Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen dan Etanol 99% terhadap Performansi dan Emisi Gas Buang Mesin Genset Otto

(1)

PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM,

HIDROGEN DAN ETANOL 99% TERHADAP PERFORMANSI

DAN EMISI GAS BUANG MESIN GENSET OTTO

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ALGRIS HOPIAR MOR S NIM : 090401034

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

(2)

ABSTRAK

Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kelangkaan minyak yang terus-menerus terjadi, yang dimana manusia disadarkan bahwa cadangan minyak bumi dunia semakin menipis, sementara itu pemakaiannya terus meningkat. Untuk itulah diperlukan energi alternatif yang sumbernya tidak akan pernah mengalami kelangkaan. Adalah etanol dan hidrogen yang merupakan bahan bakar yang berasal dari sumber yang tak terbatas. Selama lahan masih ada etanol akan terus dapat diproduksi dan selama lautan masih menutupi dunia ini selama itu hidrogen juga dapat diproduksi. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perbandingan performansi dan emisi gas buang dari mesin genset Otto 4-langkah merk STARKE Tipe GFH1900LX dengan menggunakan bahan bakar premium, etanol, campuran premium-etanol dan campuran premium-etanol-hidrogen. Penelitian ini dilakukan dengan cara menimbang bahan bakar kemudian, memberikan beban pada mesin genset yang telah dihidupkan, tegangan dan kuat arus diukur dengan multimeter, putaran diukur dengan tachometer dan waktu habis bahan bakar dihitung dengan stopwatch, kemudian data dianalisa. Adapun hasil penelitian ini terlihat bahwa hasil performansi dari mesin genset terlihat cukup baik. Seperti daya yang dihasilkan dapat terpenuhi hingga beban 1000 watt kecuali pada etanol hanya sebatas 600 watt saja. Torsi meningkat bila dibandingkan dengan premium, efisiensi termal meningkat, namun terlihat lebih boros pada campuran premium-etanol dan sangat boros pada bahan bakar premium-etanol. Sementara itu campuran premium-etanol dan hidrogen dapat meminimalisasi keborosan tersebut.

(3)

ABSTRACT

This research backed by the scarcity of fuel that ongoing continue, that is where people aware that fuel reserves will be empty, in the meantime fuel consumtion continues to increase. For that, alternative energy needs the source wont scarce. Ethanol and hydrogen are fuels from infinite sources. As long as the land is still there, ethanol can be continue to be produced and as long as the ocean is still covered the earth, hydrogen can be produced too. purpose of this study are to find out comparison of performance and exhaust emission from genset engine Otto 4-step merk STARKE Type GFH1900LX with used premium, ethanol, mixture premium-etanol and mixture premium-etanol-hidrogen. This research done by weighing the fuel, then provide a load to genset engine that has been turned on, voltage and current measured by multymeter, circle measured by tachometer and time measured by stopwatch, and then the data were analyzed. As for results of this research seen that performance results by the genset engine looks good. The power generated can be fulfilled until load 1000 watt, except ethanol generated 600 waat only. Torsion was increased if comparison with premium, the thermal efficiency was increased, but looks more lavishly on mixture etanol and very wasteful on etanol. In the meantime mixture premium-ethanol and hidrogen can minimize that wastefulness.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat yang diberikanNya 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 99% terhadap Performansi dan Emisi Gas Buang Mesin 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 B. Nababan dan Ibunda N.P.br Bako, yang telah memberikan dukungan doa, dana dan semangat.

6. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.

7. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2009 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

(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, Maret 2014 Penulis,

Algris Hopiar Mor S

NIM. 090401034

(6)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACK ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... ix

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 Bahan Bakar Hidrogen ... 4

2.2 Elektrolisis Air ... 8

2.3 Bahan Bakar Etanol ... 9

2.4 Proses Fermentasi ... 11

2.5 Proses distilasi dan dehidrasi ... 13

2.6 Motor Bensin ... 13

2.6.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah ... 14

2.6.2 Performansi Motor Bakar ... 17

2.6.2.1 Torsi dan Daya ... 18

2.6.2.2 Konsumsi Bahan Bakar (sfc) ... 18

2.6.2.3 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR) ... 19

2.6.2.4 Efisiensi Thermal Brake ... 20

2.6.3 Pembakaran pada Mesin Otto ... 20

2.6.4 Penyalaan dengan Bunga Api ... 23

(7)

2.8 Generator Set ... 27

2.9 Tipe Generator Set ... 28

2.10 Emisi Gas Buang ... 29

2.10.1 Sumber ... 29

2.10.2 Komposisi Kimia ... 29

2.10.3 Bahan Penyusun ... 29

BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat ... 32

3.2 Alat Dan Bahan ... 32

3.2.1 Alat ... 32

3.2.1.1 Alat elektroliser ... 32

3.2.1.2 Mesin uji ... 34

3.2.1.3 Alat pendukung dalam penyimpanan hidrogen ... 38

3.2.1.4 Alat pendukung dalam penyaluran hidrogen ... 39

3.2.2 Bahan ... 41

3.3 Metode Pengumpulan Data ... 42

3.4 Metode Pengolahan Data ... 42

3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian ... 42

3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 43

3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set ... 45

3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 49

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Daya ... 50

4.1.1 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “P” ... 50

4.1.2 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “Et” ... 51

4.1.3 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “E25” ... 51

4.1.4 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “H2,5” ... 52

(8)

4.2.1 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar

“P” ... 55

4.2.2 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “Et” ... 56

4.2.3 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “E25” ... 56

4.2.4 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “H2,5” ... 57

4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) ... 59

4.3.1 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “P” ... 59

4.3.2 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “Et” ... 61

4.3.3 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “E25” ... 62

4.3.4 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar “H2,5” ... 63

4.4 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 65

4.4.1 AFR yang dihasilkan bahan bakar “P” ... 66

4.4.2 AFR yang dihasilkan bahan bakar “Et” ... 67

4.4.3 AFR yang dihasilkan bahan bakar “E25” ... 69

4.4.4 AFR yang dihasilkan bahan bakar “H2,5” ... 70

4.5 Efisiensi Termal ... 74

4.5.1 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar “P” ... 74

4.5.2 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar “Et” ... 75

4.5.3 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar “E25” ... 76

4.5.4 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar “H2,5” ... 77

4.6 Hasil Pembakaran ... 80

4.7 Pengujian Emisi Gas Buang ... 83

(9)

4.7.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar “Et”...84

4.7.3 Emisi Gas Buang Bahan Bakar “E25”...84

4.7.4 Emisi Gas Buang Bahan Bakar “H2,5”...84

4.8 Analisa Perbandingan Kadar Gas Buang ... 85

4.8.1 Analisa Perbandingan Kadar Karbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang ... 85

4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Karbon Dioksida (CO2) dalam Gas Buang ... 86

4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Hidrokarbon (HC) dalam Gas Buang ... 88

4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Oksigen (O2) dalam Gas Buang ... 89

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 92

5.2 Saran ... 94

DAFTAR PUSTAKA ... xv

LAMPIRAN ... xvi

(10)

ABSTRAK

(11)

ABSTRACT

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dijaman yang serba moderen ini kelangkaan bahan bakar minyak adalah persoalan yang mendunia. Semua aspek kehidupan merasakan dampak kelangkaan ini mulai dari kehidupan rumah tangga hingga perusahaan-perusahaan besar merasakaannya. Suplai dan harga minyak bumi yang seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis.

Peningkatan harga minyak dunia hingga mencapai U$ 100 per barel juga menjadi alasan yang serius yang menimpa banyak negara di dunia terutama Indonesia. Lonjakan harga minyak dunia akan memeberikan dampak yang besar bagi pembangunan bangsa Indonesia. Konsumsi BBM yang mencapai 1,3 juta barel tidak seimbang dengan produksinya yang nilainya sekitar 1 juta barel sehingga terdapat defisit yang harus dipenuhi melalui impor.

Menurut data ESDM (2006) cadangan minyak Indonesia hanya tersisa 9 miliar barel. Apabila terus dikonsumsi tanpa ditemukannya cadangan minyak baru, diperkirakan cadangan minyak ini aka habis dalam dua dekade mendatang.

