28
IV. METODE PENELITIAN
A. WAKTU DAN TEMPAT PENELITIAN
Studi pustaka, pembuatan konsep desain dan gambar kerja dilakukan pada bulan Maret – April
2012. Pembuatan alat dan pengujian dari bulan Mei – Agustus 2012. Selang waktu tersebut juga
digunakan untuk perbaikan penyempurnaan alat. Tempat pembuatan alat dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo,
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pengujian alat dilakukan di laboratorium Motor Bakar, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Pengujian juga dilakukan di PT SWEN Inovasi Transfer yang beralamat di jalan Cikerti nomor 23, Kelurahan Padasuka, Kecamatan Ciomas,
Kabupaten Bogor.
B. METODE PEMBUATAN KARBURATOR BIOGAS
1. Bahan dan Alat
Bahan dan alat yang digunakan dalam pembuatan karburator sebisa mungkin berasal dari bahan-bahan yang mudah didapatkan di pasaran dan harganya murah. Detail biaya pembuatan
untuk atu unit karburator ini dapat dilihat pada Lampiran 3. Bahan dan alat yang digunakan dalam pembuatan karburator biogas adalah sebagai berikut:
a Bahan utama pembuatan karburator adalah:
1 Batang Aluminium diameter 1.5 inch
2 Batang Kuningan diameter 1.5 inch
3 Niple kuningan ukuran 38 inch
4 Strip aluminium ketebalan 5 mm
5 O-ring seal nomor 025
6 Batang besi diameter 5.5 mm
7 Akrilik ketebalan 5 mm
8 Baud ukuran M3
9 Plat aluminium ketebalan 1 mm
10 Pegas diameter 5 mm
b Peralatan utama dalam pembuatan karburator adalah:
1 Mesin bubut
2 Mesin milling
3 Gerinda
4 Mesin Bor duduk
5 Kikir
6 Gergaji
29 7
Kertas Amplas 8
Las karbid 9
Jangka sorong
c Alatinstrumen yang digunakan dalam pengujian karburator meliputi:
1 Dinamometer merk DynoMite
Gambar 9. Dinamometer 2
Komputer pribadi beserta perangkat lunak Dyno-Max 3
Motor Bensin Honda GX110 4
Dudukan Motor 5
Kantong biogas 6
Perlengkapan kunci pas dan obeng
30
2. Proses Pembuatan Karburator Biogas
Proses Pembuatan karburator dibagi ke dalam beberapa tahapan. Secara umum tahapan –
tahapan dalam perancangan karburator dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Diagram alir rancang bangun karburator biogas mulai
Identifikasi permasalahan dan Target yang akan
dicapai
Penentuan parameter rancangan, rancangan
fungsional dan struktural karburator
Analisis Teknik
Tidak Layak Karakteristik biogas,
komposisi biogas Tipe motor,
kapasitas, daya, dimensi
Air to Fuel ratio, Diameter
venturi, diameter dan
jumlah port
Layak
Gambar Teknik
Pembuatan Uji Fungsional dan Performa
Selesai Tahap 1
Tahap 2
Tahap 3 Tahap 4
31 Dari diagram alir pada Gambar 8, terlihat ada 4 tahapan umum dalam proses rancang
bangun karburator biogas. Tahap 1 dan 2 telah dijelaskan cukup rinci pada bab sebelumnya. Pada tahap 3 atau tahap pembuatan gambar kerja dan manufaktur prototipe terdapat tahapan
– tahapan yang lebih spesifik. Diagram alir yang lebih spesifik dalam proses manufaktur prototipe
diperlihatkan dalam Gambar 11.
Gambar 11. Diagram alir pembuatan prototipe karburator biogas
Prototipe karburator telah siap untuk dibuat apabila gambar teknik telah selesai dibuat. Gambar teknik karburator biogas ini dapat dilihat pada Lampiran 6. Tahap pertama dimulai
dengan pembuatan venturi. Bahan yang digunakan adalah aluminium berbentuk silinder pejal dengan diameter 1.5 inch. Aluminium ini dibubut hingga membentuk venturi sesuai dengan
bentuk dan dimensi yang tertera pada gambar kerja. Venturi yang dibuat harus memiliki permukaan yang sehalus mungkin. Ini dilakukan untuk mengurangi beban gesekan udara saat
karburator dioperasikan. Proses penghalusan ini dilakukan menggunakan kertas amplas saat benda masih berputar di mesin bubut. Setelah dibubut, venturi dilubangi tepat pada lehernya
sebanyak 8 lubang dengan diameter masing-masing lubang sebesar 3 mm. 8 lubang ini harus memiliki posisi yang simetris, sehingga sudut antar lubang dibuat sebesar 45 derajat.
