Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen, Dan Etanol 96% Terhadap Performansi Dan Emisi Gas Buang Esin Genset Otto

(1)

PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM,

HIDROGEN DAN ETANOL 96% TERHADAP PERFOMANSI

DAN EMISI GAS BUANG MESIN GENSET OTTO

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Martinus Idastanta Tarigan NIM : 090401032

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(2)

Abstrak

Semakin berkurangnya cadangan minyak bumi dan pemakaian bahan bakar fosil yang terus meningkat menyebabkan timbulnya ancaman krisis energi. Mengantisipasi hal tersebut diperlukan pengembangan sumber energi terbarukan sebagai energi alternatif. Pencampuran bahan bakar untuk menghemat penggunaan minyak merupakan salah satu alternatif. Ketersediaan hidrogen dan melimpahnya bahan bakar dari hasil pemurnian fermentasi menempatkan hidrogen dan etanol menjadi salah satu yang bahan bakar yang diunggulkan sebagai bahan bakar alternatif. Selain itu penggunaan bahan bakar hidrogen dan etanol inidapat digunakan pada bebagai mesin, salah satunya adalah pada mesin otto 4-langkah. Walaupun performansi mesin cenderung belum memberikan hasil yang optimal seperti performansi mesin pada saat menggunakan Premium, tetapi bahan bakar campuran hidrogen dan etanol ini tetap mempunyai keuntungan,yaitu ketersediaan bahan baku yang melimpah dan fleksibilitas dari

Internal Combustion Engine ( ICE ).

(3)

Abstract

The depletion of oil reserves and fuel consumption that is on the rise cause the onset of the threat of an energy crisis. It is necessary of renewable sources of energy as an alternative energy. Mixing fuel oil usage to save is one alternative. The availability of hydrogen fuel and bountiful from the purification of fermentation, placed hydrogen and ethanol become one of the highlights as an alternative fuel. In addition the use of hydrogen and ethanol can be used on different machines, one of them is on the oot engine 4-step. Although the appropriate machine performance is yet to give optimal results, such us engine performanc while using premium, but the mixed fuel of hydrogen and ethanol are still has advantage, namely the abundent raw material availability and flexibility of Internal Combustion Engine (ICE).

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat yang diberikan-Nya, Penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM, HIDROGEN, DAN ETANOL 96% TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS BUANG ESIN GENSET OTTO”

Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik

5. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Drs B.A Tarigan dan Ibunda M br Sinuhaji, yang telah dengan sabar membesarkan penulis serta memberikan dukungan doa, dana, dan semangat.

6. Kedua saudara penulis, Eka Genta Tarigan dan Nina Karina Tarigan, yang telah membimbing penulis untuk melewati hal-hal yang sulit.

7. Seluruh kerabat penulis, yang tergabung dalam Keluarga Besar Departemen Teknik Mesin USU, terkusus rekan-rekan mahasiswa angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih penulis ucapkan atas kehangatan dan atas setiap cerita yang pernah dilalui bersama.

(5)

Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.Terima kasih.

Medan, Februari 2013

Penulis,

Martinus Idastanta Tarigan

NIM. 090401032

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... iv

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR NOTASI ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Metodologi Penulisan ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Mesin Otto ... 5

2.1.1 Karburator ... 5

2.1.2 Busi ... 6

2.1.3 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi ... 6

2.2 Mesin Otto Empat Langkah ... 9

2.3 Performansi Mesin Otto ... 10

2.3.1 Torsi dan Daya ... 10

2.3.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 11

2.3.3Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) ... 11

2.3.4 Efisiensi Thermel Brake ... 12

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 12

2.5 Bahan Bakar Hidrogen ... 14

2.5.1 Sejarah Bahan Bakar Hidrogen ... 14

2.5.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Hidrogen ... 15

2.5.3 Hidrolisis Air (H2O) ... 17

2.6 Bahan Bakar Etanol ... 18

(7)

2.6.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Etanol ... 20

2.6.3 Proses Pembuatan Etanol ... 21

2.7 Emisi Gas Buang ... 23

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat ... 25

3.2 Alat Dan Bahan ... 25

3.2.1 Alat ... 25

3.2.1.1 Alat Pendukung Pengujian ... 25

3.2.1.2 Alat Pendukung Proses Pembuatan Bahan Bakar ... 31

3.2.2 Bahan ... 36

3.3 Metode Pengumpulan Data ... 36

3.4 Metode Pengolahan Data ... 36

3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian ... 36

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Mesin ... 37

3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 40

3.8 Prosedur Pengujian Niai Kalor Bahan Bakar ... 41

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Daya ... 43

4.1.1 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar P 100% ... 43

4.1.2 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar E 100% ... 44

4.1.3 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar P50% + E50% ... 45

4.1.4 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 46

4.2 Torsi ... 49

4.2.1 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar P 100% ... 49

4.2.2 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar E 100% ... 50 4.2.3 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar

(8)

P50% + E50% ... 52

4.2.4 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 53

4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) ... 55

4.3.1 Besar SFC Dengan Menggunakan Bahan Bakar P100% ... 56

4.3.2 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar E100% ... 59

4.3.3 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar P50%+E50% ... 61

4.3.4 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 64

4.4 Efisiensi Thermal ... 67

4.4.1 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar P100% ... 68

4.4.2 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar E100% ... 70

4.4.3 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar P50% + E50% ... 72

4.4.4 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar (P50% + E 50%)97,5% + H2,5% ... 74

4.5 Rasio Udara- Bahan Bakar(AFR) ... 83

4.5.1 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar P 100% ... 83

4.5.2 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar E (100%) ... 88

4.5.3 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar P 50% + E 50% ... 93

4.5.4 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5%... 98

4.6 Hasil Pembakaran ... 108

4.7 Pengujian Emisi Gas Buang ... 111

4.7.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar P 100% ... 111

4.7.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar E100% ... 111

4.7.3 Emisi Gas Buang Bahan Bakar P 50% + E50% ... 112

4.7.4 Emisi Gas Buang Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5% ... 112

(9)

4.8.1 Analisa Perbandingan Kadar CO2 Dalam Gas Buang ... 113

4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar CO Dalam Gas Buang ... 114

4.8.3 Analisa Perbandingan Kadar HC Dalam Gas Buang ... 116

4.8.4 Analisa Perbandingan Kadar O2 Dalam Gas Buang ... 117

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 120

5.2 Saran ... 121

DAFTAR PUSTAKA ... xv

LAMPIRAN ... vxi

(10)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi ... 7

Gambar 2.2 P-V dan T-S diagram... 9

Gambar 2.3 Elektrolisis Air ... 18

Gambar 2.4 Bentuk Molekul Etanol ... 21

Gambar 3.1 Bom Kalori Meter ... 25

Gambar 3.2 Genset STARKE Tipe GFH1900LX... 26

Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401... 27

Gambar 3.4 Tachometer ... 28

Gambar 3.5 Timbangan Digital... 28

Gambar 3.6 Muti Meter... 29

Gambar 3.7 Stop watch ... 30

Gambar 3.8 Saluran Udara Modifikasi ... 30

Gambar 3.9 Alat Hidrolisi... 31

Gambar 3.10 Wadah Penampung Hidrogen ... 33

Gambar 3.11 Katub Udara... 34

Gambar 3.12 Regulator... 34

Gambar 3.13 Manometer... 35

Gambar 3.14 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set... 39

Gambar 3.15 Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 40

Gambar 4.1 Grafik Daya (watt) VS Beban(@100Watt)... 47

Gambar 4.2 Grafik Daya (watt) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar... 48

Gambar 4.3 Grafik Torsi (Nm) VS Beban (@100 Watt)... 54

Gambar 4.4 Grafik Torsi (N.m) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 55

(11)

Gambar 4.5 Grafik SFC (g/kW.h) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 67

Gambar 4.6 Grafik Efisiensi Thermal Brake (%) VS Beban (@100Watt)... 82

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi Termal (%) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar .... 82

Gambar 4.8 Grafik AFR vs Beban (@100Watt)... 107

Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 107

Gambar 4.10 Busi yang digunakan dalam pengujian... 108

Gambar 4.11 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 109

Gambar 4.12 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 109

Gambar 4.13 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar P50% + E 50% ... 110

Gambar 4.14 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5% ... 110

Gambar 4.16 Grafik kadar CO2 vs Beban ... 113

Gambar 4.17 Grafik Kadar CO2 (%) vs Putaran (rpm) ... 114

Gambar 4.18 Grafik kadar CO vs Beban ... 115

Gambar 4.19 Grafik Kadar CO (%) vs Putaran (rpm) ... 115

Gambar 4.20 Grafik kadar Hidrokarbon vs beban ... 116

Gambar 4.21 Grafik Kadar HC (ppm) vs Putaran (rpm) ... 117

Gambar 4.22 Grafik kadar O2 vs Beban ... 118

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Properties of Hydrogen and Other Fuels... 16

Tabel 4.1 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 44

Tabel 4.2 Daya pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 45

Tabel 4.3 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P 50% + E50% ... 46

Tabel 4.4 Daya pengujian menggunakan bahan bakar (P50% + E50%)97,5% + H2,5% ... 47

Tabel 4.5 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 50

Tabel 4.6 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 51

Tabel 4.7 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar P50% +E50% ... 53

Tabel 4.8 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar (P50% +E50%)97,5% + H 2,5%... 54

Tabel 4.9 Sfc pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 58

Tabel 4.10 Sfc pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 61

Tabel 4.11 Sfc hasil pengujian dengan bahan bakar P 50 % + E 50% ... 63

Tabel 4.12 Sfc hasil pengujian dengan bahan bakar (P50% + E50%)97,5 % + H2,5%... 66

