TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Tinjauan Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin
2.2.4 Effisiensi Thermal Brake
Daya aktual yang dihasilkan oleh mesin selalu lebih kecil daripada energi yang seharusnya dihasilkan. Hal ini terjadi dikarenakan oleh adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Semakin tinggi daya aktual yang dihasilkan oleh mesin, maka efisiensi pun akan semakin tinggi. Efisiensi inilah yang sering disebut dengan efisiensi thermal brake (brake thermal efficiency).
2.3 Bahan bakar
2.3.1 ELPIJI
ELPIJI adalah brand PERTAMINA untuk LPG (Liquefied Petroleum Gas). LPG merupakan gas hidrokarbon produksi dari kilang minyak dan kilang gas dengan komponen utama gas propane (C3H8) dan butane (C4H10)[11]. Di Indonesia, LPG digunakan terutama sebagai bahan bakar untuk memasak. Konsumen LPG bervariasi, mulai dari rumah tangga, kalangan komersial (restoran, hotel) hingga industri. Di kalangan industri, LPG digunakan sebagai bahan bakar pada industri makanan, gelas serta bahan bakar forklift. Selain itu, LPG juga dapat digunakan sebagai bahan baku pada industri aerosol. Gambar 2.11 Contoh produk elpiji 3 kg di pasaran.
Elpiji , pelafalan bahasa Indonesia dari akronim bahasa inggris LPG (liguified petroleum gas) yang artinya gas minyak bumi yang dicairkan. Dengan menambah tekan dan menurunkan suhunya. Gas berubah menjadi cair. Dalam kondisi atmosfer akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu elpiji dipasarkandalam bentuk cair dalam tabung tabung logam bertekanan.
Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya. Tabung elpiji tidak diisi secara penuh. Hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi tekanan dan temperature, tetapi biasanya sekitar 250:1. Tekanan dimana elpiji berbentuk cair dinamakan tekanan uap. Hal ini juga bervariasi tergantung komposisi dan temperature, sebagai contoh. Dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2) bagi butana murni pada 20oC (68 oF) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propane murni pada 55oC (131oF).
2.3.1.1 SIFAT ELPIJI
Elpiji mempunya sifat yang berbeda dari bahan bakar minyak. Sifat elpiji paling pokok adalah sebagai berikut :
• Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar
• Gas tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat
• Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder
• Cairan dapat menguap jika dibuka dan menyebar dengan cepat
• Gas ini lebih berat disbanding udara sehingga akan banyak menempati daerah yang rendah
2.3.1.2 Bahaya Elpiji
Salah satu resiko pengguanaan elpiji (LPG) adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan
kebakaran. Pada awalnya, gas elpiji tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas.
Menyadari hal itu, Pertamina menambahkan gas mercaptan yang baunya khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran tabung gas. Tekanan elpiji cukup besar (tekanan uap sekitar 120 psig ), sehingga kebocoran elpiji akan membentuk gas secara cepat dan mengubah volumenya menjadi lebih besar.
2.3.1.3 Harga Elpiji
Harga elpiji di tiap-tiap daerah cendrung berbeda. Gambar 2.12 Berikut harga elpiji untuk wilayah Sumatera Utara dan sekitarnya :
Gambar 2.12 Pembelian Elpiji di SPBU
Harga elpiji 3 kg (tabung hijau) = Rp. 16.000 Harga elpiji 12 kg (tabung biru) = Rp 134.800
2.3.2 PERTAMAX
Pertamax dihasilkan dengan penambahan di yang berbahaya bagi keunggulan dibandingkan denga
Pertamax pada Gambar 2.13 direkomendasikan untuk kendaraan yang memiliki kompresi 9,1-10,1, terutama yang telah menggunaka dengan Electronic Fuel Injection (EFI) dan catalytic converters (pengubah katalitik).
Gambar 2.13 Pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.3.2.1 SIFAT PERTAMAX
Sekilas sifat pertamax serupa dengan premium pada umumnya. Tetapi pertamax mempunyai sifat khusus. Sifat pertamax pada umumnya adalah sebagai berikut :
• Bebas
• Research Octane Number (RON) yang lebih tinggi dari Premium,
• Karena memiliki oktan tinggi, maka Pertamax bisa menerima tekanan pada
mesin berkompresi tinggi, sehingga dapat bekerja dengan optimal pada gerakan maksimal, karena BBM digunakan secara optimal. Sedangkan pada mesin yang menggunakan Premium, BBM terbakar dan meledak, tidak sesuai dengan gerakan piston. Gejala inilah yang dikenal dengan 'knocking' atau mesin 'ngelitik'.