Dalam mengatasi permasalahan yang sangat mendunia ini, seluruh ilmuan dunia bekerja keras untuk menemukan energi terbarukan yang dapat mengganti posisi minyak bumi dan tidak akan pernah langka didunia. Contoh bentuk dari keberhasilan dari bentuk kerja keras mereka adalah etanol dan hidrogen.

Etanol merupakan cairan senyawa karbon yang mudah terbakar dan dapat dihasilkan melalui proses sintesis dan dari sebuah proses fermantasi dari bahan yang mengandung senyawa glukosa yang disebut dengan bioetanol. Berdasarkan bahan baku pembuatan etanol ini tentunya dapat diperbaharui dan tidak akan pernah mengalami kelangkaan selama lahan dan tanaman masih tersedia dibumi ini.

(13)

Dan begitu juga dengan hidrogen, hidrogen merupakan unsur gas ringan yang mudah bereaksi oksidasi dengan oksigen atau mudah terbakar. Hidrogen juga adalah unsur palin massa unsur alam semesta. Unsur ini merupakan unsur yang membentuk senyawa hidrocarbon dan air. Dalam keadaan murni senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai di senyaw

Kedua inovasi ini dinilai sangat membantu dunia dalam mengatasi krisis bahan bakar didunia, tidak jarang kita mendengar mesin yang menggunakan bahan bakar etanol dan hidrogen yang kadang disebut-sebut sebagai mobil berbahan bakar air.

1.2 Tujuan Pengujian

1. Untuk mengetahui perbandingan performansi mesin genset otto menggunakan bahan bakar bensin, etanol 99%, campuran bahan bakar premium-etanol 99% dan campuran bahan bakar premium-etanol 99%-gas hidrogen.

2. Untuk memperoleh perbandingan komposisi emisi gas buang mesin otto dengan bahan bensin, etanol 99%, campuran bahan bakar premium-etanol 99% dan campuran bahan bakar premium-etanol 99%-gas hidrogen.

1.3Batasan Masalah

1. Bahan bakar yang digunakan dalam percobaan adalah premium 100%, Etanol 99%, premium 75% + Etanol (99%) 25%, (premium 75% + Etanol (99%) 25%) 97,5% + hidrogen 2,5%.

2. Mesin otto yang digunakan adalah Mesin Genset Otto 4-langkah merk STARKE Tipe GFH1900LX

3. Performansi mesin yang diteliti berupa: Daya, Torsi, SFC, Efesiensi Termal, dan Emisi gas buang

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

(14)

5. 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 metode 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 hasil dan pembahasan, pada bab ini akan dianalisa dan dibahas mengenai data-data yang diperoleh dari hasil pengujian yang telah dilakukan. Bab v kesimpulan dan saran, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran. Daftar pustaka dan lampiran.

(15)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Bahan Bakar Hidrogen

Hidrogen (bahasa Latin: hydrogenium, dari bahasa Yunani: hydro: air, genes: membentuk) adalah unsur kimia pada tabel periodik yang memiliki simbol H dan nomor atom 1. Pada suhu dan tekanan standar, hidrogen tidak berwarna, tidak berbau, bersifat non-logam, bervalensi tunggal, dan merupakan gas diatomik yang sangat mudah terbakar. Dengan massa atom 1,00794 amu, hidrogen adalah unsur teringan di dunia.

Hidrogen adalah unsur paling melimpah dengan persentase kira-kira 75% dari total massa unsur alam. Kebanyakan bintang dibentuk oleh hidrogen dalam keadaan plasma. Di bumi sebanyak 70% ditutupi oleh air, yang dibentuk oleh 2 atom hidrogen dan oksigen (Ranjit, saxena, 2012). Senyawa hidrogen relatif langka dan jarang dijumpai secara alami di bumi, dan biasanya dihasilkan secara industri dari berbagai senyawa hidrokarbon seperti metana. Hidrogen juga dapat dihasilkan dari air melalui proses elektrolisis, namun proses ini secara komersial lebih mahal daripada produksi hidrogen dari gas alam.

Isotop hidrogen yang paling banyak dijumpai di alam adalah protium, yang inti atomnya hanya mempunyai proton tunggal dan tanpa neutron. Senyawa ionik hidrogen dapat bermuatan positif (kation) ataupun negatif (anion). Hidrogen dapat membentuk senyawa dengan kebanyakan unsur dan dapat dijumpai dalam air dan senyawa-senyawa organik. Hidrogen sangat penting dalam reaksi asam basa yang mana banyak rekasi ini melibatkan pertukaran proton antar molekul terlarut. Adapun sifat hidrogen dapat dilihat dalam tabel 1.1

(16)

Tabel 2.1 Sifat Hidrogen dengan bahan bakar lain (Lit 8)

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

1.383 1.05 1.308 1.303

Diffusion coefficient in NTP air (cm2 /sec)

0.61 0.005 0.16 0.11

Gas hidrogen sangat mudah terbakar dan akan terbakar pada konsentrasi serendah 4% H2 di udara bebas. Entalpi pembakaran hidrogen adalah -286 kJ/mol.

Hidrogen terbakar menurut persamaan kimia: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) + 572 kJ (286 kJ/mol)

(17)

Ketika dicampur dengan oksigen dalam berbagai perbandingan, hidrogen meledak seketika disulut dengan api dan akan meledak sendiri pada temperatur 560 °C. Lidah api hasil pembakaran hidrogen-oksigen murni memancarkan gelombang ultraviolet dan hampir tidak terlihat dengan mata telanjang (Ranjit, Saxena, 2012). Oleh karena itu, sangatlah sulit mendeteksi terjadinya kebocoran hidrogen secara visual. Kasus meledaknya pesawat Hindenburg adalah salah satu contoh terkenal dari pembakaran hidrogen.

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.

Di seluruh alam semesta ini, hidrogen kebanyakan ditemukan dalam keadaan atomik dan plasma yang sifatnya berbeda dengan molekul hidrogen. Sebagai plasma, elektron hidrogen dan proton terikat bersama, dan menghasilkan konduktivitas elektrik yang sangat tinggi dan daya pancar yang tinggi (menghasilkan cahaya dari matahari dan bintang lain). Partikel yang bermuatan dipengaruhi oleh medan magnet dan medan listrik. Sebagai contoh, dalam angin surya, partikel-partikel ini berinteraksi dengan magnetosfer bumi dan mengakibatkan arus Birkeland dan fenomena Aurora. Hidrogen ditemukan dalam keadaan atom netral di medium antar bintang. Sejumlah besar atom hidrogen netral yang ditemukan di sistem Lymanalpha teredam diperkirakan mendominasi rapatan barionik alam semesta sampai dengan pergeseran merah z=4.

Dalam keadaan normal di bumi, unsur hidrogen berada dalam keadaan gas diatomik H2. Namun, gas hidrogen sangatlah langka di atmosfer bumi (1 ppm

berdasarkan volume) oleh karena beratnya yang ringan yang menyebabkan gas hidrogen lepas dari gravitasi bumi. Walaupun demikian, hidrogen masih merupakan unsur paling melimpah di permukaan bumi ini. Kebanyakan hidrogen

(18)

bumi berada dalam keadaan bersenyawa dengan unsur lain seperti hidrokarbon dan air. Adapun gas hidrogen dapat dihasilkan dengan cara (Putra, 2010):

1. Mengalirkan uap air melalui karbon panas C(s) + H2O CO(g) + H2 (g)

H2 yang dihasilkan dengan cara ini tidak murni sebab sukar memisahkan CO.

campuran H2 dan CO disebut gas air. Gas air termasuk bahan bakar penting dan

mempunyai kalor pembakaran besar. 2. Mengalirkan uap air melalui besi panas

3 Fe(s) + 4 H2O Fe3O4 + 4 H2(g)

3. Pada kilang minyak bumi, hidrogen merupakan hasil samping dari cracking

hidrokarbon. Gas hidrokarbon dialirkan melalui katalis panas dan terurai menjadi hidrogen dan hidrokarbon lain. Hidrokarbon yang lebih ringan seperti

metana (metana dapat juga berasal dari gas alam), dipanaskan dengan suhu 750oC dan tekanan 10 atm,

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3H2(g)

4. Hidrogen yang sangat murni (99,9%), tetapi mahal, diperoleh dengan cara elektrolisis air.

2 H2O 2 H2 (g) + O2(g)

(Jumlah hidrogen yang cukup banyak diperoleh juga dari hasil samping industri klor-alkali, dimana diperoleh Cl2 dan NaOH dari elektrolisis larutan NaCl).