Tabel 4.13 Efisiensi thermal hasil pengujian dengan bahan bakar P 100%... 70

Tabel 4.14 Efisiensi thermal hasil pengujian menggunakan bahan bakar E100%... 72

Tabel 4.15 Efisiensi thermal pengujian menggunakan bahan bakar P50%+E50%... 74 Tabel 4.16 Efisiensi thermal hasil pengujian dengan bahan bakar (P50% + E50%)97,5% + H2.5 %... 81 Tabel 4.17 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar P 100%... 88

Tabel 4.18 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar E (100%)... 93

Tabel 4.19 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar P 50% + E50%... 98 Tabel 4.20 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar

(P50% + E 50%)+ H2,5%... 106

(13)

Tabel 4.21 Emisi Bahan Bakar P100 % ... 111

Tabel 4.22 Emisi Emisi Bahan Bakar E100% ... 111

Tabel 4.23 Emisi Bahan Bakar P50% + E50% ... 112

(14)

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN

�� Massa udara kg

SATUAN AFR Rasio massa udara-bahan bakar

HHV Nilai kalor atas kJ/kg

LHV Nilai kalor bawah kJ/kg

��̇ Laju aliran massa udara kg/s

�� Massa bahan bakar kg

��̇ Laju aliran bahan bakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

�� Effisiensi termal brake %

� Daya Watt

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh

�� Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik

T Torsi keluaran mesin N.m

Pa Tekanan udara Pa

Ta Temperatur udara K

Vd Volume langkah torak m3

Vc Volume clearance m3

(15)

Abstrak

Internal Combustion Engine ( ICE ).

(16)

Abstract

(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Belakangan ini, bahan bakar fosil menjadi satu-satunya sumber energi di bumi ini. Sehingga tidak heran kalau beberapa tahun belakangan ini wajah dunia babak belur disebabkan perebutan kuasa atas sumber utama penghasil energi ini. Penggunaan energi fosil dengan skala besar menimbulkan berbagai masalah. Ketika pembakaran berlangsung untuk menghasilkan energi, bahan bakar ini melepaskan karbon dan zat hasil pembakarannya yang dapat merusak ozon.

Masalah dengan bahan bakar fosil ini tidak hanya sampai di situ. Besarnya konsumsi bahan bakar ini dalam seabad terakhir, membuat fakta menipisnya cadangan bahan bakar ini tidak bisa kita hindari. Sementara itu, ketika cadangan bahan bakar fosil semakin menipis, kebutuhan atas energi bukannya turun malah semakin hari semakin tinggi. Karena alasan itulah, belakangan ini mulai banyak usaha umat manusia untuk mulai memanfaatkan sumber energi terbarukan dengan lebih maksimal. Sumber energi terbarukan itu bisa berupa tenaga matahari, angin, air, panas bumi, bio massa bahkan gelombang laut. Sebenarnya selain berbagai sumber energi terbarukan seperti yang disebut di atas, masih ada satu sumber energi lain yang sangat potensial menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber energi utama. Sumber energi alternatif pengganti bahan bakar fosil ini bernama hidrogen. Dibandingkan semua energi terbarukan seperti yang disebutkan di atas hidrogen memiliki beberapa keunggulan antara lain ; bahan bakar hidrogen bersifat mobil seperti bahan bakar fosil yang kita kenal selama ini. Bedanya, tidak seperti bahan bakar fosil, pembakaran hidrogen tidak menyebabkan polusi karbon.

Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana dari semua unsur yang ada di alam ini . Tiga perempat dari massa jagat raya ini adalah hidrogen. Di bumi sendiri bentuk hidrogen yang paling umum dikenal adalah air (H2O).

Kebanyakan dari hidrogen yang diproduksi sampai hari ini adalah hidrogen yang didapat dari gas alam (CH4) melalui proses yang disebut "steam

(18)

reforming". Tapi yang lebih potensial untuk dilakukan di masa depan adalah memproduksi hidrogen dari air melalui proses elektrolisis.

Karena bersifat sekunder itulah, untuk tahap awal penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar, kita harus mengkombinasikan penggunaannya dengan bahan bakar primer (hibrida). Jadi fungsi hidrogen lebih sebagai bahan bakar pendamping yang berfungsi membantu mesin mengurangi konsumsi bahan bakar utama. Memadukan teknologi elektrolisis yang menghasilkan hidrogen dari air dengan teknologi pembakaran menggunakan bahan bakar bensin atau solar kepada kendaraan ataupun mesin industri terbukti cukup efektif mengurangi konsumsi bahan bakar fosil .

Selain hidrogen belakangan juga sudah ada bahan bakar alternatif yang ramah akan lingkungan disebut etanol (C2H5OH). Ethanol adalah salah satu

bent merupakan bahan kimia yang diproduksi dari bahan baku tanaman yang mengandung pati seperti ubi kayu, ubi jalar, jagung, dan sagu biasanya disebut dengan bioethanol. Ubi kayu, ubi jalar, dan jagung merupakan tanaman pangan yang biasa ditanam rakyat hampir di seluruh wilayah Indonesia, sehingga jenis tanaman tersebut merupakan tanaman yang potensial untuk dipertimbangkan sebagai sumber bahan baku pembuatan ethanol Penggunaan bahan bakar alternatif harus segera dilakukan terutama yang berbentuk cair, karena masyarakat sudah sangat familiar dengan bahan bakar cair.

1.2 Tujuan Pengujian

1. Untuk mengetahui performansi mesin genset otto menggunakan campuran bahan bakar premium-etanol-hidrogen.

2. Untuk memperoleh komposisi emisi gas buang mesin otto dengan bahan bakar premium-etanol-hidrogen.

1.3Batasan Masalah

1. Bahan bakar yang digunakan dalam percobaan adalah premium 100%, etanol (96%), 100%, premium 50% + etanol (96%) 50% dan premium 50%+ etanol (96%) 50%+ hidrogen 2,5% Mesin otto yang digunakan adalah Mesin Genset Otto 4-langkah merk STARKE Tipe GFH1900LX

(19)

2. Performansi mesin yang diteliti berupa: Daya, Torsi, SFC, Efisiensi Termal, Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) dan Emisi gas buang

3. Alat uji emisi yang digunakan untuk menghitung nilai emisi adalah “Alat Uji Emisi Sukyjung SY-GA401 Gas Analyzer”.

4. Senyawa gas buang yang dikaji adalah karbon monoksida (CO) karbondioksida (CO2), hidrokarbon (HC) dan oksigen (O2).

1.4 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.

b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.

c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium fakultas teknik.

d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.5 Sistematika Penulisan

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahai tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima bab, bab I pendahuluan, berisi latar belakang , tujuan, batasan masalah, metodologi penulisan, dan sistematika penulisan. Bab II tinjauan pustaka, berisi landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian. Bab III metodologi penelitian, berisi metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan di bahas mengenai langkah-langkah pengujian, pengolahan dan analisa data yang akan digunakan untuk menyelesaikan teori dari topik yang akan diangkat. Bab IV analisa data dan pembahasan, pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang diperoleh dari hasil

(20)

pengujian yang telah dilakukan. Bab V kesimpulan dan saran, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran. Daftar pustaka dan lampiran.

(21)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Otto

Motor bakar Otto adalah mesin atau pesawat yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik, yaitu dengan cara merubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi panas, dan menggunakan energi tersebut untuk melakukan kerja mekanik. Energi termal diperoleh dari pembakaran bahan bakar pada masin itu sendiri. Dimana mesin pengkonversi ini memiliki ruang bakar yang dilengkapi dengan busi yang menghasilkan lecutan listrik/api yang berfungsi sebagai pembakar mula campuran bahan bakar yang telah mencapai takanan yang sesuai untuk mengalami pembakar. Mesin otto dilengkapi dengan sebuah karburator. Karburator ini berfungsi untuk mengatur percampuran antar bahan bakar dengan udara kemudian menyemprotkan hasil campuran tersebut kedalam ruang bakar.

Mesin bensin memiliki perbandingan kompresi sekitar 8 : 1 sampai 11 : 1 jauh lebih rendah dibandingkan dengan mesin diesel yang memiliki perbandingan kompresi sekitar 12 : 1 hingga 24 : 1.

2.1.1 Karburator

Karburator pada dasarnya merupakan pipa terbuka dikedua ujungnya,

dalam pipa ini udara bergerak menuju

mesin/ruang bakar. Pipa ini berbentuk venturi, yaitu dari satu ujung permukaannya lebar lalu menyempit dibagian tengah kemudian melebar lagi di ujung satunya. Bentuk ini menyebabkan kecepatan aliran udara meningkat ketika melewati bagian yang sempit.

Pada tipe venturi tetap, diujung karburator dilengkapi dengan katup udara berbentuk kupu-kupu yang disebut sebagai katup gas (throttle valve), yaitu semacam cakram yang dapat berputar untuk menutup dan membuka pergerakan aliran udara sehingga dapat mengatur banyaknya campuran udara/bahan bakar

(22)

yang masuk dalam ruang bakar. Banyaknya campuran udara/bahan bakar inilah yang menentukan besar tenaga dan/atau kecepatan gerak mesin. Pedal gas, atau pada sepeda motor, grip gas dihubungkan langsung dengan katup ini melalui kabel.

