Kajian Eksperimental Perbandingan performansi mesin Otto Dengan Bahan Bakar Premium Dengan Campuran Bahan Bakar biogas Dan Lpg

Teks penuh

(1)

KAJIANEKSPERIMENTALPERBANDINGAN

PERFORMANSIMESINOTTOBAHAN

BAKARPREMIUMDENGANCAMPURAN BAHAN BAKAR

BIOGAS DAN LPG

SKRIPSI

Skripsi YangDiajukanUntukMelengkapi Syarat MemperolehGelarSarjanaTeknik

JUNARDO RODOASI SIJABAT

NIM.110421068

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTASTEKNIK

UNIVERSITASSUMATERA UTARA

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)

KATAPENGANTAR

Puji syukurpenulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esayang telah

memberikankemudahan dan

kesehatan,sehinggapenulisdapatmenyelesaikanskripsiinidengan judul“KAJIAN

EKSPERIMENTAL PERBANDINGANPERFORMANSIMESIN OTTO

DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN BAHAN

BAKARBIOGAS DAN LPG”.

Skripsi ini disusununtukmemenuhisyaratmenyelesaikanpendidikan

Strata-1(S1)padaDepartemenTeknikMesin, Fakultas TeknikUniversitas Sumatera Utara.

Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mengalami hambatan,

namun berkatdoadan bantuan baik mater, moril,

maupunsemangatdariberbagaipihakakhirnyakesulitan itu dapatteratasi. Dalam

kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:

1. Orang tua saya tercinta (M.sijabat,B.Butat-butar ) yang telah membesarkan

penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, perhatian baik spiritual

maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal

kuliah hingga penyelesaian Skripsi ini.

2. BapakIr.M.SyahrilGultomMTselakudosenpembimbing dan Sekretaris

Departemen TeknikMesin Universitas Sumatera Utara,yang

denganpenuhkesabarantelahmemberikanbimbingandanmotivasi kepada

penulis.

3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen TeknikMesin

Universitas Sumatera Utara.

4. SeluruhstafpengajardanstaftatausahaDepartemenTeknikMesinyang

telahmembimbing serta membantusegalakeperluanpenulis selamapenulis

kuliah.

5. Kepada Orang tua saya ( M. Sijabat, B.Butar-butar ) yang selalu memberikan

Doa dan motivasi dan kepada Abang ,Adik serta E.Butar-butar yang selalu ada

(10)

6. Kepada teman-teman satu tim Parlindungan Hasibuan,Sugianto,dan seluruh

rekan-rekan m a h a s i s w a Departemen TeknikMesin Universitas Sumatera

Utarakhususnya angkatan2 0 11ekstensi yang tak mungkin disebutkan satu

persatu terima-kasih atas bantuannya semoga kita tetap mempertahankan

hubungan kita yang terbentuk dalam satu ikatan PERSAHABATAN.

Penulis menyadari bahwamasih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam

penulisanskripsi ini. Olehkarena itupenulis akansangatberterimakasihdan

dengansenanghatimenerimasaran dankritikyangmembangundemitercapainya

tulisanyang lebihbaik.

Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja

yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.

Medan, Desember 2014

(11)

DAFTARISI

DAFTARGAMBAR ... vi

DAFTARNOTASI ... vii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1

1.2. Tujuan Penelitian ... 2

1.3. BatasanMasalah ... 2

1.4. Manfaat Penulisan ... 3

1.5. SistematikaPenulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Biogas ... 5

2.1.1. Nilai Potensi Biogas ... 6

2.1.2 Proses Pembentukan Biogas ... 7

2.1.3 Faktor-Faktor Yang Menpengaruhi Produksi Biogas ... 8

2.2. Liquified Petroleum Gas (LPG) ... 13

2.3. Motor Bakar ... 14

2.3.1 Mesin Otto ... 16

2.4. Performansi MotorBakar ... 24

2.4.1. Torsi dan Daya ... 24

2.4.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 25

(12)

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ... 28

3.1. Waktu dan Tempat ... 28

3.2. Bahan Pengujian ... 28

3.3. Alat Pengujian ... 29

3.4. Prosedur Pengujian ... 32

3.5. Bagan Alir Pengerjaan ... 34

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

4.1. Pengujian Performansi ... 36

4.1.1. Torsi ... 36

4.1.2. Daya ... 38

4.1.3. Konsumsi BahanBakar Spesifik (SFC) ... 40

BABV KESIMPULANDANSARAN ... 49

5.1. Kesimpulan ... 49

5.2. Saran ... 49

DAFTAR PUSTAKA

(13)