5. Di laboratorium hidrogen murni diperoleh dari reduksi ion hidrogen dengan

logam seng (pada prinsipnya dengan logam yang potensial elektodanya negatif)

Zn(s) + 2 H+ Zn2+ + H2(g)

(19)

2 Al(s) + 2 OH- + 6 H2O 2 Al(OH)4- + 3 H2(g) Atau CaH2 dengan air

CaH2(s) + 2 H2O Ca2+ + 2 OH- + 2 H2(g

2.2. Elektrolisis Air

Elektrolisis air adalah peristiwa penguraian senyaw2O) menjadi

2) da2) dengan menggunaka

melalui 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 menjadi 2H2O(l) 2H2(g) + O2(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. Pada elektrolisis larutan elektrolit akan dihasilkan zat-zat hasil reaksi yang tergantung pada harga potensial reduksi ion-ion yang ada dalam larutan dan elektrode yang digunakan. Jumlah zat hasil elektrolisis bergantung besarnya jumlah listrik yang digunakan, untuk menghasilkan gas Hidrogen dan gas Oksigen dapat digunakan larutan elektolit dari Kalium Hidroksida (KOH) atau menggunakan garam sulfat atau karbonat dari unsur-unsur golongan IA seperti Natrium Sulfat (Na2SO4), Natrium

Karbonat (Na2CO3), Natrium Hidroksida (NaOH) atau garam lain yang mudah

(20)

Gambar 2.1 Proses Elektrolisis air (lit 14) Reaksi : Elektrolisis larutan KOH dalam air :

Katoda : [2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g)] x 2

Anoda : 4OH-(aq) → 2H2O(l) + O2(g) + 4e +

2H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

Reaksi : Elektrolisis larutan Na2CO3 dalam air : Katoda : [2H2O(l) + 2e → 2OH-(aq) + H2(g)] x 2

Anoda : 2H2O(l) → 4H+(aq) + O2(g) + 4e +

2H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)

Pada elektrolisis larutan yang mengandung ion-ion golongan IA (Na+, K+), ion-ion tersebut tidak tereduksi pada katode tetapi air yang mengalami reduksi karena potensial reduksi air lebih besar dari potensial reduksi ion Natrium atau ion Kalium (Eo H2O/H2 = - 0,83 volt dan Eo Na+/Na = - 2,71 volt)14.

2.3. Bahan Bakar Etanol

Etanol adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak berwarna, dan merupakan alkohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Senyawa ini merupaka rekreasi yang paling tua.

Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal, dengan C2H5OH da

(21)

singkatan dari gugus etil (C2H5).

paling awal yang pernah dilakukan manusia. Efek dari konsumsi etanol yang memabukkan juga telah diketahui sejak dulu. Pada zaman modern, etanol yang ditujukan untuk kegunaan industri dihasilkan dari produk sampingan pengilangan minyak bumi.

Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada parfum, perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia lainnya. Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar.

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 Gugus membuatnya cair dan lebih sulit menguap dari pada senyawa organik lainnya dengan massa molekul yang sama.

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

Campuran etanol dan air akan membent 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.

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

(22)

hidroksida, akan menurunka dengan air 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 dahulu. Yang mengartikan semakin banyak air dalam etanol, larutan akan semakin suslit terbakar, dan sebaliknya.

Etanol dapat dimurnikan dengan memisahkannya dari air dengan cara destilasi dan dehidrasi. Proses ini menjadikan etanol 96% menjadi etanol 99% dengan kadar air hanya 1% atau sekitar 91,78% mol etanol dan 2,75% mol air. Hal ini membuat nilai kalor dari campuran etanol akan naik dikarenakan air yang sudah dikurangi.

rumus:

C2H5OH(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(l);(ΔHr = −1409 kJ/mol

2.4. Proses Fermentasi

Proses Fermentasi adalah proses biologi dimana gula seperti dan membutuhka etanol digolongkan sebagai pembuatan mengembangka

Pada fermentasi etanol selalu menngunakan mikroba sebagai organisme memberikan enzim. Mikroba yang umum digunakan adalah ragi roti (yeast) yaitu varnifan. Pada tahap ini, tanaman telah sampai pada titik telah berubah menjadi gula sederhana (glukosa dan sebagian fruktosa) dimana proses selanjutnya melibatkan penambahan enzim yang diletakkan pada ragi (yeast) agar dapat bekerja pada suhu optimum. Proses fermentasi ini akan menghasilkan etanol dan CO2. Pada proses fermantasi ragi yang digunakan sebenyak 10 % (b/v) dari

(23)

hidrosilat bahan yang telah di netralkan. Pembuatan etanol dilakukan dengan cara fermentasi. Pada fermentasi etanol, bahan yang mengandung monosakarida langsung difermentasi tetapi disakarida, pati ataupun karbohidrat komplek harus dihidrolisa terlebih dahulu menjadi komponen gula sederhana. Proses fermentasi memerlukan bantuan enzim yang diletakkan pada ragi agar dapat bekerja pada suhu optimum sehingga akan menghasilkan etanol dan CO2.

Fermentasi etanol meliputi dua tahap yaitu :

1. Pemecahan rantai karbon dari glukosa dan pelepasan paling sedikit duapasa ng atom hidrogen melalui jalur EMP (Embden-Meyerhoff-Parnas), menghasilkan senyawa karbon lainnya yang lebih teroksidasi dari pada glukosa.

2. Senyawa yang teroksidasi tersebut direduksi kembali oleh atom hidrogen yang dilepaskan dalam tahap pertama, membentuk senyawa-senyawa hasil fermentasi yaitu etanol dengan reaksi sebagai berikut :

Gambar 2.2 Reaksi Sederhana Proses Fermentasi Etanol

Persamaan reaksi sederhana proses fermentasi alkohol berdasarkan teori Gay lussac adalah:

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Glukosa Fermenasi Etanol Karbondioksida

Sesuai dengan persamaan di atas, hasil fermentasi etanol yang ideal adalah 51,1% Glukosa (C6H12O6) 2CH3COOH

Asam piruvat

2 NAD+ 2 NADH + H+

2 CH3CH2OH asetaldehid 2 CH3CHO

Etanol

(24)

etanol dan 48,9% karbondioksida. Pada umumnya fermentasi etanol menggunakan khamir Saccharomyces cereviceae. Produksi etanol dari substrat gula oleh khamir Saccharomyces cereviceae merupakan proses fermentasi dengan kinetika sangat sederhana. Disebut sederhana karena hanya melibatkan satu fase pertumbuhan dan produksi, pada fase tersebut glukosa diubah secara simultan menjadi biomassa, etanol dan CO2. Fermentasi etanol oleh Saccharomyces cereviceae dapat dilakukan pada pH 4-5 dengan temperatur 27-35oC, proses ini dapat berlangsung 35-60 jam. Untuk mempertahankan hidup, Saccharomyces cereviceae memerlukan energi diantaranya ATP (Adenosin Triphospat) dan untuk mendapatkannya maka mengkonsumsi gula yang dapat berupa glukosa dan fruktosa. Apabila Shaccaromyces cereviceae memiliki oksigen dalam jumlah banyak, gula- gula tersebut diurai tahap demi tahap menjadi molekul yang lebih kecil. Akan tetapi, jika oksigen dalam jumlah sedikit atau tidak ada maka degradasi kimia tidak berjalan dengan sempurna sehingga gula diuraikan menjadi etanol.

