrogen sulfida (H2S), dan uap air.
Pada Tabel 2 memperlihatkan standar deviasi atau simpangan baku dari
kecepatan poros motor dan pompa yang terukur pada setiap tekanan pompa yang
diberikan untuk menunjukkan kestabilan kecepatan poros motor dan pompa.
Tabel 2 Standar deviasi kecepatan poros motor dan pompa pada setiap
tekanan pompa yang diberikan
Standar Deviasi
Tekanan
Kecepatan
Kecepatan
(kg/cm2)
Poros Motor
Poros Pompa
(rpm)
(rpm)
0
0,83
1,21
5
0,92
0,85
10
0,83
0,89
15
0,91
0,67
20
0,75
0,75
25
0,92
1,10
30
0,80
0,83
35
0,83
0,83
40
0,77
0,77
45
0,74
0,86
Rata-Rata
0,84
0,88
Dari tabel tersebut didapatkan rata-rata standar deviasi kecepatan poros
pompa dan pompa yang terukur pada beban tekanan mulai dari 0-45 kg/cm2 sangat
kecil yaitu 0,84 dan 0,88 rpm. Meskipun pada tekanan 0 dan 25 kg/cm2 standar
deviasi kecepatan poros pompa memiliki nilai sebesar 1,21 dan 1,1 rpm namun

15
tidak berpengaruh secara signifikan terhadap rata-rata standar diviasi yang ada.
Hal ini menyatakan bahwa simpangan baku dari kecepatan poros motor dan
pompa yang terukur hanya terpaut berbeda >1 rpm yaitu hanya 0,84 dan 0,88 rpm.
Dari standar deviasi ini membuktikan bahwa kerja dari motor bakar yang
berbahan bakar biogas sangat stabil kecepatan porosnya.

Kecepatan Poros (rpm)

Analisis Penurunan Kecepatan Poros dan Slip Sabuk Transmisi
Pada Lampiran 11 dijelaskan besarnya rata-rata penurunan kecepatan poros
motor dan juga pompa berdasarkan beban tekanan yang cenderung fluktuatif,
secara lengkap terlihat pada Gambar 19. Dari data tersebut didapatkan bahwa
setiap beban tekanan yang diberikan akan membuat kecepatan motor pompa akan
semakin menurun. Hal ini terjadi karena adanya beban tekanan plunyer yang
semakin besar sehingga mengakibatkan daya yang dibutuhkan untuk
menggerakkan pompa semakin besar maka harus diimbangi dengan daya motor
penggerak yang besar pula.
40003425
3370 3258
3162 3074
3500
2978
3000

2859 2766

y = -19,77x + 3455
R² = 0,997

2500

2663 2547

2000
1343 1317 1265 1226 1186
1148 1099 1061 1020
1500
967
1000
y = -8,363x + 1351,
500
R² = 0,998
0
0

5

10

15

20 25 30 35
Tekanan (kg/cm2)

40

45

Motor
Pompa

50

Gambar 19 Rata-rata kecepatan poros motor dan pompa pada berbagai tekanan
6,00

5,15

Persentase (%)

5,00

4,26

3,90

3,52

3,13 3,28 3,17

4,00

4,34

3,99

3,00

1,94 3,33

2,00
1,00

2,94 2,76 3,13

3,84

3,28

3,71

Motor
Pompa

1,61

0,00
0

5

10

15
20
25
30
Tekanan (kg/cm2)

35

40

45

Gambar 20 Persentase penurunan kecepatan poros motor dan pompa pada setiap
tekanan
Dari Gambar 20, maka didapatkan bahwa kecepatan poros motor dan pompa
pada tekanan 0 kg/cm2 menurun 1,61% dan 1,94% pada saat diberi tekanan
sampai 5 kg/cm2 dan begitu pula seterusnya. Apabila dilakukan pengukuran
penurunan kecepatan poros motor dan pompa total dari 0 kg/cm2 hingga 45
kg/cm2 maka didapat angka penurunan sampai 25,63% dan 27,96%. Hal ini