DAFTARTABEL

Tabel 2.1. Komposisi Biogas ... 5

Tabel 2.2 Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain ... 7

Tabel 2.3 Rasio C/N beberapa bahan organik ... 10

Tabel 2.4 Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran

... be

berapa jenis ternak... 11

Tabel 2.5 Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak

di dalam tangki pencerna ... 13

Tabel 3.1. Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi

Beban dan Putaran Mesin ………33

Tabel 3.2. Format Pengujian Mesin dengan Bahan Bakar

Campuran Biogas dengan LPG, variasi dan Putaran Mesin…34

Tabel4.1HasilPengujianTorsiTerhadapPutaran P u t a r a n d a n

v a r i a s i b e b a n s e r t a v a r i a s i b a h a b a k a r p r e m i u m

d e n c a m p u r a n b i o g a s d e n g a n LP G ………...36

Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi

Bahan Bakar Premiumdan campuran Biogas dengan LPG…………38

Tabel4.3.Hasil perhitungan SFC terhadap putan denga variasi bahan bakar

(14)

DAFTARGAMBAR

Gambar 2.1. Proses Pembentukan Biogas... 5

Gambar 2.2. DiagramP-v Mesin Otto Aktual dan Ideal ... 1 6 Gambar 2.3. DiagramT-S Mesin Otto ... 17

Gambar 2.4. Sistem Pencampuran Udara + Bahan Bakar Dengan Karburator (A) Dan Sistem Injeksi (B) ..………. 18

Gambar 2.5. Mesin Otto4 Langkah ... 19

Gambar 2.6. Langkah hisap mesin otto 4 langkah ... 19

Gambar 2.7. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ... 20

Gambar 2.8. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ………...20

Gambar 2.9. Langkah buang mesin otto 4 langkah ... 21

Gambar 2.10. Rope Brake Dynamometer . . . 2 3 Gambar 2.11. Daya dan torsi sebagai fungsi putaran ... 25

Gambar 3.1. Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437 . . . .. . . .. . . .. . . .. . . .. . 2 9 Gambar 3.2. Tachometer ... 30

Gambar 3.3. Timbangandigital Xinexten ... 3 1 Gambar 3.4. TimbanganDigital Ion ... 31

(15)

Gambar 3.6. Bagan alirprosedur pengerjaan ... 35

Gambar 4.1. Grafik Torsi vs PutaranMesin ...37

Gambar 4.2. Grafik Daya vs PutaranMesin ...39

(16)

DAFTAR NOTASI

AFR Rasiomassaudara-bahanbakar

HHV Nilaikaloratas kJ/kg

LHV Nilaikalorbawah kJ/kg

ma Massa udara kg

ṁa Laju aliran massa udara kg/s

mf Massa bahan bakar kg

ṁf Laju aliran bahan bakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

Nc Jumlah silinder

ηb Effisiensi termal brake %

ηc Effisiensi pembakaran

ηf Effisiensi konversi bahanbakar

� Daya Watt

Pa Tekanan udara Pa

QHV Nilai kalor bahan bakar (kJ/kg)

R Konstanta gas J/kg.K

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h

τ Torsi keluaran mesin N.m

Ta Temperatur udara K

�� Waktu untuk menghabiskan bahan bakar s

Vc Volume clearance m3

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kebutuhan akan minyak bumi dari waktu ke waktu terus mengalami

peningkatan sejalan dengan pembangunan yang terjadi di indonesia. Namun , bila

kita sadari ternyata cadangan terhadap minyak bumi yang ada tidak dapat

memenuhi kebutuhan di masa mendatang. Demikian pula halnya kita ketahui

bahwa dalam beberapa tahun terakhir harga minyak mentah dunia terus meningkat

sehingga secara langsung mempengaruhi kenaikan harga bahan bakar minyak

(BBM) di dalam negeri.Di samping itu dengan ketergantungan umat manusia

terhadap energi fosil telah mengakibatkan ketidakseimbangan ekologi hal ini

terlihat dengan proyek eksplorasi migas maupun pertambangan batubara yang

menghasilkan kerusakan lingkungan yang begitu besar. Kondisi demikian

membuat para ilmuwan terus melakukan penelitian untuk mencari bahan bakar

alternatif selain minyak bumi dan berusaha menghemat konsumsi bahan bakar

fosil.