2.5. Proses distilasi dan dehidrasi

Distilasi dilakukan untuk memisahkan etanol dari beer (sebagian besar adalah air dan etanol). Titik didih etanol murni adalah 78 C sedangkan air adalah 100 C (Kondisi standar). Dengan memanaskan larutan pada suhu rentang 78 - 100 C akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap, dan melalui unit kondensasi akan bisa dihasilkan etanol dengan konsentrasi 95 % volume Pemurnian bioetanol dilakukan dengan zeolit sintetis. Proses pemurnian itu menggunakan prinsip penyerapan permukaan. Zeolit adalah mineral yang memiliki pori-pori berukuran sangat kecil. Sampai saat ini ada lebih dari 150 jenis zeolit sintetis. Di alam, zeolit terbentuk dari abu lahar dan materi letusan gunung berapi. Zeolit sintetis berbeda dengan zeolit alam. Zeolit sintetis terbentuk setelah melalui rangkaian proses kimia. Namun, baik zeolit sintetis maupun zeolit alam berbahan dasar kelompok alumunium silikat yang terhidrasi logam alkali dan alkali tanah (terutama Na dan Ca). Struktur zeolit berbentuk seperti sarang lebah dan bersifat negatif. Sifat pori-porinya yang negatif bisa dinetralkan dengan penambahan ion positif seperti sodium.

(25)

2.6. Motor Bensin

Motor bensin atau mesin Otto dari dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin. Motor bensin dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api yang akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini maka motor bensin disebut juga sebagai Spark Ignition Mesin. Sedangkan karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar.

Pada motor bensin, campuran udara dan bahan bakar yang dihisap ke dalam silinder dimampatkan dengan torak kemudian dibakar untuk memperoleh tenaga panas. Gas-gas hasil pembakaran dari bahan bakar akan meningkatkan suhu dan tekanan di dalam silinder, sehingga torak yang berada di dalam silinder akan bergerak turun-naik (bertranslasi) akibat menerima tekanan yang tinggi.

2.6.1. Cara Kerja Motor Bensin 4 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. Langkah langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini :

3 E

P M

R P

E E

S 2 R

U A

R 4 T

E U

(P) 1 R 0 E (T)

Specifik volum (v) Entropy (s) Gambar 2.3. P-V dan T-S diagram Siklus Otto Ideal [lit. 1]

3 4 2 1

(26)

Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah :

Pada motor bensin 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga. Cara kerja motor bensin 4 langkah ini dapat dilihat pada gambar 2.4 berikut:

Gambar 2.4 Cara kerja motor bensin 4 langkah (Lit 17)

1. Langkah isap

Pada langkah isap (0–1), campuran udara yang telah bercampur pada karburator diisap ke dalam silinder (ruang bakar). Torak bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) yang akan menyebabkan kehampaan (vacum) di dalam silinder, maka dengan demikian campuran udara dan bahan bakar (bensin) akan diisap ke dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan terbuka dan katup buang akan menutup.

(27)

2. Langkah Kompresi

Pada langkah kompresi (1–2), campuran udara dan bahan bakar yang berada di dalam silinder dimampatkan oleh torak, dimana torak akan bergerak dari TMB ke TMA dan kedua katup isap dan buang akan tertutup, sedangkan busi akan memercikan bunga api dan bahan bakar mulai terbakar akibatnya terjadi proses pemasukan panas pada langkah 2-3. Gambar 2.6 Langkah Kompresi

3. Langkah Ekspansi

Pada langkah ekspansi (3–4), campuran udara dan bahan bakar yang diisap telah terbakar.Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh bahan bakar bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga mekanis ini diteruskan ke poros engkol.Saat sebelum mencapai TMB, katup buang terbuka, hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam silinder turun dengan cepat.

Gambar 2.7 Langkah Ekspansi

4. Langkah Pembuangan

Pada langkah pembuangan (4–1-0), torak terdorong ke bawah menuju TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah terbakar di dalam silinder. Selama langkah ini, katup buang membuka sedangkan katup isap menutup.

(28)

Gambar 2.8 Langkah Pembuangan

2.6.2. Performansi Motor Bensin

Mesin Otto atau Beau de Roches, merupakan mesin pengonversi energi tak langsung, yaitu dari energi bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru menjadi energi mekanis. Jadi energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan langsung menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar motor bensin adalah iso-oktan (C8H18). Efisiensi pengkonversian energinya berkisar 30% (ηt = ±30%). Hal

ini karena rugi-rugi 50% rugi panas, gesek/mekanis dan pembakaran tak sempurna. Sistem kerja mesin otto dibedakan atas mesin otto dua langkah (two stroke) dan empat langkah (four stroke).

Motor otto mempergunakan beberapa siliinder yang didalamnya terdapat torak yang bergerak translasi (bolak-balik). Didalam silinder itulah terjadi pembakaran antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses tersebut mampu menggerakan torak yang oleh batang penghubung (batang penggerak) dihubungkan dengan poros engkol. Gerak translasi torak tersebut menyebabkan gerak rotasi pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol menimbulkan gerak translasi pada torak.

Mesin Otto juga dilengkapi dengan busi dan karbuator. Busi berfungsi sebagai penghasil percikan bunga api yang akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, maka mesin otto disebut juga sebagai spark ignition engine. Sedangkan karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan 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.

(29)

2.6.2.1. Torsi dan Daya

Besarnya torsi yang dihasilkan oleh suatu mesin dapat diukur menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena itu, sifat dynamometer bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

�� =2 . ₆₀� . � .�... (2.1) [��. 3 ℎ�� 46]

dimana:

PB = Daya keluaran (Watt)

N = Putaran mesin (rpm) � = Torsi (N.m)

2.7.2.2. 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 :

��= �� . 103

�� ... (2.2)

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: .

(30)

mf = �

. �� . 10−3

�� x 3600... (2.3)

dimana:

γ = Spesific gravity bahan bakar

V_� = Volume bahan bakar yang diuji

�� = Waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

(detik).

2.6.2.3. Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)

Energi yang masuk kedalam sebuah mesin �_�� berasal dari

pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut :

�� =��

�� =

ṁ�

ṁ�... (2.4) �� = ��(_��_._�+_��)... (2.5)

Dimana:

�� = massa udara di dalam silinder per siklus

�� = 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)

(31)

2.6.2.4. 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).

�� = _��_�� ... (2.6) [��. 6 ℎ�� 59]

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut: �� = �̇��... (2.7)

dimana:

�̇� = laju aliran bahan bakar (kg/h)

QHV = Nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

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

2.6.3. Pembakaran pada Mesin Otto

Pembakaran didefinisikan sebagai reaksi kimia yang mana oksidan bereaksi cepat dengan bahan bakar untuk melepaskan energi panas. Pada aplikasinya, oksidan pada pembakaran adalah oksigen pada udara. Tiga unsur kimia utama dalam elemen mampu bakar (combustible) pada bahan bakar adalah karbon (C) dan hidrogen( H ), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Proses pembakaran dikatakan sempurna apabila semua karbon dibahan bakar terbakar menjadi karbon dioksida, hidrogen terbakar menjadi sulfur dioksida, jika kondisi teori pembakaran tidak memenuhi maka pembakaran tidak sempurna.

Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secarah terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen

(32)

untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30% panas yang dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida.

Karburator

Motor otto adalah motor pembakaran yang menggunakan bahan bakar bensin. Dari hasil pembakaran bensin akan diperoleh energi panas.

Bensin adalah suatu cairan yang mudah disimpan, dipindahkan dan alirannya mudah dikontrol. Selain itu bensin mempunyai sifat mudah menguap, mudah menyala dan terbakar. Dalam pemakaiannya pada motor pembakaran, bensin cair ini terlebih dahulu harus diubah menjadi bentuk uap atau kabut agar mudah dibakar.