16
disebabkan oleh biogas yang mengandung senyawa metana (CH4) yang memiliki
nilai kalor kecil yaitu 18 MJ/kg menurut Mitzlaff (1988), dibandingkan dengan
senyawa hidrokarbon lainnya. Nilai kalor metana yang kecil inilah yang
berpengaruh terhadap daya yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar yang
terjadi di ruang pembakaran, sehingga daya yang dihasilkan juga akan lebih kecil.
Pembebanan pada pompa akan berdampak pada terbentuknya nilai slip
antara sabuk dengan puli. Besar puli yang digunakan pada motor bakar adalah
berdiameter 3 inci dan diameter puli pompa sebesar 7,5 inci. Dari data Lampiran 1
sampai 10 dapat dilakukan perhitungan perbandingan kecepatan poros pompa
aktual dan teoritis yang seharusnya terjadi. Sehingga akan terlihat besar slip sabuk
transmisi yang terjadi pada setiap pengukuran. Gambar 21 menjelaskan grafik
rata-rata slip sabuk transmisi yang terjadi pada setiap tekanan pompa.

Slip Sabuk Transmisi (%)

6,00

5,07

5,00

4,25
3,89 4,13
3,59 3,63

4,00
3,00

2,88 3,07
1,99

2,31
y = 0,060x + 2,116
R² = 0,965

2,00
1,00
0,00
0

5

10

15
20
25
30
Tekanan (kg/cm2)

35

40

45

Gambar 21 Grafik hubungan tekanan pompa dengan slip sabuk transmisi yang
terjadi
Dari Gambar 21 terjadi kenaikan besar slip sabuk transmisi yang terjadi
pada puli dan sabuk yang terjadi ketika ada penambahan tekanan pompa yang
semakin besar. Sehingga dapat disimpulkan semakin besar tekanan pompa yang
diberikan, maka semakin besar pula slip sabuk transmisi yang terjadi. Slip sabuk
transmisi yang terjadi bisa diakibatkan karena beban pompa yang lebih besar dari
pada daya motor untuk memutar puli motor. Selain itu slip sabuk transmisi bisa
terjadi karena sabuk yang terpasang tidak cukup tegang.
Analisis Kebutuhan Konsumsi Biogas
Pengukuran konsumsi bahan bakar dilakukan dengan cara mengukur
volume biogas dan lama waktu sampai volume biogas itu habis terpakai. Untuk
mencari volume biogas yang dilakukan adalah dengan menimbang berat kosong
kantung lalu dicari selisih berat dengan berat kantung yang terisi penuh. Maka
selanjutnya adalah dengan membagi berat isi dengan densitas normal dari biogas.
Menurut Mitzlaff K (1988) besarnya densitas normal dari biogas adalah 1,16
kg/m3. Pengambilan data dilakukan sebanyak empat kali pengulangan dari setiap
tekanan yang diberikan dari 0-45 kg/cm2. Pada Lampiran 13 dijelaskan secara
lengkap data pengambilan kebutuhan konsumsi biogas.
Dari pengolahan data tersebut didapatkan bahwa berat isi biogas rata-rata
sebesar 1,07 kg. Dengan membagi rata-rata berat isi dengan densitas normal
biogas, maka akan didapatkan volume isi biogas tersebut yang sebesar 0,92 m3.

17
Dari data tersebut juga didapatkan rata-rata waktu pakai biogas yaitu sebesar 1653
detik. Apabila dilakukan perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada
Persamaan 1, dengan menggunakan besar daya motor bakar biogas untuk
mengerakan pompa sebesar 1,6 kW, maka besar nilai konsumsi bahan bakar
biogas spesifik adalah sebesar 1,25 m3/kW/jam. Apabila dilakukan konversi
menggunakan bahan bakar bensin dengan perbandingan 1 m3 biogas adalah 0,8
liter bensin (Wahyuni 2011), maka akan setara dengan Sfc penggunaan bensin
sebagai bahan bakar sebesar 1 liter/kW/jam.
Dari Lampiran 13 mengenai data konsumsi bahan bakar, didapatkan bahwa
semakin besar tekanan pompa yang diberikan maka semakin kecil pula waktu
yang dibutuhkan untuk menggunakan bahan bakar biogas yang ada dikantung
tersebut. Pada Gambar 22 disajikan ilustrasi dalam bentuk grafik data rata-rata
waktu pakai bahan bakar biogas perkantung pada tiap tekanan pompa yang
diberikan.