2.3.2.2 KEUNGGULAN PERTAMAX
Penggunaan Pertamax mampu menjadikan kendaraan lebih handal dalam berkendara. Kondisi lalu lintas yang cenderung macet, menjadikan mesin kendaraan bekerja lebih aktif dan berat. Penambahan zat additive di dalam
Pertamax membantu menghadapi masalah yang sering dihadapi oleh mesin
kendaraan dalam kondisi tersebut, sehingga mesin kendaraan tetap awet dan mampu diandalkan. Adapun keunggulan dari bahan bakar ini adalah :
• ecosave technology, Dapat melindungi mesin. Ecosave technology memang
dirancang khusus untuk menjaga kinerja mesin
• Mesin lebih bersih, sebab pertamax diformulasikan khusus untuk menjaga
mesin tetap bersih dari penumpukan karbon yang mengganggu kinerja mesin kendaraan.
• Anti knocking, formula pertamax mampu mencegah terjadinya knocking di
dalam mesin sehingga suara mesin menjadi lebih halus.
2.3.2.3 Harga pertamax
Harga pertamax di Indonesia mengalami penaikan dan penurunan mengikuti kebijakan pemerintah. Pada Gambar 2.14 Berikut adalah harga pertamax di daerah-daerah di Indonesia yang diinput pada tanggal 1 maret 2016.
Gambar 2.14 Harga pertamax (sumber: http://www.pertamina.com)
2.4 KONVERTER KIT
Sistem bahan bakar elpiji sebagian berbeda dengan yang ada pada mesin bensin. Pada mesin bensin, udara disebabkan oleh bekerjanya pompa piston yang memberi pengarauh pada karburator dengan menimbulkan vakum yang akan menarik bahan bakar bensin dari selang bahan bakar. Pada aliran udara berkecepatan tinggi, bensin dibentuk dalam tetes-tetes kecil (automized) dan bercampur dengan udara. Campuran ini umumnya tidak sehomogen atau se- uniform campuran udara/ elpiji [12].
Pada umumnya kendaraan yang diproduksi di Indonesia menggunakan bahan bakar minyak sebagai bahan bakar utama untuk mesin penggeraknya. Tentunya dalam hal ini pengkonversian bahan bakar ke gas tidak bisa langsung diaplikasikan sebelum memodifikasi sistem bahan bakar khusus untuk bahan bakar gas. Modifikasi ini dilakukan agar mesin yang diproduksi untuk bahan bakar bensin dapat digunakan untuk bahan bakar gas juga. Oleh karena itu, untuk mesin kendaraan yang akan menggukan bahan bakar gas, perlu adanya konverter kit. Konverter kit adalah sebuah peralatan yang dibutuhkan untuk kendaraan atau mesin yang menggunakan gas sebagai bahan bakar.
Dalam pemakaian BBG untuk kendaraan tidak ada perubahan-perubahan pada mesin kendaraan, yang ada hanya penambahan peralatan kit konversi. Bila
prosedur pemasangan dan pemeliharaan alat ini dilaksanakan dengan baik maka penggunaanya akan aman [13]. Ada pun skema dari sistem bahan bakar untuk gas ini dimulai dari tabung BBG kemudian dialirkan ke konverter kit menggunakan pipa/selang gas tekanan tinggi. Di dalam konverter kit, tekanan gas diturunkan ke atmosfir oleh penurun tekanan. Kemudian dicampur dengan udara oleh pencampur dengan udara oleh pencampur udara dan gas. Selanjutnya bahan bakar gas masuk ke mesin untuk dibakar.