Bensin terdiri dari molekul-molekul hidrokarbon. Bensin yang mengandung molekul-molekul hidrokarbon dengan titik didih rendah akan memudahkan motor dihidupkan pada suhu sekeliling yang rendah. Disamping itu kendaraan dapat dijalankan tanpa pemanasan yang agak lama pada beban yang rendah. Bila suhu sekeliling cukup tinggi akan mengkibatkan bensin dapat mendidih dalam pipa yang terletak antara tangki dan karburator, sehingga pompa bahan bakar tidak dapat berfungsi dengan baik karena bensin mengandung gelembung-gelembung (kantong uap). Karena itu dianjurkan untuk menggunakan bensin dengan karakteristik yang sesuai dengan spesifikasi dan kondisi kerja dari motor pembakaran.

Bensin harus dicampur lebih dahulu dengan udara sebelum dimasukkan dalam silinder. Campuran udara bahan bakar setelah masuk ke dalam silinder kemudian dikompresikan dan pada saat akhir kompresi baru dinyalakan. Pembakaran yang sempurna dapat terjadi bila perbandingan antara campuran udara dan bahan bakar masih dalam batas yang ditentukan menurut kondisi tertentu. Perbaandingan campuran bila diperlukan tenaga maksimum adalah berkisar antara (12-13) : 1. Jadi lebih gemuk dari campuran teoritis yang dibutuhkan untuk dapat terjadinya suatu pembakaran yang sempurna yaitu 15 : 1.

(33)

Sekalipun perbandingan campuran sudah bagus, bila sebagian bahan bakar tidak dapat menguap, maka akan mengakibatkan campuran menjadi kurus, sehingga tidak dapat terbakar dengan baik. Selain campuran harus baik dan rata, juga diperlukan posisi atau letak dari busi yang tepat agar terjadi loncatan api yang sempurna.

Untuk mencampur udara dengan bahan bakar secara otomatis dengan suatu perbandingan tertentu pada suatu saat dan kondisi tertentu diperlukan karburator. Jelasnya karburator menyediakan suatu campuran udara bahan bakar dengan perbandingan yang tetap. Karburator bekerja sangat tepat untuk setiap kondisi yang berbeda-beda dalam menghasilkan suatu perbandingan campuran yang baik.

Sesaat setelah motor dihidupkan, suhu motor masih dingin, dan hanya sekitar (10-20%) dari bensin yang menguap. Pada saat ini kita menggerakkan katup choke untuk mengurangi jumlah aliran udara sehingga tekanan negatif menjadi besar dan campuran menjadi cukup gemuk. Karena itu sekalipun bensin menguap hanya 10% dan campuran cukup gemuk tapi masih dapat menyala. Setelah itu kita harus segera membuka kembali katup choke bila motor sudah berjalan stabil. Pada beban rendah dan pembukaan katup throttle yang kecil, campuran cenderung menjadi kurus, sebab :Penguapan bahan bakar rendah karena suhu tempat yang dilalui bahan bakar rendah.

Distribusi atau pemberian bahan bakar rendah. Karena itu perbandingan campuran pada karburator harus dinaikkan atau pemberian bahan bakar harus diperbanyak. Pada beban menengah menggunakan suatu campuran udara bahan bakar yang kurus, namun demikian masih dapat menyala dan terbakar dengan stabil karena suhu dan tekanan masih dalam batas yang memungkinkan untuk bekerja dengan hasil yang menguntungkan. Jika campuran lebih gemuk dari campuran stokiometris untuk beban ringan, maka akan menghasilkan suatu pembakaran yang tidak sempurna. Dalam hal ini selain memboroskan bahan bakar, juga gas buang akan banyak mengandung karbonmonoksida (CO) dan hidrokarbon (HC) yang tidak terbakar. Jadi campuran gemuk yang dengan perbandingan 12 : 1 sangat cocok untuk menghasilkan penyalaan dan pembakaran bila tenaga maksimum diperlukan. Perbandingan campuran yang lebih kurus dari

(34)

15 : 1 akan menghasilkan efisiensi yang rendah dan mengurangi pemakaian bahan bakar jika pembakarannnya stabil. Atau dengan kata lain bahwa suhu gas bekas rendah karena akibat kelebihan udara, sehingga memungkinkan sebagian kecil panas terbuang. Alasan lain adalah panas spesifik yang kecil dari gas memungkinkan suhu dan tekanan dari gas untuk naik dengan mudah. Sekalipun demikian jika campuran terlalu kurus maka proses pembakarannya akan berjalan lambat dan tidak stabil, sehingga memungkinkan kenaikan pemakaian bahan bakar.

2.6.4. Penyalaan dengan Bunga Api

Karburator berfungsi untuk mencampur udara dan bahan bakar dengan perbandingan tertentu dan busi dipasang pada suatu tempat dalam ruang bakar untuk memberikan bunga api. Bunga api diberikan dalam waktu yang sangat singkat dan menyalakan campuran udara bahan bakar dalam ruang bakar.

Hal ini berbeda dengan mesin diesel yang penyalaannya terjadi sendiri akibat udara panas yang dikompresikan dalam ruang bakar. Sekalipun loncatan bunga api listrik sangat singkat dan total energinya kecil, tapi dengan tegangan 10.000 Volt antara elektroda busi yang mempunyai suhu ribuan derajat Celcius, akan mampu menimbulkan aliran arus listrik pada molekul-molekul dari campuran udara bahan bakar yang kerapatannya cukup tinggi. Karena pembakaran dari campuran udara bahan bakar adalah berupa reaksi ion, maka sistem penyalaan listrik sangat sesuai untuk mendapatkan suhu yang tinggi, dan dapat berlangsungnya proses ionisasi.

a. Busi

Busi dihubungkan dengan sebuah kabel pada terminal yang berada di bagian atas dari busi. Ujung kabel yang lain berhubungan dengan sumber daya tegangan tinggi. Tegangan tinggi masuk ke busi melalui permukaan elektroda tengah yang mempunyai isolasi, kemudian melintasi celah busi. Pembakaran akan dimulai pada saat bunga api melintasi celah busi atau pada saat bunga api meloncat antara celah atau elektroda busi.

(35)

Bunga api menyalakan campuran yang berada disekitarnya kemudian menyebar ke seluruh arah dalam ruang bakar. Pembakaran tidak terjadi serentak, tapi bergerak secara progresif melintasi campuran yang belum terbakar, dan dimulai di tempat yang paling panas yaitu di dekat busi. Busi tidak boleh terlalu panas, karena akan memudahkan terbentuknya endapan karbon pada permukaan isolatornya dan dapat menimbulkan hubungan singkat. Untuk menghindari kejadian ini suhu isolatornya harus mencapai 700-800 oC agar karbon dapat terbakar. Tapi bila suhu tinggi isolatornya dapat rusak atau preignition akan terjadi yaitu penyalaan sebelum terjadi loncatan bunga api pada busi. Jika hal ini terjadi akan memperpendek umur motor.

Pada motor yang cenderung untuk mudah terjadinya overheating (panas yang berlebihan) karena pengaruh sistem pendingin, kita harus menggunakan busi panas, sedangkan pada motor yang cenderung akan terjadi endapan karbon digunakan busi dingin.

b. Alat pembangkit tegangan tinggi

Tegangan antara 5000 sampai lebih dari 10.000 volt harus diberikan pada elektroda tengah agar dapat terjadi loncatan bunga api antara celah atau elektroda busi. Mobil dilengkap dengan sebuah generator dan baterai sebagai sumber tenaga. Berhubung baterai terlalu berat dan harus diisi bila lama tidak dipakai, maka umumnya pada motor-motor kecil dipakai magnet. Magnet permanen ditetapkan pada roda penerus yang dipasang pada poros engkol. Inti besi ditempatkan sebagai stator. Magnet berputar bersama-sama dengan roda penerus, dan antara inti besi dengan magnet terdapat suatu celah kecil. Medan magnet berubah-ubah karena perputaran magnet dan menimbulkan listrik dalam lilitan primer pada inti besi. Sirkuit dilengkapi dengan titik kontak. Akibat gerakan cam titik kontak terbuka maka akan terjadi arus tegangan tinggi yang memungkinkan terjadinya loncatan bunga api pada busi. Kenaikan tegangan pada transformator yang terdiri dari lilitan primer dan lilitan sekunder, dan tegangan tinggi yang terjadi pada lilitan sekunder inilah yangdibutuhkan oleh busi. Kapasitor yang disisipkan dalam sirkuit akan menghindari terjadinya loncatan bunga api pada titik kontrol akibat tegangan tinggi yang timbul dalam lilitan sekunder.