Waktu (s)

2000
1893 1833,75
1785 1720
1500
1675,751594,5 1615
1546,251480,75
1382
1000
y = -10,49x + 1888,
R² = 0,979
500
0
0

5

10

15
20
25
Tekanan (kg/cm2)

30

35

40

45

Gambar 22 Grafik hubungan tekanan pompa terhadap waktu pakai bahan bakar
biogas
Dari Gambar 24 tersebut dapat dianalisis bahwa semakin besar tekanan yang
diberikan maka akan semakin kecil juga waktu yang digunakan untuk memakai
habis bahan bakar biogas. Dalam kata lain maka semakin besar beban yang
diberikan maka akan semakin boros pula pembakaran bahan bakar didalam motor
bakar.
Analisis Visual dan Penumpukan Deposit Di Ruang Pembakaran
Setelah dilakukan pengujian ketahanan selama 50 jam penyalaan, maka
analisis yang dilakukan selanjutnya adalah pengamatan visual serta penghitungan
gram atau penumpukan karbon dan bahan pengotor lain didalam ruang
pembakaran. Dari hasil pengamatan visual sebelum dan sesudah pengujian
ketahanan maka didapatkan hasil visual dari busi pada Gambar 23, pada cylinder
head yaitu pada Gambar 24, dan piston pada Gambar 25.

18

Gambar 23 Pengamatan visual pada busi sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)
dilakukan pengujian ketahanan

Gambar 24 Pengamatan visual pada cylinder head sebelum (kiri) dan sesudah
(kanan) dilakukan pengujian ketahanan

Gambar 25 Pengamatan visual pada piston sebelum (kiri) dan sesudah (kanan)
dilakukan pengujian ketahanan
Dari hasil pengamatan visual yang dilakukan baik sebelum dan sesudah
dilakukan pengujian ketahanan, maka didapatkan bahwa perbedaan visual yang
terjadi sangatlah kecil. Misalnya pada busi tidak ada perubahan warna pada
bagian elektroda tengah atau dari keduanya tidak terjadi pengerakkan. Hal ini
menandakan bahwa didaerah sekitar busi terjadi pembakaran yang sempurna.
Pada bagian cylinder head terjadi beberapa pengerakkan akibat pembakaran
yang tidak sempurna dan juga karat, terlihat pada Gambar 26 yang
membandingkan antara kondisi sebelum dan sesudah pengujian. Hal ini
disebabkan karena biogas yang digunakan pada saat pengujian ketahanan selama
50 jam memiliki kandungan air yang cukup tinggi dan juga biogas mengandung
hidrogen sulfida (H2S) yang bersifat asam dan korosif.
Pada bagian piston terlihat di Gambar 27 terdapat beberapa pengkerakan
yang terjadi dan juga terdapat karat yang terbentuk di bagian atas piston.
Penyebabnya bisa disebabkan oleh pembakaran yang tidak sempurna, karena
jumlah campuran biogas dan udara yang kurang optimal.
Pada ketiga komponen tersebut dilakukan analisis massa karbon atau
kotoran lain yang ikut masuk kedalam ruang pembakaran. Secara lengkap Tabel 4
menjelaskan data massa karbon juga kotoran lain pada ketiga komponen tersebut.

19
Dari Tabel 4 didapatkan berat total jelaga dan kotoran lain yang diperoleh adalah
sebesar 0,25 g, nilai ini masih dirasa sangat kecil karena bahan bakar biogas yang
mengandung metana (CH4) sendiri hanya memiliki rantai karbon sebanyak empat
lengan.
Tabel 3 Massa jelaga dan kotoran lain yang ditemukan pada komponen
No Komponen Mesin
Berat (g)
1 Busi
0
2 Silinder Head (IN dan OUT)
0,1
3 Silinder dalam dan Piston
0,15
Analisis Pengujian Sifat Fisik dan Kimia Pelumas
Pelumas motor bakar akan mengalami perubahan sifat fisika dan kimia
selama motor bakar beroperasi, perubahan ini terjadi bergantung pada kondisi
operasi, jenis bahan bakar, pelumas yang digunakan, dan lama pengoperasiannya.
Gambar 26 menunjukkan tampilan pelumas motor bakar biogas pada saat
pengujian daya tahan yang interval pengambilan sampelnya adalah setiap 10 jam.