Menghadapi permasalahan tentang ketersediaan energi dan ketergantungan

terhadap minyak bumi maka dilakukan berbagai macam penelitian tentang energi

alternatif pengganti minyak bumi. Banyak studi intensif dilakukan untuk

mendapatkan bahan bakar alternatif diantaranya alkohol (metanol, etanol,

butanol), bahan bakar gas :Compressed NaturalGas (CNG), Liquified Petroleum

Gas (LPG)), biogas, dan gas hasil proses gasifikasi (gas produser).

Biogas sangat potensial sebagai sumber energi terbarukan karena

kandungan methane (CH4) yang tinggi dan nilai kalornya yang cukup tinggiyaitu

berkisar antara 4.800 – 6.700 kkal/m3 (Harahap, 1980). Methane (CH4) yang

hanya memiliki satu karbon dalam setiap rantainya, dapat membuat

(18)

karbon panjang. Hal ini disebabkan karena jumlah CO2 yang dihasilkan selama

pembakaran bahan bakar berantai karbon pendek adalah lebih sedikit.

Permasalahannya adalah penggunaan bahan bakar biogas ini belum

diketahui keefektifan dan keefisienannya dilihat dari segi daya yang dihasilkan

dan proses pembakarannya. Selain itu pembakaran metan juga akan menghasilkan

polutan berupa CO2,dan CO, yang apabila kadarnya cukup besar akan mencemari

udara dan berdampak buruk bagi kesehatan manusia. Apabila poin-poin tersebut

menunjukkan bahwa bahan bakar biogas lebih buruk dari bahan bakar fosil, maka

penggunaan bahan bakar biogas belum bisa dikatakan baik untuk menggantikan

bahan bakar fosil. Untuk itu perlu kajian lebih lanjut untuk menunjukkan bahwa

bakar biogas merupakan bahan bakar yang cukup baik untuk menggantikan bahan

bakar fosil.

Penelitian yang dilakukan berupa pengujian performansi mesin pemotong

rumput dengan bahan bakar premium dan campuran bahan bakar biogas dengan

LPG di Universitas Sumatera Utara. Performansi yang diuji pada penelitian ini

mencakup pengujian torsi, pengujian karakteristik daya, pengujian karakteristik

SFC.

1.2. TujuanPenelitian

Adapun tujuan dari penulisan skripsiini adalah sebagai berikut:

1. Untuk memperoleh perbandingan performansi mesin otto bahan bakar

premiumdengancampuran bahan bakar biogas dan LPG

2. Untuk mengetahuijenis bahan bakar alternatif yang dapat dipergunakan

sebagai bahan bakar pengganti dari bahan bakar fosil.

1.3. Batasan Masalah

Untukmemberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang dikaji

dalampenulisan skripsi, maka perlu kiranya diberikanbatasan masalah sebagai

berikut :

1. Bahan Bakar yang digunakan dalam pengujian adalah premium, LPG

(19)

2. Mesin yang digunakan untuk pengujian performansi mesin otto

adalah mesin pemotong rumput4 Tak 1 silinder merk

TagawaTGX-437 bahan bakar premium dengan kondisi standar.

3. Alat uji yang digunakan untuk pengujian performansi mesin otto adalah

rope brake dynamometer.

4. Performansi mesin otto yang dihitung adalah:

− Torsi (

τ

) − Daya poros (Ẇ)

− Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) − Efisiensi thermal

5. Pada pengujian performansi mesin otto, dilakukan variasi putaran dan

beban yaitu :

− Variasi putaran : 4000 rpm; 5000 rpm; 6000 rpm; 7000 rpm dan 8000 rpm.

− Variasi beban pengereman : 0,2 kg dan 0,6 kg

1.4. Manfaat Penulisan

Adapunmanfaat dariskripsiiniadalah:

1. Dapat mengetahui perbandingan performansi dari mesin pemotong

rumput Tagawa denganmenggunakan bahan bakar premiumdan

campuran bahan bakar biogas dengan LPG.

2. Dapat menjadi referensi pengembangan bahan bakar alternatif

berikutnya.

1.5. Sistematika Penulisan

Adapun sistematika penulisan pada tugas akhir ini adalah :

BAB I PENDAHULUAN

Babinimenjelaskanpendahuluan tentangstudikasus danpemecahan

masalahyangberisiantaralain:latarbelakang,batasan masalah,tujuan

penelitian,manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

(20)

Babiniberisidasar teoridari topikyangdikajidan digunakansebagai

landasandalam memecahkanmasalahdan menganalisispermasalahan

tersebutmeliputi penjelasanmengenaijenis-jenismotorbakar,performansi

motor bakar.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Bab ini berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk

mengidentifikasipermasalahan, besertavariabel-variabelyangakandiukur

danperlengkapanpengujian tersebutmeliputi waktudantempatpenelitian,

peralatan pengujian, bahan pengujian dan prosedur pengujian.