Tahap kedua ialah pembuatan dudukan. Dudukan dibuat menggunakan mesin milling sesuai bentuk dan dimensi pada gambar kerja. Ukuran lubang tengah dudukan harus dicek
dengan dimasukkan pada ujung venturi. Koreksi diameter dapat sedikit dilakukan pada ujung venturi agar diperoleh posisi yang benar
– benar tepat ketika dudukan dipasang pada venturi. Tahap ketiga ialah pembuatan selongsong venturi. Selongsong dibuat dari batang kuningan
pejal berdiameter 1.5 inch. Kuningan dibubut bagian dalamnya hingga membentuk pipa sesuai Gambar Kerja
Pembuatan Venturi Pembuatan Dudukan
Pembuatan Selongsong Venturi Pembuatan choke dan throttle
Pembuatan lubang choke dan throttle Perakitan komponen
Pengujian Fungsional dan Kinerja
32 dimensi yang ditentukan. Sebetulnya proses ini tidak efektif karena bagian kuningan yang
terbuang akan lebih banyak daripada yang terpakai. Proses ini dapat digantikan dengan menggunakan pipa kuningan, namun setelah dicari di pasaran ternyata tidak ada pipa kuningan
yang memiliki diameter yang sesuai dengan kebutuhan. Bagian dalam selongsong harus benar –
benar halus. Permukaan yang kasar dapat menyulitkan proses perakitan dan membuat O-ring tertarik keluar dari dudukannya dan bahkan terputus. Untuk itu setelah dibubut selongsong
dihalus secara manual menggunakan kikir dan kertas amplas. Proses penghalusan menggunakan kertas amplas dilakukan secara bertahap mulai dari tingkat kekasaran sedang, halus, hingga
paling halus. Proses berikutnya ialah pemasangan lubang inlet biogas. Pemasangan ini dimulai dengan pembuatan lubang pada selongsong menggunakan bor. Pada lubang ini selanjutnya
dipasang niple kuningan dan dilas. Proses pengelasan niple harus sangat teliti dan hati – hati.
Pengelasan yang salah akan menyebabkan lelehan kuningan masuk ke dalam selongsong, terjadi deformasi pada selongsong akibat panas, atau bahkan selongsong ikut meleleh saat proses
pengelasan. Bagian dalam hasil pengelesan harus tetap halus dan tidak ada tonjolan sedikit pun pada bagian dalam selongsong. Pada bagian samping selongsong, dibuat cekungan sepanjang
selongsong sebagai tempat baud pengencang karburator. Cekungan dibuat pada kedua sisi selongsong dengan sudut sebesar 20 derajat dan dibuat menggunakan gerinda.
Tahap keempat ialah pembuatan choke dan throttle. Pembuatan choke dan throttle dimulai dengan membentuk plat menjadi piringan berdiameter 23 mm untuk choke dan 16 mm untuk
throttle dengan menggunakan gerinda dan kikir. Lalu di tengah – tengah piringan tersebut
dilubangi dengan bor ukuran 3 mm untuk tempat baud pengencang. Proses berikutnya yaitu membentuk batang besi berdiameter menjadi batang choke dan throttle. Batang ini digerinda
ujungnya hingga membentuk kurva. Lalu pada bagian yang akan dipasangkan piringan, batang digerinda setengahnya sehingga penampangnya berbentuk setengah lingkaran. Hal ini bertujuan
agar batang menjadi lebih ramping dan tidak mengganggu aliran udara ketika karburator dioperasikan. Di tengah
– tengah bagian yang digerinda ini selanjutnya dilubangi dengan bor ukuran 2.5 mm dan dibuat ulir dengan tap ukuran M3 dengan pitch 1.25. Tahap berikutnya ialah
pembuatan tuas choke dan throttle. Tuas dibuat menggunakan akrilik dengan ketebalan 5 mm. Akrilik ini dibentuk menggunakan gerinda, bor dan dilem agar berbentuk seperti tuas choke dan
throttle pada karburator bensin. Setelah semua bagian dibuat, maka choke dan throttle dapat dirakit menjadi satu kesatuan. Tuas dan batang direkatkan menggunakan lem epoxy sedangkan
piringan dikencangkan menggunakan baud. Tahap kelima ialah pembuatan lubang untuk choke dan throttle serta pembuatan penahan
choke dan sekrup tanpa beban. Lubang ini sengaja dibuat setelah komponen – komponen lain
selesai agar lubang yang dihasilkan benar – benar lurus dan sejajar. Pembuatan lubang dimulai
dengan merakit venturi dan selongsongnya. Venturi dirakit dengan o-ring dan selongsong dengan bantuan pelumas. Setelah terpasang kuat, selongsong dilubangi menggunakan bor duduk
hingga menembus venturi pada posisi dan sampai pada kedalaman yang sesuai dengan gambar kerja. Setelah satu lubang dibuat, pasangkan choke atau throttle pada lubang tersebut sesuai
tempatnya dan kencangkan. Lalu buat lubang lainnya dengan kondisi choke atau throttle masih terpasang kencang, sehingga posisi lubang tadi tidak berubah saat lubang kedua dibuat. Setelah
lubang dibuat, choke dan throttle dipasang dan selanjutnya dipasang pembatas choke dan sekrup tanpa beban menggunakan lem. Pembatas choke dan throttle dibuat dari akrilik dan pada pada
pembatas throttle diberi baud yang berfungsi sebagai sekrup tanpa beban.