2.1.2 Busi

Busi (bougie) adalah suatu suku cadang yang dipasang pada dipasang untuk membakar cara kerja busi itu sendiri iyalah busi tersambung ke tegangan yang besarnya

ribuaignition coil). Tegangan listrik

dari koil pengapian menghasilkan beda tegangan antara elektrode di bagian tengah busi dengan yang di bagian samping. bensin dan udara yang ada di celah merupakan isolator, namun semakin besar beda tegangan, struktur gas di antara kedua elektrode tersebut berubah. Pada saat tegangan melebihi mengalami proses konduktor.

Setelah ini terjadi, arus elektron dapat mengalir, dan dengan mengalirnya elektron, suhu di celah percikan busi naik drastis, sampai 60.000 sangat tinggi ini membuat gas yang terionisasi untuk memuai dengan cepat, seperti ledakan kecil. Inilah percikan busi, yang pada prinsipnya mirip denga

2.1.3_{Alat Pembangkit Tegangan Tinggi}

dan bahan bakar di dalam silinder. Pada motor bensin, loncatan bunga api pada busi diperlukan untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang telah di kompresikan ole

Karena pada bunga api pada busi, maka diperlukan suatu sistem yang berfungsi menghasilkan loncatan bunga api pada busi, untuk beberapa metode diperlukan untuk

(23)

menghasilkan arus tegangan tinggi yang diperlukan untuk proses pembakaran. Sistem pengapian (ignition sistem) pada automobile berfungsi untuk menaikkan tegangan baterai menjadi 10KV atau lebih dengan mempergunakan ignition coil dan kemudian oleh distributor di bagi bagi ke busi melalui kabel tegangan tinggi.

Sistem pengapian konvensional adalah salah satu sistem pengapian baterai pada motor bensin yang masih menggunakan platina untuk memutus hubungkan arus primer koil, yang nantinya bertujuan untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi pada kumparan skunder yang akan disalurkan ke masing masing busi.

Adapun sistem pembakaran konvensional terdiri dari : a.

Menyediakan arus listrik tegangan rendah (biasanya 12 volt) untuk ignation coil.

b. Ignition Coil

Menaikan tegangan yang di terima dari baterai menjadi tegangan tinggi yang diperlukan untuk pengapian di dalam silinder. Lebih spesifiknya ignition coil berfungsi untuk merubah arus listrik 12 volt yang diterima dari baterai menjadi tegangan tinggi (10 KV atau lebih) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada busi.

c. Distributor

Berfungsi membagikan (mendistribusikan) arus tegangan tinggi yang dihasilkan oleh kumparan skunder pada ignation coil ke busi pada tiap-tiap selinder sesuai dengan urutan pengapian(firing order).

Adapun komponen dari alat pembangkit teganggan tinggi dapat kita lihat pada gambar di bawah ini :

(24)

Gambar 2.1 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi Bagian-bagian tersebut terdiri dari:

- Cam (nok)

Membuka Kontak point platina (breaker point) pada sudut

- Platina (breaker point)

Berfungsi Memutuskan hubungkan arus listrik yang mengalir melalui kumparan primer (arus primer) dari ignation coil, yang bertujuan untuk menghasilkan induksi tegangan tinggi pada kumparan skunder ignition coil, yang diperlukan untuk pengapian di masing masing silinder.

- Capasitor (condensor)

Menyerap lompatan bunga api yang terjadi antara pada platina (breaker point) pada saat membuka dengan tujuan menaikan tegangan coil skunder.

- Centrifugal Governor advancer

Berfungsi untuk memajukan saat pengapian sesuai dengan pertambahan putaran mesin. Bagian ini terdiri dari governor weight dan governor spring.

- Vacuum Advancer

Memajukan atau mengundurkan saat pengapian sesuai dengan beban mesin (vacuum Intake manifold) yang bertambah atau berkurang.

- Rotor

Membagikan arus listrik tegangan tinggi yang di hasilkan oleh ignation coil ke tiap-tiap busi.

- Distributor Cap

Berfungsi membagikan arus listrik tegangan tinggi yang telah dibangkitkan di kumparan skunder dari rotor ke kabel tegangan tinggi untuk masing- masing selinder sesuai dengan urutan pengapian.

d. Kabel tegangan tinggi

Mengalirkan arus listrik tegangan tinggi dari ignition coil ke busi. Kabel tegangan tinggi harus mampu mengalirkan arus listrik tegangan tinggi yang dihasilkan oleh ignition coil ke busi melalui distributor tanpa adanya kebocoran. Oleh sebab itu penghantar (core) dibungkus dengan isolator karet yang tebal

(25)

T ₃

4 2

untuk menghindari adanya kebocoran arus listrik tegangan tinggi. Isolator karet tersebut, kemudian dilapisi oleh pembungkus (sheath).

e. Busi

Berfungsi untuk mengeluarkan arus listrik tegangan tinggi menjadi loncatan bunga api melalui elektrodanya. Arus listrik tegangan tinggi dari distributor menimbulkan bunga api dengan temperatur tinggi di antara elektroda tengah dan massa dari busi untuk menyalakan campuran udara dan bahan bakar yang sebelumnya telah di kompresikan.

2.2 Mesin Otto Empat Langkah

Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2-langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4-langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4-langkah dalam dua putaran poros engkol.

Gambar 2.2 P-V dan T-S diagram[ Lit. 17]

 Langkah Isap (0-1): Piston bergerak dari Titik Mati Atas(TMA) menuju Ke Titik Mati Bawah(TMB) dengan katup In membuka, Campuran bahan bakar dan udara masuk ke ruang bakar.

(26)

 Langkah Kompresi (1-2) : Piston bergerak dari TMB menuju TMA dengan kedua katup menutup. Udara dan bahan bakar ditekan sehingga kompresi menjadi tinggi, kemudian busi memercikkan bunga api.

 Langkah Usaha (3-4): Piston bergerak dari TMA menuju Ke TMB karena dorongan daya ledakan dari percikan bunga api busi.

 Langkah Buang (4-1-0): piston bergerak dari TMB menuju Ke TMA dengan Katup Ex membuka, gas sisa pembakaran didorong keluar ke saluran pembuangan.

2.3Performansi Mesin Otto

2.3.1 Torsi dan Daya

Multi meter adalah alat pengukur sebagai VOM (Volt-Ohm meter) yang dapat mengukur besar tegangan, hambatan, maupun kuat arus. Sementara tachometer adalah sebuah alat pengujian yang dirancang untuk mengukur kecepatan rotasi dari sebuah objek, seperti alat pengukur dalam sebua menit (RPM) dari poros engkol mesin. Dengan menggunakan multimeter, voltase dan kuat arus dapat diketehui sehingga daya yag keluar dapat dihitung dengan rumus dibawah ini.

�� =�×�... (2.1)

Dimana :

V = Tegangan (volt) I= Kuat Arus (ampere)

Sedangkan dengan mnegunakan alat ukur tachometer dapat diketahui jumlah putaran mesin sehngga besar torsi dapat dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

PB =

2 . � . �

60 .�... ... (2.2) [Lit. 3 hal 46]

Dimana: PB = Daya keluaran (Watt)

(27)

� = Torsi (N.m)

2.3.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption,sfc) adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya rem dinyatakan dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar (��)dalam satuan kg/jam, maka :

Sfc = �� . 103

�� ... ... (2.3)

dimana: Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). mf = Laju aliran massa bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan berikut: mf = �

. �� . 10−3

�� x 3600 ... (2.4) dimana: � = masa jenis bahan bakar

V_� = Volume bahan bakar yang diuji

�_� = Lama waktu menghabiskan bahan bakar uji (s). 2.3.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

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

AFR = ��

�� ... ... (2.5)

�

=

��(�_��_._�+_��)... ... (2.6)

dimana: �_� = massa udara di dalam silinder per siklus

. . .

(28)

�� = massa bahan bakar di dalam silinder per siklus ṁ_� = laju aliran udara didalam mesin

ṁ_� = laju aliran bahan bakar di dalam mesin �_� = tekanan udara masuk silinder

�_� = temperatur udara masuk silinder � = konstanta udara

�_� = volume langkah (displacement) �_� = volume sisa

2.3.4 Efisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang di bangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya kerugian mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, η_b).

�� = _��_{��}�� _��_{��} ... ... (2.7) [Lit .6 hal 59]

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut: Qin = mf QHVηc ... (2.8)

dimana: mf = laju aliran bahan bakar (kg/h)

QHV = Nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

ηc = efisiensi pembakaran (dalam pengujian diambil 0,97)

2.4Nilai kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV).

Berdasarkan asumsi ikut tindaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.

. .

(29)

Nilai kalor atas (High Heating Value) HHV, merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan bom kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom kalorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. . Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong :

HHV = 33950C + 144200 (H2-�2

8) + 9400 S………...(2.9)[Lit. 1]

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah Low Heating Value, (LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan hidrogen . Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogen.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture).

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

(30)

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)………(2.10)[Lit. 1]

2.5 Bahan Bakar Hidrogen

Hidrogehydrogenium, darihydro:

air, genes: membentuk) adalah

simbol H da berwarna, tidak berbau, bersifat merupaka

2.5.1 Sejarah Bahan Bakar Hidrogen

Gas hidrogen, H2, pertama kali dihasilkan secara artifisial oleh T. Von

Hohenheim (dikenal juga sebagai pencampura terbakar yang dihasilkan oleh Pada tahun, antara diskret dengan mengidentifikasikan gas tersebut dari "udara yang mudah terbakar". Pada tahun 1781 dia lebih lanjut menemukan bahwa gas ini menghasilkan air ketika dibakar. Pada tahun 1783, hydro yang artinya air dan genes yang artinya membentuk) ketika dia da pembakaran hidrogen menghasilkan air.