(36)

Dewasa ini hubungan magnet tidak dipergunakan secara luas, dengan penggunaan solid state sebagai transistor untuk mengganti alat penahan arus secara mekanik. Sistem penyalaan solid state mempunyai keuntungan bila dibandingkan dengan sistem mekanik. Salah satu sistem penyalaan yang tidak mekanik adalah sistem CDI (Capasitor Discharge Ignition). Magnet CDI prinsip kerjanya sama dengan magnet roda penerus. Bila magnet berputar bersama-sama dengan roda penerus yang merupakan satu kesatuan, aus diinduksikan dalam coil yang stasioner dan kemudian mengisi kapasitor. Bila kapasitor telah diisi, sebuah isyarat tegangan untuk mengontrol timbulnya penyalaan dalam coil sensor dengan menggunakan pintu G dari SCR (Silicon Controlled Rectifier) untuk mengalirkan arus dari A ke K. Kemudian listrik yang dikumpulkan dalam kapasitor disalurkan pada suatu saat melalui SCR dalam lilitan primer dari coil. Arus ini membangkitkan tegangan yang lebih tinggi dalam lilitan sekunder, yang menyebabkan terjadinya loncatan bunga api pada busi.

2.7. Nilai 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). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan

uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan 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. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong :

HHV = 33950 + 144200 (H2-�2

(37)

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 hidrogennya.

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

pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2_{(tekanan yang}

umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)………(2.9)[Lit. 1]

Dimana:

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat

(38)

juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2.8. Generator Set

Generator set atau sering disebut genset adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut sebagai generator set dengan pengertian adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu mesin dan generator atau alternator. Mesin sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.

Mesin dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator (kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar).

Gambar 2.9 Generator Set

Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskan bahwa mesin memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnet pada kumparan

(39)

stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz.

Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban akan menghasilkan daya listrik, atau dalam rumusan fisika sebagai P dapat diperoleh dengan:

P = V x I (2.10)

2.9. Tipe Generator Set

Genset dapat dibedakan dari jenis mesin penggeraknya, dimana dikenal tipe-tipe mesin yaitu mesin diesel dan mesin non diesel /bensin. Mesin diesel dikenali dari bahan bakarnya berupa solar, sedangkan mesin non diesel berbahan bakar bensin premium.

Di pasaran, genset dengan mesin non diesel atau berbahan bakar premium biasa diaplikasikan pada genset berkapasitas kecil atau dalam kapasitas maksimum 10.000 VA atau 10 kVA, sedangkan genset diesel berbahan bakar solar diaplikasikan pada genset berkapasitas > 10 kVA. Hal terkait dengan tenaga yang dihasilkan oleh diesel lebih besar daripada mesin non diesel, dimana cara kerja pembakaran diesel yang lebih sederhana yaitu tanpa busi, lebih hemat dalam pemeliharaan, lebih responsif dan bertenaga. Selain itu untuk aplikasi industri dimana bahan bakar diesel (solar) lebih murah daripada bensin (gasoline).

Dalam aplikasi dijumpai bahwa genset terdiri dari genset 1 phasa atau 3 phasa. Pengertian 1 phasa atau 3 phasa adalah merujuk pada kapasitas tegangan yang dihasilkan oleh genset tersebut. Tegangan 1 phasa artinya tegangan yang dibentuk dari kutub L yang mengandung arus dengan kutub N yang tidak berarus, atau berarus No.l atau sering dikenal sebagai Arde atau Ground. Sedangkan tegangan 3 phase dibentuk dari dua kutub yang bertegangan. Genset tiga phase menghasilkan tiga kali kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.

(40)

Daya listrik dalam ilmu fisika merupakan besaran vektor, artinya besaran yang memiliki besar dan arah, tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Di Indonesia, frekuensi tegangan dan arus ditetapkan sebesar 50 Hz, dimana hal ini mengikuti standar frekuensi di Belanda atau negara-negara Eropa, sedangkan di negara Amerika Serikat dan Kanada menggunakan frekuensi 60 Hz.

2.10. Emisi Gas Buang

Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam dikeluarkan melalu

2.10.1. Sumber

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.

2.10.2. Komposisi Kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.

(41)

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan

membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak

sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar.

(42)

Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c.) Karbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

(43)

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

Alat yang dipakai dalam pengujian ini terdiri dari :

3.2.1.1 Alat elektroliser

Tabung elekroliser sebagai penghasil gas hidrogen dapat dibuat sendiri dengan menggunakan toples yang cocok.

Gambar 3.1 Alat elektroliser penghasil gas hidrogen

Bahan dan alat yang digunakan untuk membuat sebuah elektroliser adalah: 3.2.1.1.1 Bahan

(44)

Toples yang digunakan adalah toples khusus yang tahan akan panas dan tekanan.

2) Elektroda

Elektroda terdiri dari dua bagian, yaitu elektroda negatif (katoda) dan elektroda positif (anoda). Elektroda dibuat menggunakan bahan dari stainless steel sebab lebih tahan terhadap korosi.

3) Mur, baut dan ring isolator.

Berfungsi sebagai terminal listrik elektroda. 4) Plat Stainless steel

Berfungsi untuk memecah senyawa air menjadi gas hidrogen dan oksigen. Gas hidrogen nantinya akan digunakan sebagai campuran bahan bakar.

5) Selang

Diletakan pada tutup tabung yang berfungsi sebagai penyalur botol tempat penampungan.

6) Katup (Pengatur udara)

Katup udara diletakan pada tutup elektroliser dan berfungsi sebagai fentilator udara yang dapat meningkatkan dan mengurangi tingkat kevakuman dalam tabung.

7) Air

Sebagai larutan elektrolit yang akan dicampur dengan natrium bikarbonat atau NaHCO3. Banyak dan sedikitnya air tergantung besarnya tabung.

8) Soda kue (Natrium Bikarbonat)

Merupakan senyawa elektrolit, sehingga mempercepat proses produksi gas hidrogen. Perbandingan ideal natrium bikarbonat dengan air suling adalah 1,5 sendok teh : 0,9 – 1 liter air.

11) Kabel listrik, terminal atau sekum dan isolasi. 12) Baterai charger

Sebagai sumber arus yang akan mengalir pada alat elektrolisa. 14) Klem dan kabeltis.

3.2.1.1.2 Alat 1) Mesin bor. 2) Mesin Gerinda

(45)

3) Pengaris 5) Obeng. 6) Tang

Setelah bahan dan alat dipersiapkan, langkah selanjutnya pembuatan elektroliser:

1) Plat stainless steel dipotong sesuai ukuran yang telah ditentukan. Kemudian dilubangi sesuai ukuran baut, agar baut dapat menjadi pengikat plat stainless steel tersebut.

2) Plat stainless steel disusun sesuai dengan fungsinya, bertindak sebagai katoda atau anoda.

4) Tutup tabung (toples) dilubangi sesuai ukuran plat stainless steel agar kabel dapat melewatinya dan penyaluran hidrogen dapat berlangsung dengan baik. 5) Kabel dimasukkan melalui tutup tabung dan dihubungkan kepada plat

stainless steel dengan melilitkan kabel.

6) Ketinggian plat stainless steel diatur melalui panjangnya kabel listrik. Kemudian kabel di lem super pada tutup tabung agar tidak ada perpindahan pada plat stainless steel agar tidak terjadi kebocoran.

7) Elbow dipasang berfungsi sebagai penyearah gas hidrogen yang dihasilkan nantinya.

8) Selang plastik dihubungkan pada elbow untuk menyalurkan hidrogen ke tempat penampungan (botol ukuran 150 ml dengan tekanan 1 bar)

9) Selang plastik diikat dengan kleman atau kabel tis untuk mencegah terjadinya kebocoran dalam penyaluran gas hidrogen.