.
Gambar 26 Sampel pelumas motor bakar (10W30) yang beroperasi 50 jam saat
menggunakan bahan bakar biogas
1. Viskositas
Viskositas pelumas dapat diartikan sebagai tahanan pelumas untuk
mengalir, yang pada prakteknya pelumas digunakan untuk melindungi
permukaan komponen saat terjadi kontak. Pada Gambar 27 dapat dilihat
perubahan nilai viskositas pelumas pada suhu 100°C. Pada kondisi baru
nilai viskositasnya adalah sebesar 8,7 cSt dan setelah digunakan selama 50
jam operasi nilainya naik hingga 20,46% menjadi 10,48 cSt. Perubahan
nilai viskositas ini masih dalam ambang batas yang diizinkan menurut SNI
7069.1-2012, yaitu sebesar 8,37-13,75 cSt.

20

Viskositas @100°C (cSt)

14

Max

12
10
Min

8
6
4
2
0
0

10

20
30
Jam ke-

40

50

Gambar 27 Perubahan nilai viskositas pelumas pada suhu 100°C
Kenaikan nilai viskositas dapat disebabkan oleh beberapa hal,
penyebab utamanya adalah karena terkontaminasi dengan sisa hasil hasil
pembakaran serta penurunan fungsi zat aditif pada pelumas itu sendiri.
Pada proses pembakaran diruang bakar pasti terdapat jelaga yang
menempel pada sisi dinding silinder dan piston akibat pembakaran yang
tidak sempurna. Jelaga itulah yang kemudian diikat oleh pelumas yang
melapisi permukaan komponen tersebut dan akhirnya meningkatkan
kekentalan dari pelumas.
2. Total Base Number (TBN)
Total base number adalah suatu karakteristik kimia yang
menunjukkan alkalinitas pelumas untuk menetralisir asam, baik asam hasil
oksidasi pelumas, maupu asam yang terbentuk selama proses pembakaran
dan mengkontaminasi pelumas. Semakin besar nilai TBN maka semakin
besar kemampuan deterjensi, dispersi, dan netralisasi asam hasil oksidasi
yang dapat mengakibatkan korosi. Pada Gambar 28 merupakan perubahan
nilai TBN selama 50 jam motor bakar biogas beroperasi.
8

TBN (mg KOH/g)

7

6,62

6,57

6,4

6,12

6,14

5,96

6
5
4
3
2

Min

1
0
0

10

20
30
Jam ke-

40

50

Gambar 28 Perubahan total base number pada pelumas

21

Perubahan TBN cenderung fluktuatif, namun pada sampel pelumas
jam ke-50 nilainya adalah 5,96 mg KOH/g lebih rendah dari kondisi baru
yaitu sebesar 6,62 mg KOH/g atau mengalami penurunan nilai TBN
sebesar 9,96% dari kondisi awalnya. Berdasarkan SNI 7069.1-2012, nilai
TBN pelumas tersebut masih memenuhi batas yang diizinkan yaitu
minimal 2,6 mg KOH/g.
3. Kontaminan Na dan Si
Gambar 29 dan 30 memperlihatkan kandungan Natrium (Na) dan
Silikon (Si) pada pelumas. Kandungan Na pada pelumas baru sebesar 4
ppm sedangkan kandungan Si pada pelumas sebesar 9 ppm. Setelah
beroperasi selama 50 jam menggunakan bahan bakar biogas, kandungan
Na meningkat menjadi 15 ppm dan kandungan Si meningkat menjadi 20
ppm. Angka tersebut masih berada dibawah ambang batas yang dizinkan,
yaitu sebesar 50 ppm untuk Na dan 45 ppm untuk Si (PT. Petrolab
Service).
Kandungan Na (ppm)

50

Max

40
30
20
10

4

7

13

15

15

20
30
Jam ke-

40

50

10

0
0

10

Kandungan Si (ppm)

Gambar 29 Perubahan kandungan Na pada pelumas
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0

Max

19

20

40

50

15

9

10

12

0

10

20
30
Jam ke-

Gambar 30 Perubahan kandungan Si pada pelumas
Kandungan Na dan Si berhubungan dengan kontaminasi yang
berasal dari partikel debu atau kotoran yang masuk kedalam ruang
pembakaran, kemudian terbawa ke penampung pelumas dan
mengkontaminasi pelumas. Partikel Si juga bisa berasal dari komponen
motor bakar yang materialnya mengandung Si. Selain itu Na bisa

22
mengontaminasi pelumas lewat botol sampel yang digunakan sebagai
wadah sampel.