Hidrogen pertama kali dicairkan oleh dengan menggunakan penemuannya, hidrogen padat setahun kemudian. Desember oleh deuterium menggantikan hidrogen biasa, ditemukan oleh Urey dkk. pada tahun 1932. Salah satu dari penggunaan pertama H2 adalah unt

(31)

udara yang aman dan pada tahun 1 yang diangkat oleh hidrogen. Bangsawan Jerman hidrogen dan kemudian dinamakan tahun 1900. Penerbangan yang terjadwal dimulai pada tahun 1910 dan sampai pecahnya insiden yang serius.

Penerbangan tanpa henti melewati samudra atlantik pertama kali

dilakukan kapal udara Britania

udara dipulihkan pada tahun 1920 dan penemuan cadangan pemerintah Amerika Serikat menolak menjual gas tersebut untuk digunakan dalam penerbangan. Oleh karenanya, gas H2 digunakan di pesawat

yang pada akhirnya meledak di langit Insiden ini ditayangkan secara langsung di radio dan direkam. Banyak yang menduga terbakarnya hidrogen yang bocor sebagai akibat insiden tersebut, namun investigasi lebih lanjut membuktikan sebab insiden tersebut karena terbakarnya salut fabrik oleh keragu-raguan atas keamanan penggunaan hidrogen muncul.

2.5.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Hidrogen

Hidrogen merupakan unsur pertama dalam tabel periodik. Dalam kondisi normal, hidrogen merupakan gas yang tidak berbau dan tidak berwarna yang dibentuk oleh molekul diatomik, H2.

Atom hidrogen, simbol H, dibentuk oleh inti dengan satu unit muatan positif dan satu elektron. Nomor atom hidrogen adalah 1 dan berat atom 1,00797 g/mol. Hidrogen merupakan salah satu unsur utama dalam air dan semua bahan organik serta tersebar luas tidak hanya di bumi tetapi juga di seluruh alam semesta.

Terdapat tiga isotop hidrogen yaitu protium, massa 1, ditemukan di lebih dari 99.985% unsur alami; deuterium, massa 2, ditemukan di alam sekira

(32)

0,015%; dan tritium, massa 3, yang muncul dalam jumlah kecil di alam, tetapi dapat diproduksi secara artifisial oleh berbagai reaksi nuklir.

Hidrogen memiliki berat molekul 2,01594 g. Dalam bentuk gas, hidrogen memiliki kerapatan 0,071 g/l pada 0 ºC dan 1 atm.

Kepadatan relatif hidrogen dibandingkan udara adalah 0,0695. Hidrogen adalah yang paling mudah terbakar dari semua zat yang dikenal.

Atom hidrogen adalah agen reduktif kuat, bahkan pada suhu kamar. Unsur ini bereaksi dengan oksida dan klorida untuk menghasilkan logam bebas.

Tabel 2.1 Properties of Hydrogen and other fuels [Lit 7]

Description Hidrogen Gasoline Methana Etanol LPG Biogas

Density kg/m3 0.081 4.4 0.6512 789 2.24 1.1

Mol. Wt 2.016 107 16.043 46.07 44.1 25.46

Auto ignition temp OC 500 257 537 423 493-549 700

Boiling Point ( OC) at 1 atm -252 25-225 -162 78 -42

Ignition energy in Air (MJ) 0.02 0.24 NA

Flame temp in air ( OC) 2045 2197 1918 1980 1911

Lower flammability limit (vol% in air)

4 1.4 5 4.3 2.2 7.7

Upper flammability (vol% in air)

74 7.6 15 19 9.5 23

Buoyancy: Gas or vapor density relative to air

0.07 2-4% 0.6 1.51 1.51 0.863

Carbon Constituent NA 85-88 75 50-52 82

Hydrogen Constituent 100 12-15% 25 13-15 18

Lower heat of combustion (MJ/kg)

119.93 44.5 50.02 26.9 46 Burning Velocity in air

(m/sec)

2.65-3.25 0.37 NA

Specific Heat Ratio of NTP gas

(33)

Diffusion coefficient in NTP air (cm2 /sec)

0.61 0.005 0.16 0.11

Karakteristik lainnya dari api hidrogen adalah nyala api cenderung menghilang dengan cepat di udara, sehingga kerusakan akibat ledakan hidrogen lebih ringan dari ledakan hidrokarbon. Dalam kasus kecelakaan Hidenburg, dua pertiga dari penumpang pesawat selamat dan kebanyakan kasus meninggal disebabkan oleh terbakarnya bahan bakar diesel yang bocor.

H2 bereaksi secara langsung dengan unsur-unsur oksidator lainnya. Ia bereaksi dengan spontan dan hebat pada suhu kamar dengan klorin dan fluorin, menghasilkan hidrogen halida berupa hidrogen klorida dan hidrogen fluorida.

2.5.3 Hidrolisis Air (H2O)

Elektrolisis air adalah peristiwa pengurain senyawa air (H2O) menjadi

oksigen (O2) dan hidrogen dalam bentuk gas dengan menggunakan arus listrik

yang dialirkan kedalam air tersebut. Pada katode, dua molekul air bereaksi

dengan menangkap dua2 dan ion hidrokida

(OH-). Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion

H+dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat dituliskan sebagai berikut.

2H

O (

l

)

→

2H

(

g

) + O

(

g

)

Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang

dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.

(34)

Gambar 2.3 Elektolisis Air [ Lit 12 ]

2.6 Bahan Bakar Etanol

Bahan bakar etanol adalah ditemukan pada Etanol seringkali dijadikan bahan tambahanbiofuel. Produksi etanol dunia untuk bahan bakar transportasi meningkat 3 kali lipat dalam kurun waktu 7 tahun, dari 17 miliar liter pada tahun 2000 menjadi 52 miliar liter pada tahun 2007. Dari tahun 2007 ke 2008, komposisi etanol pada bahan bakar bensin di dunia telah meningkat dari 3.7% menjadi 5.4%. Pada tahun 2010, produksi etanol dunia mencapai angka 22,95 miliar galon AS (86,9 miliar liter), dengan Amerika Serikat sendiri memproduksi 13,2 miliar galon AS, atau 57,5% dari total produksi dunia. Etanol mempunyai nilai

Etanol digunakan secara luas di negara ini memproduksi 88% dari seluruh jumlah bahan bakar etanol yang diproduksi di dunia. Kebanyakan mobil-mobil yang beredar di Amerika Serikat saat ini dapat menggunakan bahan bakar dengan kandungan eta negara bagian AS. Sejak tahun 1976, pemerintah Brasil telah mewajibkan

(35)

penggunaan bensin yang dicampur dengan etanol, dan sejak tahun 2007, campuran yang legal adalah berkisar bulan Desember 2010 Brasil sudah mempunyai 12 juta menggunakan bahan bakar etanol murni bent dibuat dari tanaman-tanaman yang umum, misalnya da menggantikan bensin yang ada saat ini. Kekhawatiran mengenai produksi dan adanya kemungkinan naiknya harga makanan yang disebabkan karena dibutuhkan lahan yang sangat besar, ditambah lagi energi dan polusi yang dihasilkan dari keseluruhan produksi etanol, terutama tanaman jagung. Pengembangan terbaru dengan munculnya

selulosa, komponen utama pada dinding sel di semua tumbuhan, dapat digunakan untuk memproduksi etanol.

2.6.1 Sejarah Bahan Bakar Etanol

Etanol telah digunakan manusia sejak zaman prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam peninggalan menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan oleh manusia

Etanol dan alkohol membentuk larutan etanol yang mengandung air dengan cara penyulingan biasa hanya mampu menghasilkan etanol dengan kemurnian 96%. Etanol murni (absolut) dihasilkan pertama kali pada tahun menyaring alkohol hasil distilasi melalui

dari

(36)

(1858) adalah salah satu senyawa kimia yang pertama kali ditemukan rumus kimianya.

Etanol pertama kali dibuat secara sintetik pada tahun 1826 secara terpisah oleh Henry Hennel dari Britania Raya dan S.G. Sérullas dari Perancis. Pada tahun 1828, hidrasi etanol industri modern.

Etanol telah digunakan sebagai bahan bakar lampu di Amerika Serikat sejak tahun 1840, namun pajak yang dikenakan pada alkohol industri sem Pajak ini dihapuskan pada tahun 1906 , dan sejak tahun 1908 otomobil pelarangan minuman beralkohol pada tahun 1920, para penjual bahan bakar etanol dituduh berkomplot dengan penghasil minuman alkohol ilegal, dan bahan bakar etanol kemudian ditinggalkan penggunaannya sampai dengan akhir abad ke-20.

2.6.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Etanol

Etanol adalah cairan tak berwarna yang mudah menguap dengan aroma yang khas. Ia terbakar tanpa asap dengan lidah api berwarna biru yang kadang-kadang tidak dapat terlihat pada cahaya biasa.

Sifat-sifat fisika etanol utamanya dipengaruhi oleh keberadaan gugus berpartisipasi ke dalam ikatan hidrogen, sehingga membuatnya cair dan lebih sulit menguap dari pada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama.

Etanol adalah pelarut yang serbaguna, larut didalam air dan pelarut bagi organik lainnya, diantaranya asam asetat, da seperti seperti

(37)

Campuran etanol-air memiliki volume yang lebih kecil daripada jumlah kedua cairan tersebut secara terpisah. Campuran etanal dan air dengan volume yang sama akan menghasilkan campuran yang volumenya hanya 1,92 kali jumlah volume awal. Pencampuran etanol dan air bersifat energi sekitar 777 J/mol dibebaskan pada 298 K.