Agar sepeda motor dapat beroperasi dengan baik maka diperlukan syarat yang harus dibutuhkan pada sistem konvertr kit. Adapun Kebutuhan Utama dari alat ini adalah:
a. Engine/Mesin Dapat Hidup Dalam Keadaan Stasioner/Idle
b. Putaran Engine dapat bervarisi (lambat-sedang-tinggi) sesuai pijakan pedal gas
Untuk Mengatasi Kebutuhan Engine Maka Konverter Kit Dilengkapi Dengan :
*Idle Speed Regulator : untuk mengatur kecepatan pada saat engine dalam keadaan idle/stasioner
*Variable Speed Regulator :Untuk Mengatur Putaran/Kecepatan Bervariasi
2.5 Teori Pembakaran dalam motor bensin
Pada mesin, campuran bahan bakar yang mudah terbakar pada umumnya disuplai oleh karbuarator dan pembakaran dimulai dengan penyalaan elektrik yang diberikan oleh busi. Pemanasan kimia untuk pembakaran hidrokarbon dapat dituliskan dengan C8H18 (Iso-oktan)[5]. Adapun bentuk persamaannya adalah :
C8H18+12.5 O2 = 8 CO2 + 9 H2 O
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas.Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar
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.
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.
2.6 EMISI GAS BUANG
Susunan gas buanag dapat juga ditentukan dengan menggunakan alat penguji gas buang. Alat ini dipakai untuk menetapkan apakah campuran yang dihisap itu miskin, baik atau kaya. Bila terlalu kaya berarti terlalu banyak menggunakan bensin. Bila campuran terlalu kaya/banyak maka mesin terlalu banayak menggunakan bahan bakar, tapi jikalau terlalu miskin bahan bakar maka mesin tidak akan mencapai tenaga penuh dan terjadi panas yang belebihan pada mesin[14] .
Alat penguji itu memberikan hasil baik bila instalasi pengapian serta alat-alat mekanisnya semua dalam keadaan baik. Gambar 2.15 berikut merupakan contoh buruk polusi yang dihasilkan oleh kendaraan
Gambar 2.15 Polusi gas buang kendaraan (sumber:
Adapun zat-zat yang merugikan dalam gas buang adalah :
o CH (karbon hydrogen yang tidak terbakar). Ini merupakan penghisapan bensin. Dan bensin yang tidak terbakar.
o NO (nitrogen monoksida). Gas ini dibentuk dalam motor, khusus pada suhu tinggi. Diudara luar masih menyatu dengan zat asam, sehingga terjadilah nitrogine dioksida (NO 2). Dibawah pengaruh sinar matahari akan timbul kabut . Bagi kehidupan manusia , NO2 dapat menimbulkan rasa nyeri pada mata. Gas ini juga dapat merusak tumbuh-tumbuhan. Bila tidak ada angin, maka kabut tadi tetap menggantung sebagai kotoran yang menimbulkan udara tidak enak serta dapat merusak kesehatan.
o CO (karbon monoksida). Gas ini dalam badan manusia menyerang butir-butir darah merah, yang bertugas membawa zat asam ke seluruh badan. Di dalam ruang tertutup, persentase volume CO dan 0.1 % atau lebih tinggi sudah dapat mematikan. Adapun nama popular untuk sebutan karbon monoksida ini adalah uap karbon.
Untuk mengetahui ambang batas dari emisi gas buang yang diperbolehkan dapat dilihat pada Lampiran 1.
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perlu diketahui, Indonesia tidaklah kaya akan sumber bahan bakar minyak. Cadangan dan produksi bahan bakar minyak bumi (fosil) di Indonesia mengalami penurunan 10% setiap tahunnya sedangkan tingkat konsumsi minyak rata-rata naik 6% per tahun. Statistik menunjukkan Cadangan potensial minyak pada tahun 2013 sebesar 3,85 miliar barel sedangkan cadangan terbukti sebesar 3,69 miliar barel. Pangsa cadangan minyak bumi Indonesia hanya berkisar 0,5 % dari total cadangan minyak bumi dunia[1].
Permasalahan yang terjadi di Indonesia saat ini yaitu produksi bahan bakar minyak bumi tidak dapat mengimbangi besarnya konsumsi bahan bakar minyak itu sendiri, sehingga Indonesia melakukan impor minyak untuk memenuhi kebutuhan energi bahan bakar minyak setiap harinya[2]. BBM merupakan energi yang paling banyak digunakan di Indonesia seperti halnya yang ditunjukkan pada Gambar 1.1 berikut.