10) Masukan larutan Air kira-kira 800 ml dan tambahkan zat tambahan sebagai katalis (natrium bikarbonat) kira-kira 1 sendok makan.

Setelah selesai perakitan elektroliser tersebut dapat digunakan pada parameter uji.

3.2.1.2 Mesin Uji

1. Genset STARKE Tipe GFH1900LX

Sistem kerja genset otto ini adalah dengan menyesuaikan besarnya beban dengan jumlah putaran yang dilakukan mesin. Hal ini disebabkan telah

(46)

terintegrasi mesin dengan generator sehingga mesin akan menaikkan putaran secara otomatis jika beban pada generator ditambah

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

(47)

• Weight : 26 Kg

• Dimensions : 370 x 400 x 460 mm

2. 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

• Power Source : AC 220 V ± 10% 50/60 Hz

(48)

Gambar 3.4 Tachometer 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

4. Multi meter untuk mengetahui tegangan dan kuat arus dari genset

Gambar 3.5 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

(49)

• 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

5. Botol minuman yang digunakan untuk menentukan jumlah bahan bakar yang dipakai

6. Timbangan Digital untuk mengukur massa bahan bakar sebelum digunakan. 7. Gelas ukur sebagai wadah dalam menimbang bahan bakar.

8. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, kunci busi, obeng, tang, dan palu.

9. Stop watch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan bahan bakar.

10.Bola lampu pijar 100 watt sebanyak 12 buah lampu yang digunakan sebagai beban

3.2.1.3. Alat pendukung dalam penyimpanan hidrogen

Hidrogen yang telah dihasilkan ditampung terlebih dahulu. Dalam pengujian ini, hidrogen yang ditampung dalam tekanan 1 bar. Hidrogen ditampung agar saat pengujian dapat langsung digunakan dengan cepat. Karena untuk menghasilkan hidrogen dibutuhkan waktu yang cukup lama. Penampungan hidrogen didukung oleh beberapa alat pendukung, diantaranya sebagai berikut : a. Botol penampung hidrogen 150 ml

Botol yang digunakan yaitu botol bekas minuman berkarbonasi (minuman bersoda) yang tahan terhadap tekanan.

(50)

Gambar 3.6 Media penampung hidrogen

b. Katup

Katup digunakan untuk membuka/menutup aliran hidrogen yang telah dihasilkan pada proses elektrolisis. Jika wadah penampungan telah terisi penuh dengan hidrogen hingga tekanan 1 bar, maka katup dapat menutup aliran hidrogen tersebut.

Gambar 3.7 Katup 3.2.1.4 Alat pendukung dalam menyalurkan hidrogen

Untuk menyalurkan bahan bakar hidrogen dari tempat penampungan (botol ukuran 150 ml) dilakukan modifikasi aliran udara. Yang dimana modifikasi ini membuat hidrogen dan udara bebas masuk dalam jalur yang sama. Sementara campuran bahan bakar premium dan etanol masuk melalui saluran minyak.

(51)

Penyaluran hidrogen ini juga harus dilengkapi oleh alat-alat pendukung agar dapat berlangsung dengan baik. Alat-alat pendukung yang dimaksud adalah sebagai berikut.

a. Regulator

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

Gambar 3.8 Regulator

Spesifikasi :

• Tipe : AR20-02 Steins fluida gas

• Ukuran maksimum : 150 psi • Ukuran minimum pengukuran : 0 psi

b. Manometer

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

(52)

Gambar 3.9 manometer

c. Selang plastik

Selang plastik digunakan sebagai media penyaluran hidrogen dari tempat penampungan.

d. Saluran Hawa

Saluran hawa dari mesin genset ini perlu dilakukan modifikasi agar hawa dan gas hidrogen masuk melalui aliran yang sama.

Gambar 3.10 Modifikasi saluran hawa

3.2.2 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar 1. premium 100% yang selanjutnya disimbolkan P,

(53)

3. Campuran bahan bakar premium 75% + etanol (99%) 25% yang selanjutnya disimbolkan E25

4. Campuran bahan bakar (premium 75% + etanol (99%) 25%) 97,5% + hidrogen 2,5% ( E25 97,5% + hidrogen 2,5%) yang selanjutnya disimbolkan H2,5.

3.3.Prosedur Elektrolisa untuk Menghasilkan Bahan Bakar Hidrogen

Bahan bakar hidrogen dihasilkan dengan elektrolisa air, adapun prosedurnya adalah :

a. Masukkan air pada bejana elektrolisa sebanyak 800 ml dan tambahkan sekitar 1,5 sedok teh soda kue sebagai katalis.

b. Tutup tabung elektrolisa dan hubungkan selang tabung dengan tempat penampungan yang sebelumnya juga sudah dihubungkan dengan manometer dan katup.

c. Hubungkan tabung elektrolisa dengan sumber arus (power suplay).

d. Nyalakan power suplay pada tegangan 12 volt, dan akan terjadi reaksi pemecahan atom.

e. Tunggu hingga manometer menunjuk angka 1 bar, kemudian tutup katup yang sebelumnya sudah dihubungkan pada penampung.

(54)

Diagram alir proses elektrolisa dapat dilihat dibawah ini :

Gambar 3.11 Diagram alir prosedur elektolisa menghasilkan hidrogen

3.4 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:

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

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar premium, etanol dan gas hidrogen yang diperoleh dari berbagai sumber yang ada.

• Mengulang langkah tuk hasil yang lebih banyak.

Selesai

• Menghubungkan manometer • Menghubungkan katup • Menghubungkan tempat

penampungan

• Menghubungkan power suplay (12 volt)

• Menunggu hingga tekanan 1 bar

Mulai

•Volume air: 800 ml

(55)

3.5 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik

3.6 Pengamatan dan Tahap Pengujian

Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1. Daya ( P )

2. Torsi ( T )

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 “P” 3. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar “Et” 4. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar “E25”

5. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar campuran “H2,5”

3.7 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.

(56)

● 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.

● 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.

(57)

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.

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

17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut-turut.

3.8 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set

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 menyalakan 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama).

4. Menyalakan 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.

(58)

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 yang berbeda yang sudah ditentukan.

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 sebanyak 29,27 gr.

3. Mengatur keluaran hidrogen lewat regulator.

4. Memulai pengujian dengan menyalakan 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama) dan serempak membuka katup.

5. Menyalakan 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 yang berbeda yang sudah ditentukan.

(59)

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

Gambar 3.12 Diagram alir pengujian performansi mesin otto generator set

Mulai

• Jumlah beban lampu: n lampu

• Massa bahan bakar = 30 gr

Mengulang pengujian dengan beban jumlah lampu yang berbeda

selesai Kesimpulan • Mencatat putaran mesin • Mencatat tegangan • Mencatat kuat arus • Mencatat waktu Tidak

(1)

Tabel daya yang dihasilkan generator masing-masing bahan bakar

Bahan Bakar Parameter Uji Jumlah lampu (@100 Watt)

2 4 6 8 10 12

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

R (ohm) 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,0129 3 P (Watt) 201,6 401,6 607,2 806,4 1008 1012,5

Pg (watt) 201,608 3

401,633

1 607,2745

806,532 4

1008,20 7

1012,7 62

n (rpm) 4191 4262 4333 4224 4171 4026

V (volt) 250 250 250 225 198 176

I (Ampere) 0,8 1,65 2,5 2,83 3,28 3,66

R (ohm) 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,0129 3 P(Watt) 200 412,5 625 636,75 649,44 651,48 Pg (watt) 200,008

412,535

2 625,0808

636,853 6

649,579 1

651,65 32

E25

n (rpm) 4290 4380 4475 4550 4610 4493

V (volt) 250 250 251 250 250 225

I (Ampere) 0,81 1,61 2,5 3,25 4,1 4,6

R (ohm) 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,0129 3 P (Watt) 202,5 402,5 627,5 812,5 1025 1035

Pg (watt) 202,508 5

402,533

5 627,5808

812,636 6

1025,21 7

1035,2 74

H2,5

n (rpm) 4310 4393 4500 4570 4590 4436

V (volt) 250 250 251 250 250 230

I (Ampere) 0,82 1,65 2,51 3,3 4,2 4,8

R (ohm) 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,01293 0,0129 3 P (Watt) 205 412,5 630,01 825 1050 1104