Campuran etanol dan air akan membentuk perbandingkan kira-kira 89 mol% etanol dan 11 mol% air. Perbandingan ini juga dapat dinyatakan sebagai 96% volume etanol dan 4% volume air pada tekanan normal dan T = 351 K. Komposisi azeotropik ini sangat tergantung pada suhu dan tekanan. Ia akan menghilang pada temperatur di bawah 303 K.

Gambar 2.4 Bentuk Molekul Etanol [Lit 13]

Ikatan hidrogen menyebabkan etanol murni sangat sedemikiannya ia akan menyerap air dari udara. Sifat gugus hidroksil yang polar menyebabkannya dapat larut dalam banyak senyawa ion, utamanya karbon nonpolar, ia juga larut dalam senyawa nonpolar, meliput kebanyaka

Penambahan beberapa persen etanol dalam air akan menurunkan yang lebih dari 50% etanol bersifat mudah terbakar dan mudah menyala. Campuran yang kurang dari 50% etanol juga dapat menyala apabila larutan tersebut dipanaskan terlebih dah (pada λ=589,3 nm dan 18,35 °C).

(38)

2.6.3 Proses Pembuatan Etanol

Pada awalnya Langkah dasar yang dibutuhkan untuk memproduksi etanol adalah

Sebelum dilakukan fermentasi, beberapa tanaman membutuhka

Hidrolisis selulosa disebut sebagai amilum menjadi gula. Berikut merupakan langkah-langkah proses produksi bahan bakar etanol.

1. Fermentasi

Etanol diproduksi dengan cara mikroba saat ini hanya bisa dilakukan langsung pada gula. 2 komponen utama dalam tanaman, diubah menjadi gula melalui fermentasi. Sekarang ini, hanya gula (contohnya tebu) dan amilum (contohnya jagung) yang masih bernilai ekonomis jika dikonversi.

2. Distilasi

Jika etanol ingin digunakan sebagai bahan bakar, maka sebagian besar kandungan airnya harus dihilangkan dengan cara etanol setelah didistilasi masih sekitar 95-96%. (masih ada kandungan airnya 3-4%). Campuran ini dinamakan etanol hidrat dan bisa digunakan sebagai bahan bakar, tapi tidak bisa dicampur sama sekali dengan bensin. Jadi, biasanya kandungan air dalam etanol hidrat dibuang habis terlebih dahulu dengan pengolahan lainnya sehingga baru bisa dicampurkan dengan bensin.

3. Dehidrasi

Pada dasarnya ada 5 tahap proses dehidrasi untuk membuang kandungan air dalam campuran etanol yang sudah digunakan di banyak pabrik etanol sejak dulu, adalah proses yang disebut menambahka ditambahkan, maka akan membentuk campuran azeotropik heterogen. Hasil akhirnya nanti adalah etanol anhidrat dan campuran uap dari air dan

(39)

sikloheksana/benzena. Ketika dikondensasi, uap ini akan menjadi cairan. Metode lama lainnya yang digunakan adalah dengan cara menambahkan komponen terner dalam etanol hidrat sehingga akan meningkatkan ketidakstabilan relatif etanol tersebut. Ketika campuran terner ini nantinya didistilasi, maka akan menghasilkan etanol anhidrat.

Saat ini penelitian juga sedang mengembangkan metode pemurnian etanol dengan menghemat energi. Metode yang saat ini berkembang dan mulai banyak digunakan oleh pabrik-pabrik pembuatan etanol adalah penggunaa ini, uap etanol bertekanan melewati semacam tatakan yang terdiri dari butiran saringan molekul. Pori-pori dari dari saringan ini dirancang untuk menyerap air. Setelah beberapa waktu, saringan ini pun divakum untuk menghilangkan kandungan air di dalamnya. 2 tatakan biasanya digunakan sekaligus sehingga ketika satu sedang dikeringkan, yang satunya bisa dipakai untuk menyaring etanol.

2.7 Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah polutan yang mengotori udara yang dihasilkan oleh gas buang mesin itu sendiri. Polutan yang lazim terdapat pada gas buang yaitu carbonmonoksida (CO), hydrocarbon (HC), dan nitrogen oksida (NO x ) serta partikel – partikel lainnya.

1. CO (Carbon Monoksida)

CO adalah gas yang tidak berbau, tidak berasa, dan sukar larut dalam air. Gas CO dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar yang terjadi akibat kekurangan oksigen atau udara dari jumlah yang diperlukan.gas CO ini bersifat racun bagi tubuh karena bila masuk ke dalam darah, CO dapat bereaksi dengan Hemoglobin (Hb) untuk membentuk karboksihemoglobin (COHb). Bila reaksi tersebut terjadi, maka kemampuan darah mengangkut O2 untuk kepentingan

pembakaran dalam tubuh akan menjadi berkurang hal ini disebabkan kemampuan Hb untuk mengikat CO jauh lebih besar dibandingkan kemampuan Hb untuk mengikat O 2 . Persentase CO sebanyak 0,3 % sudah merupakan racun yang sangat berbahaya karena apabila terhirup selama setengah jam secara terus

(40)

menerus dapat mengakibatkan kematian. Selain itu kandungan COHb dalam darah dapat mengakibatkan terganggunya sistem urat syaraf dan fungsi tubuh pada konsentrasi rendah (2 – 10 %) antara lain : penampilan agak tidak normal, mempengaruhi sistem syaraf sentral, reaksi panca indera tidak normal, benda kelihatan agak kabur, perubahan fungsi jantung dan pulmonari. Jika terdapat konsentrasi tinggi COHb dalam darah (> 10 %) dapat mengakibatkan kematian. Pengaruh konsentrasi gas CO di udara sampai dengan 100 ppm terhadap tanaman

hampir tidak ada, khususnya pada tanaman tingkat tinggi. Bila konsentrasi gas CO di udara mencapai 2000 ppm dan waktu kontak lebih dari 24 jam, akan mempengaruhi fiksasi nitrogen oleh bakteri bebas yang ada pada lingkungan terutama yang terdapat pada akar tanaman. Besarnya emisi gas CO untuk mesin bensin yang menggunakan karburator berkisar antara 1,5% – 3,5% dan untuk mesin yang menggunakan EFI (Electronic Fuel Injection) berkisar antara 0,5% - 1,5%. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bensin terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi apabila campuran udara dan bahan bakar lebih gemuk dari campuran stoichiometric, dan dapat terjadi selama idling, pada beban rendah dan output maksimum

2. HC (Hydrocarbon)

HC adalah gas yang merupakan ikatan unsur dari carbon dan hydrogen. Sumber penghasil utama gas HC pada kendaraan bermotor adalah uap bahan bakar yang belum terbakar sempurna dan hidrokarbon yag hanya bereaksi sedikit dengan oksigen yang ikut keluar bersama dengan gas buang. Jika campuran udara bahan bakar tidak terbakar sempurna didekat dinding silinder dimana apinya lemah dan suhunya rendah. Hidrokarbon dapat keluar tidak hanya kalau campuran udara bahan bakarnya gemuk, tetapi bisa saja kalau campurannya kurus seperti grafik di atas. Kepekatan gas buang yang sangat tinggi dapat merusak system pernapasan manusia.

3. NO x (Nitrogen Oksida)

NO x adalah emisi yang dihasilkan oleh pembakaran yang terjadi pada temperature tinggi. NO x akan bertambah pada motor dengan perbandingan

(41)

kompresi tinggi dan campuran bahan bakar dengan udara yang kurus. NO x dapat menyebabkan kerusakan pada paru-paru.

(42)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan bengkel Toyota Auto2000 SM Raja selama kurang lebih 3 bulan.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

3.2.1.1 Alat Pendukung Pengujian

Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari: 1. Bom Kalori Meter

Gambar 3.1 Bom Kalori Meter

Bom kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (O2 berlebih)

(43)

2. Genset STARKE Tipe GFH1900LX

Gambar 3.2 Genset STARKE Tipe GFH1900LX Spesifikasi :

• Capacity : 900 Watts/ 220V/ 50Hz

• Tank Capacity : 6 L

• DC Current : 12V/ 8.3A

• Starter : Manual

• Peak Power : 1,3 KW

• Rate Power : 1,0 KW

• Power Faktor : 1,0

• Noise Level 7 m distance : 63 dB

• Mesin : 3.0 Hp air Cooled OHV/ 3600 rpm

• Bore: 55 mm

• Stroke: 40 mm

• Vd : 95 × 10−6 �3

• Vc : 10 × 10−6 �3

• Rasio kompresi: 10,5 : 1

• Jumlah Silinder: 1 Silinder

• Operation Time : 7 Hours

• Weight : 26 Kg

(44)

3. Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401

Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401 Spesifikasi:

• Model No : SY-GA401

• Measuring Range : CO : 0.00 – 9.99%

HC : 0-9999 ppm

CO2 : 0.0- 20.0 %

O2 : 0.0- 25.0 %

λ : 0- 2.000

AFR: 0.0 – 99.0

• Operating Temp : 0- 40 oC

(45)

4. Tachometer

Gambar 3.4 Tachometer

Tachometer merupakan alat untuk mengukur jumlah putaran yang akan di hasilkan mesin.

Spesifikasi:

• Display Counts : 99.999 counts LCD

• Range rpm : 5 to 99.999

• Ft/min : 0.2 to 6560

• M/min : 0.05 to 1999.9

• Basic Accuracy : ±0.05% ±1d

• Max RPM Resolution (rpm) : 0.1 5. Timbangan Digital

(46)

Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dari bahan bakar yang akan di uji.