Gambar 1.1 Statistik Energi total Indonesia (sumber:BPPT, Outlook Energi Indonesia. 2013)
Melihat permasalahan diatas, perlu adanya penggantian/subtitusi energi untuk mencegah dampak buruk akibat semakin menipisnya jumlah cadangan minyak di Indonesia. Substitusi ini merupakan langkah utama agar ketergantungan akan minyak dapat berkurang. Dengan cadangan gas di Indonesia yang relatif besar dibandingkan minyak, penggunaan gas (konversi BBM ke BBG) memang salah satu alternatif substitusi energi yang tepat untuk transportasi[3]. penggunaan BBM menempati peringkat teratas dalam konsumsi energi di Indonesia dan berbanding jauh dengan gas LPG yang berada jauh di bawah penggunaan BBM.
Hal ini menjadi acuan untuk diadakannya penelitian tentang penggunaan bahan bakar gas di kendaraan bermesin dan perbandingannya jika menggunakan bahan bakar minyak. Tentu saja kendaraan bermesin dipilih karena dilihat dari penggunaan BBM terbesar adalah pada kendaraan bermesin untuk transportasi seperti yang bisa dilihat pada Gambar 1.1 berikut.
Gambar 1.2 Konsumsi BBM berdasarkan sektor (sumber: Handbook of Energy & Economic Statistic of Indonesia 2012)
disebabkan karena beban subsidi BBM besar sehingga investasi pengembangan infrastruktur terhambat. [4].
Pengalihan Penggunaan BBM menjagi BBG pada kendaraan bermotor tidaklah semudah yang dibayangkan. Kareteristik BBG yang cenderung berbeda dengan BBM menyebabkan kendaraan membutuhkan sistem bahan bakar khusus agar kendaraan dapat menggunakan gas sebagai bahan bakar. Sistem bahan bakar yang dikhususkan untuk bahan bakar gas (BBG) sering juga disebut konverter kit. Konverter kit sangat dibutuhkan pada mesin yang pada sebelumnya menggunakan sistem bahan bakar minyak, agar ketika menggunakan bahan bakar gas mesin dapat berjalan dengan normal seperti halnya sewaktu menggunakan bahan bakar minyak.
Untuk mengetahui apakah efektif dan efisiennya pengalihan bahan bakar tersebut maka diperlukannya sebuah penelitian mengenai performansi serta emisi gas buang yang dihasilkan dari mesin serta agar mesin dapat digunakan sebagai alat transportasi dimasa yang akan datang.
1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mengetahui perbandingan effisiensi dan konsumsi bahan bakar spesifik dari mesin otto sepeda motor berkapasitas 125 cc menggunakan bahan bakar LPG dan pertamax.
2. Untuk mengetahui perolehan torsi dan daya dari mesin otto sepeda motor berkapasitas 125 cc jika menggunakan bahan bakar LPG dan pertamax. 3. Untuk memperoleh komposisi emisi gas buang mesin otto dengan bahan
bakar pertamax dan bahan bakar bahan bakar gas LPG
4. Merakit sistem konverter kit untuk bahan bakar gas untuk digunakan pada sepeda motor Honda Kharisma 125.
a. Batasan Masalah
2. Bahan bakar yang digunakan dalam percobaan adalah pertamax 100% dan gas LPG kapasitas 3 Kg dengan komposisi propane (C3) sebesar 50% dan
butane(C4) sebesar 50%. Mesin yang digunakan adalah mesin otto 4 langkah SOHC silinder tunggal merk HONDA KHARISMA Kapasitas mesin 125 cc.
3. Performansi mesin yang diteliti berupa: Daya (Brake Power)
Torsi (Torsion)
Konsumsi bahan bakar spesifik ( Specific Fuel Consumption) Efisiensi thermal (Thermal Efficiency)
Rasio udara bahan bakar (Air Fuel Ratio) Emisi gas buang
4. Senyawa gas buang yang dikaji adalah karbon monoksida(CO), karbon dioksida(CO2), hidrokarbon(HC), dan oksigen(O2).
5. Alat uji emisi yang digunakan untuk menghitung nilai emisi adalah gas analyzer merk Sukyong
1.4Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.