P (Watt) 205,008 7

412,535

2 630,0915

825,140 8

1050,22 8

1104,2 98

b. Daya Mesin (motor bakar (BHP))

Daya mesin dalam hal ini adalah daya BHP yang mana daya ini merupakan daya yang menggerakkan poros sebelum pada akhirnya dijadikan menjadi daya

(2)

Dimana :

Pb : daya BHP (watt) Pp : daya poros (watt)

ηt : efisiensi transmisi dalam hal ini adalah 1 karena sistem kopel

langsung

dan rumus mencari daya poros (Pp) dihitung dengan persamaan :

��= ��

��

Dimana :

Pg : daya generator (watt)

ηt : efisiensi generator [Efisiensi generator berada diantara 33% -

60% (sumber :

Dari rentang efisiensi diatas, di asumsikan efisiensi termal dari generator adalah sebesar 50% atau 0,5. Dan dari data pada pembebanan 2 lampu 200 watt menggunakan bahan bakar “P” telah didapat:

Pg = 201,6083 watt Maka didapat

��=201,6083 0,5

��= 403,2166 �� Sehingga:

��=��

��

Dikarenakan kople langsung ηt = 1

Maka

��=��

Dengan melakukan hal yang sama maka akan didapat hasil daya BHP sebagai berikut untuk setiap pembebanan masing-masing bahan bakar,

(3)

Tabel besar daya BHP masing-masing bahan bakar

Bahan Bakar Parameter Uji Jumlah lampu (@100 Watt)

2 4 6 8 10 12

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

Pg (watt) 201,608 3

401,633

1 607,2745

806,532 4

1008,20 7

1012,7 62 Pb (watt) 403,216

803,266

2 1214,549

1613,06 5

2016,41 4

2025,5 24

n (rpm) 4191 4262 4333 4224 4171 4026

V (volt) 250 250 250 225 198 176

I (Ampere) 0,8 1,65 2,5 2,83 3,28 3,66

P(Watt) 200 412,5 625 636,75 649,44 651,48 Pg (watt) 200,008

412,535

2 625,0808

636,853 6

649,579 1

651,65 32 Pb (watt) 400,016

825,070

4 1250,162

1273,70 7

1299,15 8

1303,3 06

E25

n (rpm) 4290 4380 4475 4550 4610 4493

V (volt) 250 250 251 250 250 225

I (Ampere) 0,81 1,61 2,5 3,25 4,1 4,6

P (Watt) 202,5 402,5 627,5 812,5 1025 1035

Pg (watt) 202,508 5

402,533

5 627,5808

812,636 6

1025,21 7

1035,2 74 Pb (watt)

405,017 805,067 1255,162

1625,27 3

2050,43 5

2070,5 47

H2,5

n (rpm) 4310 4393 4500 4570 4590 4436

V (volt) 250 250 251 250 250 230

I (Ampere) 0,82 1,65 2,51 3,3 4,2 4,8

P (Watt) 205 412,5 630,01 825 1050 1104

Pg (Watt) 205,008 7

412,535

2 630,0915

825,140 8

1050,22 8

1104,2 98 Pb (Watt) 410,017

825,070

4 1260,183

1650,28 2

2100,45 6

2208,5 96

c. Menghitung SFC mesin (tanpa generator) SFC dihitung dengan persamaan :

(4)

Pada pembebanan 2 lampu 200 watt menggunakan bahan bakar “P” diketahui dan telah didapat :

mf : 0,6136 kg/jam Pb : 0,4032 kw

Dengan mensubtitusi data akan didapat :

��= 0,6136 . 10 3 0,4032

��= 1521,853 g/kwh

Dengan melakukan hal yang sama maka akan didapat hasil SFC (tanpa generator) sebagai berikut untuk setiap pembebanan masing-masing bahan bakar,

Tabel besar SFC (tanpa generator) masing-masing bahan bakar Bahan Bakar Parameter

Performansi

Jumlah lampu (@100 Watt)

2 4 6 8 10 12

n (rpm) 4330 4410 4510 4600 4690 4560

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

Pb (Kw) 0,4032 0,8033 1,2145 1,613 2,0164 2,0255

Sfc(g/Kw jam)

1521,85 3

884,546 5

653,837 5

499,651 4

461,727 9

493,69 95

n (rpm) 4191 4262 4333 4224 4171 4026

mf ( kg/jam) 0,675 0,75 0,878 0,9153 0,9818 1,08

Pb (Kw) 0,4 0,8251 1,12502 1,2737 1,2992 1,3033

Sfc(g/Kw

jam) 1687,43

909,013 3

702,348 2

718,575 1

755,734 1

828,66 16

E25

n (rpm) 4290 4380 4475 4550 4610 4493

mf ( kg/jam) 0,6353 0,7248 0,8308 0,8438 0,9643 1,0286

Pb (Kw) 0,405 0,8051 1,2552 1,6253 2,0504 2,0705

Sfc(g/Kw jam)

1568,56 2

900,337 7

661,882 3

519,143 5

470,283 5

496,76 31

H2,5

n (rpm) 4310 4393 4500 4570 4590 4436

mf ( kg/jam) 0,6316 0,72 0,806 0,8438 0,878 0,9474

Pb (Kw) 0,410 0,8251 1,2602 1,6502 2,1005 2,2086

Sfc(g/Kw jam)

1540,37 1

872,652

8 639,566

511,276 4

418,027 7

428,94 6

(5)

Perbandingan daya dan SFC dengan generator dan tanpa generator dapat dilihat dalam tabel berikut :

Tabel perbandingan perhitungan SFC dengan dan tanpa generator Bahan

Bakar

Generator (G) / non Generator (NG)

Parameter Performansi

Jumlah lampu (@100 Watt)

2 4 6 8 10 12

n (rpm) 4330 4410 4510 4600 4690 4560

G P (kw) 0,2016 0,4016 0,6072 0,8064 1,008 1,012 Sfc (g/Kw )jam 3043,83 1 1769,23 9 1307,83

5 999,467

923,645 3

987,65 43 NG Pb (Kw) 0,4032 0,8033 1,2145 1,613 2,0164 2,0255

Sfc(g/Kw jam) 1521,85 3 884,546 5 653,837 5 499,651 4 461,727 9 493,69 95 Et

n (rpm) 4191 4262 4333 4224 4171 4026

P (kw) 0,2 0,4125 0,625 0,63675 0,64944 0,6514 8 Sfc (g/Kw

jam) 3375

1818,18 2 1404,87 8 1437,38 4 1511,79 2 1657,7 64 NG Pb (Kw) 0,4 0,8251 1,12502 1,2737 1,2992 1,3033

Sfc(g/Kw

jam) 1687,43

909,013 3 702,348 2 718,575 1 755,734 1 828,66 16 E25

n (rpm) 4290 4380 4475 4550 4610 4493

G P (kw) 0,2025 0,4025 0,6275 0,8125 1,025 1,035 Sfc (g/Kw jam) 3137,25 5 1800,82 5 1323,93 5 1038,46 2 940,766 6 993,78 88 NG Pb (Kw) 0,405 0,8051 1,2552 1,6253 2,0504 2,0705

Sfc(g/Kw jam) 1568,56 2 900,337 7 661,882 3 519,143 5 470,283 5 496,76 31 H2,5

n (rpm) 4310 4393 4500 4570 4590 4436

G P (kw) 0,205 0,4125 0,63001 0,825 1,05 1,104

Sfc (g/Kw jam) 3080,87 3 1745,45 5 1279,29 7 1022,72 7 836,236 9 858,12 36 NG Pb (Kw) 0,410 0,8251 1,2602 1,6502 2,1005 2,2086

Sfc(g/Kw jam)

1540,37 1

872,652

8 639,566

511,276 4 418,027 7 428,94 6

(6)

Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen dan Etanol 99% terhadap Performansi dan Emisi Gas Buang Mesin Genset Otto