6. Multi meter

Gambar 3.6 Multi meter Spesifikasi:

• Power Supply : 2 x AA 1.5V Battery

• Dimension : 180 x 89 x 51.1mm

AC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-3.0+3, 0.1Mv to 1,000V

• DC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-1.0+10, 0.1Mv to 1,000V

• AC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 ,0.1UA to 10A

• DC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 0.1UA to 10A

• Capacitance : 50nF/ 200Nf / 2Uf / 20Uf / 200Uf / 20Mf ,+/-2%+5, 0.01nF

• Resistance :400 / 4K / 40K / 400K / 4M / 40M Ohm, +/-0.5%+3, 0.1 ohm

(47)

Gambar 3.7 Stop Watch

Stop watch digunakan untuk menghitung lama waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 30 gram bahan bakar dari setiap variasi bahan uji yang sudah disediakan.

8. Bola lampu pijar 100 watt

Bola lampu pijar 100 Watt sejumlah 12 buah lampu digunakan sebagai beban ketika proses pengujian berlangsung.

9. Saluran udara modifikasi

(48)

Adapun tujuan pengunaan alat ini adalah untuk mencegah larinya atau lepasnya bahan bakar hidrogen ke lingkugan sebelum masuk ke ruang bakar. Sehinga sesuai dengan harapan kita, udara dan bahan bakar hidrogen dapat masuk secara bersama-sama melalui saluran hawa.

3.2.1.2 Alat Pendukung Proses Pembuatan Bahan Bakar

Adapun alat pendukungdalam proses pembuatan adalah : 1. Alat Hidrolisis

Gambar 3.9 Alat Hidrolisis

Adapun perinsip kerja alat hidrolisis ini adalah dengan mengalirkan listrik searah ke lempengan katoda dan lempengan anoda dalam wadah atau bejana yang berisi air sehinga terjadi reaksi redoks yaitu pemisahan air (H2O)

menjadi unsur H2 dan O2. Unsur inilah yang di tangkap untuk digunakan sebagai bahan bakar.

Adapun bagian-bagian dari alat hidrolisis adalah : 1. Tabung hidrolisis

Tabung ini diharapkan mampu terhadap tekanan dan tahan terhadap panas karena ketika proses elektrolisis berlangsung tabung akan terisi oleh tekanan dari gas itu seniri dan temperatur air juga akan meningkat.

(49)

2. Elektroda

Elektroda terbagi atas dua kutub, kutub anoda dan kutub katoda pada dua kutub inilah nantinya akan dialirkan arus searah untuk mengelektolisis air. Untuk menghasilkan plat anoda dan plat katoda yang mampu tahan terhadap korosi sebaiknya digunakan bahan dari

stainless steel. 3. Kabel Tunggal

Fungsi dari kabel ini adalah untuk menghubungkan elektroda dengan sumber arus. Pengunaan kabel tunggal digunakan untuk mencegah terjadinya terbakarnya kabel karena besarnya arus yang akan dihantarkan kabel tersebut.

4. Ring, Mur, dan Karet isolator

Ring dan mur berfungsi sebagai terminal elektroda sedangkan karet isolator digunakan untuk mencegah terjadinya arus pendek.

5. Selang Bertekanan

Alat ini berfungsi sebagai saluran untuk memindahkan hidrogen dari tabung elektrolisis kedalam tabung mineral sebagai wadah penyimpanya.

6. Katub udara

Katub ini berfungsi sebagai pemutus dan penyambung tabung elektrolisis dengan wadah tempat penyimpan hidrogen.

7. Air dan Soda Kue ( Natrium Karbonat)

Adapun fungsi dari air adalah sebagai media yang dieletrolisis sedangkan fungsi dari soda kue atau natrium karbonat adalah sebagai katalis( mempercepat proses elektrolisis air).

8. Batrai charger

Fungsi dari alat ini dalah sebagai alat penyedia arus searah yang digunakan ketika proses elektrolisis berlangsung.

(50)

1. Plat stainless stell diukur dan dipotong sesuai dengan panjang dan lebar diameter tabung.

2. Ke-empat sisi plat saitnless stell dilubangi sehingga baut bisa masuk sebagai pengikat rangkaian plat stainless stell.

3. Plat stainless stell dirangkai sesuai dengan funsinya sebagai anoda dan katoda mengunakan mur, baut, dan karet isolator

4. Tutup tabung dilubangi sesuai dengan lebar diameter elbow dan diameter kabel tunggal.

5. Tutup yang sudah dipasang elbow dan kabel tunggal diberi lem agar hidrogen yang dihasilkan tidak lepas ke udara.

6. Plat stainless steel yang sudah di rakit dihubungkan dengan kabel tunggal yang sudah merekat dengan tutup tabung.

7. Tinggi plat stainless steel diatur agar tidak bersentuhan dengan sisi tabung.

8. Elbow yang sudah dipasang pada tutup tabung dihubungkan dengan selang bertekanan.

9. Selang bertekanan yang terhubung dengan elbow diikat dengan kleman agar hidrogen yang dihasilkan tidak lepas ke lingkungan. 10.Tabung elektrolisis diisi dengan air sesuai dengan batas paling atas

plat stainless steel.

11.Air pada tabung dicampur dengan soda kue (natrium karbonat). 12.Tabung elektrolisis ditutup dengan tutup tabung.

13.Tabung elektrolisis diuji apakah mengalami kebocoran atau tidak.

(51)

Gambar 3.10 Wadah Penampungan Hidrogen

Gas hidrogen yang dihasilkan oleh tabung elektrolisis terlebih dahulu ditampung dalam wadah yang terbuat dari wadah bekas air mineral ukuran 150 ml. Hal ini bertujuan agar ketika proses pengujian berlangsung bahan bakar hidrogen dapat segera digunakan tanpa harus menunggu proses elektrolisis itu sendiri yang memakan waktu yang cukup lama. Selain itu wadah yang kita gunakan haruslah wadah yang tahan terhadap tekanan 1 bar dan ukuran 150 ml.

Adapun bagian-bagian dari wadah penampungan itu adalah sebagai berikut :

1. Botol mineral 150 ml

Botol yang digunakan sebagai wadah adalah botol mineral bekas dengan ukuran 150 ml dan tahan terhadap tekanan 1 bar.

2. Katup Udara

Gambar 3.11 Katup Udara

Fungsi dari katup udara inilah untuk memutus dan menyambungkan wadah penampungan dengan tabung elektrolisis tanpa harus ada terbuangnya gas hidrogen ke udara.

(52)

3. Regulator

Gambar 3.12 Regulator

Regulator berfungsi untuk mengatur tekanan keluaran hidrogen dari tempat penampungan menuju intake manifold.

Spesifikasi :

• Tipe : AR20-02 Steins fluida gas

• Ukuran maksimum : 150 psi

• Ukuran minimum pengukuran : 0 psi

4. Manometer

Gambar 3.13 Manometer

Manometer digunakan untuk mengetahui tekanan hidrogen dalam wadah penampungan. manometer juga dapat menjadi acuan terisi atau kosongnya hidrogen dalam wadah tempat penampungan.

3.2.2 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar premium, etanol 96% dan gas hidrogen. Dengan komposisi :

(53)

 etanol (96%) 100%

 premium 50% + etanol(96%) 50%

 (premium 50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%

Untuk mempermudah proses pembacaan maka bahan bakar diatas dilakukan peyimbolan. Untuk bahan bakar premium disimbolkan menjadi P sedangkan bahan bakar etanol dengan kemurnian 96% disimbolkan menjadi E, dan untuk bahan bakar hidrogen disimbolkan dengan H.

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

1. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing pengujian.

2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik bahan bakar yang digunakan dalam pengujian

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian

Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1. Torsi motor ( T )

2. Daya motor ( N )

3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Rasio udara bahan bakar (AFR) 5. Efisiensi thermal

6. Emisi gas buang

Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar

2. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Premium 100% 3. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Etanol 100%

4. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Premium50% + Etanol50%

(54)

5. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar campuran (Premium 50% + Etanol 50%) 97,5% + Hidrogen 2,5%

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Mesin

Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

Pada pengujian ini akan diteliti performansi mesin otto serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan dalam 6 variasi jumlah lampu, yaitu : 2 lampu, 4 lampu, 6 lampu, 8 lampu, 10 lampu dan 12 dengan menghabiskan 30 gr bahan bakar.

Pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.

2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar ditimbang sebanyak 30 gr.

3. Memulai pengujian dengan menghidupkan rilai 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama).

4. Menghidupkan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar 30 gr habis.

5. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.

6. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.

7. Mencatat waktu yang diperlukan dalam menghabiskan bahan bakar.

8. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.

9. Mengulang pengujian dengan bahan bakar premium 100%, etanol (96%) 100%, premium50% + etanol(96%)50%, (premium50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%

(55)

Sementara untuk campuran yang mengandung hidrogen langkah pengujian adalah sebagai berikut:

1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.

2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar cair ditimbang dengan timbangan digital seberat 29,27 gr.

3. Mengatur keluaran hidrogen lewat regulator.

4. Memulai pengujian dengan menghidupkan rilei 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama) dan secara bersamaan membuka katup keluaran hidrogen.

5. Menghidupkan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar habis.

6. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.

7. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.

8. Mencatat waktu yang diperlukan dalam menghabiskan bahan bakar.

9. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.

10.Mengulang pengujian dengan bahan bakar premium 100%, etanol (96%) 100%, premium50% + etanol(96%)50%, (premium50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%.