2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik(e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
3. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik dan di Bengkel Toyota Auto 2000 SM. Raja.
4. Diskusi, berupa Tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.5Sistematika Penulisan
Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka dilakukan pembagian bab
latar belakang, tujuan, batasan masalah,metodologi penulisan, dan sistematika penulisan. Bab II tinjauan pustaka, berisi landasan teori yang diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian. Bab III metodologi penelitian, berisi metode yang akan digunakan untuk menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini nanti juga akan digunakan untuk menyelesaikan pengujian, pengolahan dan analisis data yang akan digunakan untuk menyelesaikan teori dan topik yang akan diangkat. Bab IV analisis data dan pembahasan, pada bab ini akan dianalisis dan dibahas mengenai data-data yang diperoleh dari hasil pengujian yang dilakukan. Bab V kesimpulan dan saran, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan sara-saran. Daftar pustaka dan lampiran.
Abstrak
Statistik penggunaan bahan bakar minyak yang sudah tidak lazim di Indonesia, sungguh sangat mengkhawatirkan dalam kemandirian energi yang akan datang. Konsumsi energi pada sektor transportasi menduduki peringkat pertama di Indonesia. Untuk mengurangi konsumsi energi berbasis bahan bakar minyak, maka diperlukan langkah pemanfaatan sumber energi dari jenis bahan bakar gas LPG (Liquid Petroleum gas). Namun demikian, peralihan ke bahan bakar gas ini membutuhkan konverter kit agar bisa digunakan pada mesin jenis otto pada sepeda motor. Prinsip konverter kit pada umumnya adalah menurunkan tekanan dan menyediakan kebutuhan bahan bakar pada saat mesin dalam putaran idle maupun putaran stasioner. Pada penelitian ini, penggunaan bahan bakar gas diuji pada sepeda motor Honda Kharisma dengan kapasitas mesin 125 cc untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari pemakaian bahan bakar gas di kendaraan. Sebagai perbandingan, data yang diteliti dibandingkan dengan bahan bakar pertamax untuk mengetahui perbedaan yang mendasar dari penggunaan masing-masing bahan bakar tersebut pada saat diuji di sepeda motor yang sama. Dari hasil pengujian konsumsi bahan bakar spesifik (SFC), mesin berbahan bakar gas memiliki SFC terendah mesin pada 4000 rpm yaitu sebesar 159,16 gr/kWh. Sedangkan SFC tertinggi mesin terjadi pada pengujian bahan bakar pertamax pada putaran 2000 rpm yaitu sebesar 452,48 gr/kWh. Pemakaian bahan bakar gas mengalami penurunan torsi dan daya. Akan tetapi, Emisi gas buang pemakaian bahan bakar LPG sangat baik yaitu sebesar 1.51 % pada putaran mesin 2000 rpm.
Abstract
Statistics on the use of the fuel oil that are not uncommon in Indonesia, it is very worrying in the coming energy independence. The energy consumption in the transportation sector was ranked first in Indonesia. To reduce the energy consumption of oil-based fuel, then the necessary of steps of utilization sources energy of types of fuel gas LPG (Liquid Petroleum gas). However, the transition to fuel gas requires a converter kit that can be used on a machine type otto on a motorcycle. The principles of converter kit in general are reducing the pressure and provide for the needs of fuel during the machine in idle and stationer round. In this study, the use of fuel gas in tested on a motorcycle “Honda Kharisma” with 125 cc engine capacity to know the advantages and disadvantages of the use of fuel gas in the vehicle. As comparison, the Data were examined in compare with the fuel of Pertamax to know the fundamental difference from the use of each of these fuels when tested in the same motorcycle. Based on the results of the testing of fuel consumption (SFC), LPG gas-fuelled engines has SFC of the lowest machine on the 4000 rpm is equal to 159.16 grams/kWh. Whereas, SFC of the highest engine going on testing of fuels Pertamax on round 2000 rpm in the amount 452.48 grams/kWh. The use of fuel gas consumption decrease torque and power. But, an emission of LPG fuel consumption is excellent amounting 1.51% on machine speed 2000 rpm.
Keywords: Liquefied Petroleum Gas (LPG), Pertamax, Performance, otto machine, converter kit
KAJIAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN PERFORMANSI MESIN