Kandungan logam Fe
(ppm)

4. Kandungan Logam (Fe, Cu, Al, Cr)
Besi (Fe) merupakan salah satu material utama yang digunakan
untuk membuat komponen-komponen motor bakar. Pada Gambar 31
terlihat bahwa kandungan Fe mengalami peningkatan dari kondisi awal
sebesar 4 ppm menjadi 30 ppm. Hal ini dikarenakan oleh biogas yang
mengandung uap air serta hidrogen sulfida (H2S) yang dapat
mengkibatkan korosi pada permukaan komponen yang terbuat dari logam.
Sehingga selain logam kasar yang terkikis, maka karat juga terkikis karena
gesekan yang kemudian diikat oleh pelumas.
40
35
30
25
20
15
10
5
0

Max
30
24
18
13
8
4

0

10

20
30
Jam ke-

40

50

Gambar 31 Perubahan kandungan logam Fe pada pelumas
Kandungan logam Cu
(ppm)

30

Max

25
20
15
10
5

9

10

40

50

6

2

3

4

0

10

20
30
Jam ke-

0

Gambar 32 Perubahan kandungan logam Cu pada pelumas
Kandungan logam tembaga (Cu) pada pelumas mengalami kenaikan
dari kondisi awal 2 ppm menjadi 10 ppm seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 32. Namun kandungan Fe dan Cu yang terdapat pada pelumas
yang digunakan tidak melewati ambang batas maksimum yang diijinkan
yaitu 40 ppm untuk logam besi (Fe) dan 30 untuk logam tembaga (Cu) (PT
Petrolab Service).
Pada Gambar 33 dan 34 menunjukkan kandungan logam aluminium
(Al) dan kromium (Cr) yang terdapat pada pelumas. Logam Al mengalami
peningkatan kandungan logam dari pelumas kondisi baru sebesar 3 ppm
menjadi 11 ppm setelah 50 jam pengujian ketahanan. Kandungan logam

23
Cr mengalami kenaikan dari kondisi awal yaitu sebanyak 1 ppm menjadi 9
ppm. Keduanya masih berada dibawah ambang batas maksimum
kandungan logam Al dan Cr yaitu 20 ppm dan 15 ppm (PT Petrolab
Service).
Kandungan logam Al
(ppm)

20

Max

15
11
9

10
5

7

5

6

10

20
30
Jam ke-

3

0
0

40

50

Kandungan logam Cr
(ppm)

Gambar 33 Perubahan kandungan logam Al pada pelumas
Max

15
9

10
6
4

5
1

2

2

10

20
30
Jam-ke

0
0

40

50

Gambar 34 Perubahan kandungan logam Cr pada pelumas
Peningkatan kandungan logam yang terjadi pada pelumas baik besi
(Fe), tembaga (Cu), aluminium (Al), dan kromium (Cr) terjadi karena
terjadi pengikisan permukaan-permukaan komponen yang masih kasar
akibat kontak atau gesekan pada saat motor bakar beroperasi. Kekasaran
dari komponen-komponen tersebut timbul karena kondisi motor bakar
yang masih dalam keadaan baru sehingga masih banyak komponen yang
memiliki permukaan yang kurang halus. Komponen motor bakar bensin
yang kemungkinan mengalami keausan ditunjukkan pada Tabel 4.
Tabel 4 Indikator keausan komponen motor bakar bensin (Oil Analyzers Inc
2012)
Logam
Indikasi Keausan Komponen
Besi (Fe)
Cam shaft, crank shaft, cylinder wall, exhaust valve,
intake valve, piston, ring piston,
Tembaga (Cu) Bushing, bearings, intake valve, exhaust valve
Aluminium
Cylinder wall, piston, cylinder head
(Al)
Kromium (Cr) Cylinder wall, exhaust valve, intake valve, ring piston

24
5. FTIR (soot, oxditaion, nitration, sulfation)
Pada Gambar 35 dan 36 merupakan kandungan soot, oxditaion,
nitration, sulfation yang terdapat pada pelumas setelah dilakukan
pengujian ketahanan pada motor bakar berbahan biogas selama 50 jam.
Max

Soot (Abs/0,1 mm)

0,4
0,3
0,2
0,1
0

0,02

0

10

0,03

0,05

0,08

0,1

40

50

0
20
30
Jam ke-

Oxidation (Abs/0,1 mm)

Gambar 35 Perubahan kandungan soot yang terdapat pada pelumas
Max

0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0

0,03

0,05

0,07

0,1

0,12

40

50

0
0

10

20
30
Jam ke-

Gambar 36 Perubahan kandungan oxidation yang terdapat pada pelumas
Jelaga (soot) merupakan re