(56)

Untuk lebih ringkasnya prosedur pengujian performansi yang dilakukan dapat dilihat melalui melalui diagram alir di bawah ini :

Gambar 3.14 Diagram alir pengujian performansi mesin otto generator set

3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat Sukyong SY-GA 401. Pengujian ini dilakukan dengan tujuan agar gas buang yang dihasilkan mesin diketahui kadar emisinya. Prosedur pengujian dapat dilihat melalui diagram alir berikut ini :

Mulai

• Jumlah beban lampu: n lampu

• Massa bahan bakar = 30 gr

Mengulang pengujian dengan beban jumlah lampu yang berbeda

selesai Kesimpulan

• Mencatat putaran

• Mencatat tegangan

• Mencatat kuat arus

(57)

Gambar 3.15 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang 3.8 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.

Peralatan yang digunakan meliputi :

● Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom

● Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.

● Tabung gas oksigen.

● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang

dimasukkan ke dalam tabung bom.

● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.010

● Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

● Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

• Mengulang pengujian dengan variasi beban jumlah lampu yang berbeda

Selesai

• Tekan tombol power yang ada di belakang

Kesimpulan

• Pilih opsi official test

• Tunggu sampai “auto zero” mengkalibrasi alat dan layar menunjukkan tampilan ECC TST

• Pasang probe tester ke ujung knalpot

(58)

● Pengatur penyalaan (skalar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai

penyala pada tabung bom.

● Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

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

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.

2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.

3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan

berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat.

5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).

6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus

listrik.

9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan pengaduk.

10.Menghubungkan dan mangatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11.Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.

12.Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.

13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.

14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.

15.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingan setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.

(59)

16.Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.

(60)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan oleh mesin Genset STARKE Tipe GFH1900LX menggunakan komposisi bahan bakar P 100%, E 100%, P50% + E50%, dan ( P50% + E50%) 97,5% + H 2,5% dapat dihitung dengan rumus :

� =�×� ... (4.1) dimana:

P = Daya Keluaran (watt)

V = Tegangan (volt) I = Kuat arus (ampere)

4.1.1 Besarnya daya dengan menggunakan bahan bakar P 100%

• Jumlah beban = 2 ⇒ Putaran 4330 rpm

� =�×� � = 252 × 0,8 � = 201,6 ��

• Jumlah beban = 4 ⇒ Putaran 4410 rpm

� =�×� � = 251 × 1,60 � = 401,6 ��

• Jumlah beban = 6 ⇒ Putaran 4510 rpm

� =�×� � = 253 × 2,4 � = 607,2 ��

• Jumlah beban = 8 ⇒ Putaran 4600 rpm

� =�×� � = 252 × 3,2 � = 806,4 ��

• Jumlah beban = 10⇒ Putaran 4690 rpm

(61)

� = 252 × 4 � = 1008 ��

• Jumlah beban = 12 ⇒ Putaran 4560 rpm

� =�×� � = 225 × 4,5 � = 1012,5 ��

Tabel 4.1 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P100% Bahan

Bakar

Parameter Uji

Jumlah Beban (lampu 100 Watt)

2 4 6 8 10 12

P100%

n (rpm) 4330 4410 4510 4600 469

0 4560 V (volt) 252 251 253 252 252 225 I (Ampere) 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,5 P (Watt)

201, 6

401, 6

607, 2

806, 4

100 8

1012, 5 4.1.2 Besar daya dengan menggunakan bahan bakar E100%

• Jumlah beban = 2 ⇒ Putaran 4160 rpm

� =�×� � = 250 × 0,8 � = 200 ��

• Jumlah beban = 4 ⇒ Putaran 4200 rpm

� =�×�

� = 250 × 1,63 � = 407,5 ��

• Jumlah beban = 6 ⇒ Putaran 4250 rpm

� =�×� � = 250 × 2,5 � = 625 ��

• Jumlah beban = 8 ⇒ Putaran 4128 rpm

� =�×� � = 225 × 2,83

(62)

� = 636,75 ��

• Jumlah beban = 10⇒ Putaran 4051 rpm

� =�×� � = 189 × 3,48 � = 657,72 ��

• Jumlah beban = 12 ⇒ Putaran 3862 rpm

� =�×� � = 160 × 4,1 � = 656 ��

Tabel 4.2 Daya pengujian menggunakan bahan bakar E100% Bahan

Bakar

Parameter Uji

Jumlah Beban ( lampu100 Watt)

2 4 6 8 10 12

E100%

n (rpm) 416

0 4200 425

0 4128 4051

386 2

V (volt) 250 250 250 225 189 160

I (Ampere) 0,8 1,63 2,5 2,83 3,48 4,1

P(Watt)

200

407,

5 625

636,7 5

657,7

2 656

4.1.3 Besar daya dengan menggunakan bahan bakar P50% + E50%

• Jumlah beban = 2 ⇒ Putaran 4280 rpm

� =�×� � = 250 × 0,81 � = 202,5 ��

• Jumlah beban = 4 ⇒ Putaran 4329 rpm

� =�×� � = 251 × 1,62 � = 406,62��

• Jumlah beban = 6 ⇒ Putaran 4352 rpm

� =�×� � = 250 × 2,48 � = 620 ��

(63)

• Jumlah beban = 8 ⇒ Putaran 4370 rpm

� =�×� � = 250 × 3,28 � = 820 ��

• Jumlah beban = 10⇒ Putaran 4169 rpm

� =�×� � = 220 × 3,8 � = 1000,46 ��

• Jumlah beban = 12 ⇒ Putaran 4024 rpm

� =�×� � = 194 × 4,3 � = 834,2 ��

Tabel 4.3 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P 50% + E50% Bahan

Bakar

Parameter Uji

Jumlah beban ( lampu 100 Watt )

2 4 6 8 10 12

P50% + E50%

n (rpm)

4280 4329

435 2

437 0

416

9 4024

V (volt) 250 251 250 250 220 194

I (Ampere) 0,81 1,62 2,48 3,28 3,8 4,3

P (Watt)

202, 5

406,6

2 620 820 836

834, 2 4.1.4 Besar daya dengan menggunakan bahan bakar (P50% + E50%)97,5 +

H 2,5%

• Jumlah beban = 2 ⇒ Putaran 4305 rpm

� =�×� � = 251 × 0,82 � = 205,82 ��

• Jumlah beban = 4 ⇒ Putaran 4360 rpm

� =�×� � = 250 × 1,7 � = 425��

(64)

� =�×� � = 251 × 2,56 � = 642,56 ��

• Jumlah beban = 8 ⇒ Putaran 4430 rpm

� =�×� � = 250 × 3,3 � = 825 ��

• Jumlah beban = 10⇒ Putaran 4235 rpm

� =�×� � = 231 × 4 � = 924 ��

• Jumlah beban = 12 ⇒ Putaran 4180 rpm

� =�×� � = 204 × 4,35 � = 887,4 ��

Tabel 4.4 Daya pengujian menggunakan bahan bakar (P50% + E50%)97,5% + H2,5%

Bahan Bakar Paramet er Uji

Jumlah beban (lampu 100 Watt)

2 4 6 8 10 12

(P50% + E50%)97,5% +

H2,5%

n (rpm)

4305

436

0 4400

443

0 4235 4180

V (volt) 251 250 251 250 231 204

I (Ampere

) 0,82 1,7 2,56 3,3 4 4,35

P (Watt)

205,

82 425

642,

56 825 924

887, 4

Perbandingan besar daya dengan beban untuk masing-masing variasi bahan bakar dapat kita lihat pada tabel di bawah ini :

(65)

Gambar 4.1 Grafik Daya (watt) VS Beban(@100watt)

Perbandingan harga daya dan putaran untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi bahan bakar dapat dilihat pada gambar berikut:

Gambar 4.2 Grafik Daya (watt) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar

Berdasarkan percobaaan diatas untuk percobaan dengan mengunakan etanol 96% murni tanpa campuran diperoleh daya yang cenderung tidak mengalami kenaikan yang siknifikan setelah mencapai daya sebesar 625 Watt pada pembebanan 6 lampu hal ini menunjukan ketidak mampuan bahan bakar untuk mensuplai kerja mesin itu sendiri. Hal ini juga di pengaruhi oleh jumlah kalori bahan bakar etanol yang rendah.

Pencampuran bahan bakar etanol dan premium dengan persentase sebesar 50% mampu meningatkan daya hingga 820 Watt dengan pembebanan 8 lampu namun cenderung tidak mengalami peningkatan siknifikan setelah pembebanan 8 lampu tersebut.

(66)

Penambahan bahan bakar hidrogen sebesar 2,5% terhadap bahan bakar campuran premium dan etanol sebesar 97,5% mampu meningkatkan daya hingga mencapai 924 watt namun daya tersebut diperoleh pada pembebanan 8 lampu.

Pengunaan bahan bakar premium murni pada perconbaan ini juga menunjukan bahwa premium mampu menghasilkan daya sebesar 1008 Watt pada pembebanan 10 lampu dan cenderung tidak meningkat pada pembebanan 12 lampu. Hal ini menunjukan bahwa bahan bakar premium menghasilkan daya terbesar jika dibandingkan dengan pengunaan bahan bakar etanol, etanol dicampur dengan premium, dan dengan penambahan hidrogen sebesar 2,5%..