33 Tahap keenam dan terakhir ialah proses perakitan. Semua komponen yang telah dibuat
dibersihkan dari sisa – sisa kotoran dan diberi pelumas. Lalu tiap bagian dirakit hingga menjadi
karburator yang utuh.
C. METODE PENGUJIAN
Karburator diuji untuk mengetahui pengaruhnya pada kinerja motor. Parameter yang diukur pada pengujian ini meliputi putaran motor, daya, dan torsi yang dihasilkan. Karburator diuji pada berbagai
perlakuan sesuai jumlah lubang biogas yang terbuka. Jumlah lubang biogas yang terbuka akan mempengaruhi rasio luas penampang antara lubang udara masuk dan lubang biogas. Rasio luas
penampang ini dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6. Perlakuan saat pengujian dan rasio luas penampang
Nomor Perlakuan jumlah lubang
Rasio Luas penampang 1
2 1 : 5.556
2 4
1 : 2.778 3
6 1 : 1.852
4 8
1 : 1.389 Secara teoritis rasio ideal antara biogas dan udara dapat dihitung menggunakan reaksi
pembakaran yang terjadi dalam silinder sebagai berikut: �
4
+ 2
2
→
2
+ 2 �
2
12 Koefisien pada reaksi di atas memperlihatkan rasio yang dibutuhkan antara metana dan oksigen
yang dibutuhkan, yaitu sebesar 1:2. Walaupun nilai ini dinyatakan dalam satuan mol, namun dengan mengasumsikan gas
–gas yang terlibat ialah gas ideal maka sesuai hukum Avogadro maka nilai rasio ini juga berlaku untuk volume. Hal ini terjadi karena biogas dan udara dicampur pada tekanan yang
sama di dalam venturi. Dengan asumsi kandungan metana pada biogas sebesar 60 dan kandungan oksigen ada udara sebesar 20.9, didapatkan rasio yang ideal antara biogas dan udara sebesar 1:5.7.
Pengujian dilakukan menggunakan dinamometer merk Dyno-Mite dengan perangkat lunak Dyno-Max yang telah diinstal pada seperangkat komputer pribadi. Dinamometer yang digunakan
berjenis water brake, artinya dinamometer memanfaatkan air sebagai sumber gesekan dengan poros motor. Untuk itu pengujian dilakukan di dalam laboratorium dekat dengan sumber air.
Langkah dalam melakukan pengujian dimulai dengan mempersiapkan segala perlengkapan, termasuk motor bensin, karburator biogas, toolbox beserta isinya, dinamometer, komputer pribadi
beserta perangkat lunak perekam data, dan sumber air. Dinamometer dipasang pada poros motor dan dikencangkan. Semua selang-selang penyalur air dihubungkan pada sumber air dan dinamometer serta
tempat pembuangan air. Selanjutnya dinamometer dan komputer dihubungkan menggunakan data recorder dan kabel yang tersedia. Setelah semua perangkat keras terhubung, komputer dinyalakan dan
perangkat lunak Dyno-Max dijalankan. Dalam pengujian ini setidaknya ada tiga orang untuk dilibatkan. Satu orang bertugas memberi
beban dinamometer, satu orang bertugas menyalakan motor dan berjaga di dekat motor selama pengujian, sementara satu orang sisanya bertugas mengatur katup biogas dan mengoperasikan
komputer. Sebelum dilakukan pengujian, motor dipanaskan terlebih dahulu dengan cara dinyalakan dan
dibiarkan pada rpm rendah selama beberapa menit. Hal ini perlu dilakukan agar semua sistem di
34 dalam motor telah berjalan normal, terutama sistem pelumasan. Dengan demikian data yang
didapatkan dapat lebih valid. Pengujian dimulai dengan menjalankan motor hingga pada putaran maksimum yang bisa dicapai.
Putaran maksimum ini diperoleh dengan cara mengatur throttle dan katup biogas. Setelah motor stabil pada putaran maksimumnya, data mulai direkam dan beban diberikan perlahan dengan cara memutar
katup load pada dinamometer dengan sangat halus dan perlahan. Proses pemberian beban harus dilakukan dengan sangat hati-hati, karena lonjakan beban yang terlalu besar akan membuat putaran
motor turun drastis sehingga data yang dihasilkan tidak merata di setiap rpm. Selama pemberian beban layar komputer harus terus diperhatikan untuk melihat torsi dan rpm yang dihasilkan. Ketika
putaran motor telah menurun dan torsi turun maka pengujian telah selesai dilakukan Beban dapat dilepaskan dan ketika motor telah stabil di putaran tinggi, motor dapat dimatikan.
Setiap perlakuan dilakukan pengujian sebanyak tiga kali untuk memastikan data yang dihasilkan benar-benar valid. Gambar dinamometer dan perangkat komputer pribadi ditunjukkan pada Gambar
12 sedangkan skema setup pengujian ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar 12. Komputer pribadi dengan perangkat lunak Dyno-MAX kiri dan dinamometer yang telah terpasang pada motor bensin kanan.
35
= Biogas = Air
= Listrik = Data
Gambar 13. Skema setup pengujian karburator biogas
D. SIMULASI ALIRAN MENGGUNAKAN COMPUTATIONAL FLUID
Kategori