4.2 Torsi

Adapun rumus untuk menghitung besarnya torsi mesin dari masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran yaitu:

�

=

2��

�

... (4.2)

�

=

60�

2�� ... (4.3)

dimana:

P = Daya keluaran(Watt) n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (Nm)

4.2.1 Besar torsi dengan menggunakan bahan bakar P 100%  Untuk P =201,6 watt ⇒ n= 4330 rpm

�= 60� 2��

� =60 × 201,6 2�4330 �= 0,4448��

 Untuk P = 401,6 watt ⇒ n= 4410 rpm

�= 60� 2��

(67)

� =60 × 401,6 2�4410 �= 0,87005 ��

 Untuk P = 607,2 watt ⇒ n= 4510 rpm

�= 60� 2��

� =60 × 607,2 2�4510 �= 1,28631 ��

 Untuk P = 806,4 watt ⇒ n= 4600 rpm

�= 60� 2��

� =60 × 806,4 2� 4600 �= 1,67488 ��

 Untuk P = 1008 watt ⇒ n= 4690 rpm

�= 60� 2��

�= 60 × 1008 2� 4690 �= 2,05342 ��

 Untuk P = 1012,5 watt ⇒ n= 4560rpm

�= 60� 2��

� =60 × 1012,5 2�4560 �= 2,121396 ��

Tabel 4.5 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar P100% Baha n Bakar Parameter Performan si

Jumlah beban (lampu 100 Watt)

2 4 6 8 10 12

P100 %

n (rpm) 4330 4410 4510 4600 4690 4560

P (Watt) 201,

6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

T (Nm) 0,44

48 0,8700 5 1,2863 1 1,6748 8 2,0534 2 2,12139 6

(1)

139

LAMPIRAN

(2)

Tabel perbandingan daya tiap bahan bakar

Bahan Bakar Parameter Uji Jumlah lampu (@100 Watt)

2 4 6 8 10 12

P100%

n (rpm) 4330 4410 4510 4600 4690 4560 V (volt) 252 251 253 252 252 225 I (Ampere) 0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,5 P (Watt) 201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

E100%

n (rpm)

4160 4200 4250 4128 4051 3862

V (volt)

250 250 250 225 189 160

I (Ampere)

0,8 1,63 2,5 2,83 3,48 4,1

P

(Watt)

200 407,5 625 636,75 657,72 656

P50%

+E50%

n (rpm)

4280 4329 4352 4370 4169 4024

V (volt)

250 251 250 250 220 194

I (Ampere)

0,81 1,62 2,48 3,28 3,8 4,3

P

(Watt)

_202,5

406,6

2 620 820 836 834,2

(P50%+E50

%)97,5%

+ H2,5%

n (rpm)

4305 4360 4400 4430 4235 4180

V (volt)

251 250 251 250 231 204

I (Ampere)

0,82 1,7 2,56 3,3 4 4,35

(3)

141

Tabel perbandingan Torsi tiap bahan bakar

Bahan

Bakar

Parameter

Performa

nsi

Jumlah lampu (@100 Watt)

2

4

6

8

10

12 P100%

n (rpm)

4330 4410 4510 4600 4690 4560

P (Watt)

201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

T (Nm)

0,4448

3 0,87005

1,2863 1

1,6748 8

2,0534 2

2,1213 9

E100%

n (rpm)

4160 4200 4250 4128 4051 3862

P (Watt)

200 407,5 625 636,75 657,72 656

T (Nm)

0,4593

0,92697 9

1,4050 2

1,4737 4

1,5512 0

1,6228 6

P50%+E50

%

n (rpm)

4280 4329 4352 4370 4169 4024

P (Watt)

202,5 406,62 620 820 836 834,2

T (Nm)

0,4520

0,89741 4

1,3611 1

1,7927 6

1,9158 7

1,9806 3

(P50%+E5

0%)97,5

%+

H2,5%

n (rpm)

4305 4360 4400 4430 4235 4180

P (Watt)

205,82 425 642,56 825 924 887,4

T (Nm)

0,4567

7 0,93131

1,3952 5

1,7792 7

2,0845 4

2,0283 1

(4)

Tabel perbandingan Sfc tiap bahan bakar

Bahan Bakar

Parameter

Performans

i

Jumlah lampu (@100 Watt)

2

4

6

8

10

12 P100%

n (rpm)

4330 4410 4510 4600 4690 4560

m

( kg/jam)

0,61363 6

0,71052 6

0,79411

8 0,80597

0,93103

4 1

P

(w)

201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

Sfc(g/Kw

jam)

3043,83 1

1769,23 9

1307,83

5 999,467

923,645 3

987,654 3

E100%

n (rpm)

4160 4200 4250 4128 4051 3862

m

( kg/jam)

0,864

0,94736 8

1,10204

1 1,241379

1,28571 4

1,31707 3

P

(w)

200 407,5 625 636,75 657,72 656

Sfc(g/Kw

jam)

4320 2324,83

1763,26

5 1949,555

1954,80 5

2007,73 3

P50%+E50%

n (rpm)

4290 4380 4475 4550 4610 4493

m

( kg/jam)

0,82442 7

0,90756

3 1,08 1,2

1,25581 4

1,30120 5

P

(w)

202,5 406,62 620 820 836 834,2

Sfc(g/Kw

jam)

4071,24 7

2231,96 8

1741,93

5 1463,415 1502,17

1559,82 4

(P50%+E50

%)97,5%+

H2,5

n (rpm)

4305 4360 4400 4430 4235 4180

m

( kg/jam)

0,81818 2

0,89256 2

1,04854

4 1,173913

1,22727 3

1,27058 8

P

(w)

205,82 425 642,56 825 924 887,4

Sfc(g/Kw

jam)

3975,23

2100,14 6

1631,82

2 1422,925

1328,21

(5)

143

Tabel perbandingan AFR tiap bahan bakar

Bahan

Bakar

Parameter

Perform

ansi

Jumlah lampu (@100 Watt)

2

4

6

8

10

12 P100%

n (rpm)

4330 4410 4510 4600 4690 4560

P (Watt)

201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

ṁ

a

(kg/jam)

10,0857

10,085

7 10,0857 10,0857 10,0857 10,0857

ṁf

(kg/jam)

0,6136 3

0,7105

2 0,79412

0,8059 7

0,9310

3 1

AFR 16,436 14,194

7 12,7005 12,5137 10,8328 10,0857

E100%

n (rpm)

4160 4200 4250 4128 4051 3862

P (Watt)

200 407,5 625 636,75 657,72 656

ṁ

a

(kg/jam)

10,0857

10,085

7 10,0857 10,0857 10,0857 10,0857

ṁf

(kg/jam) 0,864

0,9473

6 1,10204

1,2413 8 1,2857 1 1,31707 3

AFR 11,673

10,646

0 9,15183

8,1245 8 7,8444 3 7,65765 8

P50%

+

E50%

n (rpm)

4280 4329 4352 4370 4169 4024

P (Watt)

202,5 406,62 620 820 836 834,2

ṁ

a

(kg/jam)

10,085

7 10,0857 10,0857 10,0857 10,0857 10,0857

ṁf

(kg/jam)

0,8244 3

0,9075

6 1,08 1,2

1,2558 1

1,30120 5

AFR 12,233

11,112

9 9,33861 8,40475

8,0312 0 7,75104 4 (P50%+E5%) 97,5% + H2,5%

n (rpm)

4305 4360 4400 4430 4235 4180

P (Watt)

205,82 425 642,56 825 924 887,4

ṁ

fh

(kg/jam)

0,0198 8

0,0216

9 0,0255 0,02853

0,0298 2 0,03087 5 ṁ

a

(kg/jam)

10,065 8 10,064

0 10,0602 10,0572

10,055 9 10,0548 2 ṁf (kg/jam) 0,8181 8 0,8925

6 1,048544 1,17391

1,2272 7

1,27058 8 AFR 12,306 11,275 9,59446 8,5672 8,1936 7,9135

(6)

Tabel perbandingan Efisiensi Thermal tiap bahan bakar

Bahan Bakar

Parameter

Performan

si

Jumlah lampu (@100 Watt)

2

4

6

8

10

12 P100%

n (rpm)

4330 4410 4510 4600 4690 4560

P (Watt)

201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

LHV

(kJ/kg)

43966

43966 43966 43966 43966 43966 ṁf (kg/jam) 0,6136 0,7105 0,7941 0,806 0,931 1

ηb(%) 0,02773 3 0,04771 2 0,06454 5 0,08445 9 0,09139 2 0,08546 9

E100%

n (rpm)

4160 4200 4250 4128 4051 3862

P (Watt)

200 407,5 625 636,75 657,72 656

LHV

(kJ/kg)

23671,8 3 23671,8 3 23671,8 3 23671,8 3 23671,8 3 23671,8 3 ṁf (kg/jam) 0,864

0,94736 8 1,10204 1 1,24137 9 1,28571 4 1,31707 3

ηb(%) 0,03629 2

0,06743 8

0,08891

6 0,08042

0,08020

4 0,07809

P50%+E50%

n (rpm)

4280 4329 4352 4370 4169 4024

P (Watt)

202,5 406,62 620 820 836 834,2

LHV

(kJ/kg)

23824,8 9 23824,8 9 23824,8 9 23824,8 9 23824,8 9 23824,8 9 ṁf (kg/jam) 0,82442 7 0,90756

3 1,08 1,2

1,25581 4

1,30120 5

ηb(%) 0,03826 2 0,06979 3 0,08942 7 0,10644

7 0,1037

0,09986 8

(P50%+E50

%)97,5%+

H2,5%

n (rpm)

4305 4360 4400 4430 4235 4180

P (Watt)

205,82 425 642,56 825 924 887,4

Q

(kJ/kgjam

)

21403,8 4 23349,6 4 27430,1 6 30709,8 6 32105,7

6 33238,9 ṁf (kg/jam) 0,81818 2 0,89256 2 1,04854 4 1,17391 3 1,22727 3 1,27058 8

ηb(%) 0,03568 8 0,06755 2 0,08693 9 0,09970 3 0,10681 2 0,09908 4