BAB IVDATA DAN ANALISIS DATA

Babiniberisianalisisdaridatahasilpengujiandanpermasalahanyang terjadi

padaperhitunganteoritis performansimotor bakar.

BABV KESIMPULANDANSARAN

Bab ini berisi kesimpulan dari analisa yang dilakukan terhadap

permasalahandan saranmengenaipenyempurnaanhasilpenelitianuntuk

(21)

BABII

TINJAUANPUSTAKA

2.1. Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh mikroorganisme ( bakteri ) melalui

proses anaerobik (fermentasi) dari bahan-bahan organik seperti kotoran manusia

dan hewan, tumbuhan, limbah rumah tangga, limbah pertanian, sampah atau

limbah organik yang mudah dicerna dalam kondisi anaerobik. Proses penguraian

bahan organik secara anaerob (tanpa oksigen) disebut juga dengan anerobic

digestion dan peralatan yang digunakan dalam proses disebut sebagai digester

(Aguilar 2001). Komponen utama yang terkandung pada biogas adalah metana

(CH4) dan karbondioksida (CO2). Secara umum komposisi biogas dapat dilihat

pada tabel berikut ini :

Tabel 2.1. Komposisi biogas

No Komposisi Persentase (%)

1 Metana (CH4) 55 – 75

Gas metana (CH4) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena

merupakan bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang cukup tinggi

yakni sekitar 4800kkal/m³(Harahap, 1978) serta mempunyai sifat tidak berbau dan

tidak berwarna. Jika gas yang dihasilkan dari proses fermentasi anaerobik ini dapat

terbakar, berarti mengandung sedikitnya 45% gas metana. Untuk gas metana murni

(22)

metana. Karena kalorinya yang cukup tinggi itulah maka biogas dapat digunakan

untuk penerangan, memasak, menggerakkan mesin dan sebagainya.

Berikut ini adalah sifat-sifat umum biogas, yaitu :

1. Gas yang tidak berwarna

2. Gas tidak berbau

3. Merupakan komponen hidrokarbon yang terpendek

4. CH4 di atmosfer bereaksi dengan ozon membentuk CO2 dan H2O

5. Memiliki daya nyala yang sangat tinggi (flameable)

6. Tergolong sebagai gas rumah kaca (GRK)

7. Sumber metana terbesar adalah makhluk hidup (sebagian besar dari rayap,

kotoran mamalia) yang diperkirakan kadar emisinya sekitar 15, 75 dan 100

juta ton/tahun secara berturut-turut dan sedikitnya dari pertanian

8. Bila bereaksi dengan O2 akan menghasilkan CO2 dan H2O

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

(Sumber : Wikipedia, 2005)

2.1.1. Nilai Potensial Biogas

Metana dalam biogas memiliki karakteristik memiliki sifat mudah terbakar

(flammable) dan dapat mengakibatkan ledakan. Hasil pembakarannya relatif lebih

bersih daripada batubara, dan menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi

karbondioksida yang lebih sedikit. Biogas merupakan bahan bakar alternatif terbaik,

karena biogas dapat menjadi bahan bakar ramah lingkungan memiliki kandungan

energi dalam jumlah yang besar, dan limbah biogas (residu) yang dapat dimanfaatkan

sebagai pupuk. Hal ini menunjukkan betapa banyak nilai potensial biogas yang harus

diperhatikan, agar kita lebih serius memanfaatkan serta mengembangkannya sebagai

bahan bakar alternatif seperti yang telah dikembangkan di negara lain baik negara asia

maupun negara amerika dan eropa. Berikut ini dapat kita lihat nilai kesetaraan biogas

(23)

Tabel 2.2. Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain

Bahan Bakar Kesetaraan Jumlah

Biogas 1 m3

Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter

Minyak Solar 0,52 liter

Bensin 0,8 liter

Kayu bakar 3,5 kg

(Sumber : Hermawan,dkk, 2007)

2.1.2. Proses Pembentukan Biogas

Biogas dibentuk dengan proses pencernaan anaerob dengan bantuan

bakteri penghasil biogas. Bakteri ini terdiri dari beberapa jenis bakteri yaitu

bakteri penghasil gas metana dan bakteri asam yang tidak menghasilkan metana.

Keberadaan kedua jenis bakteri ini harus dalam keadaan seimbang untuk memastikan

proses di dalam digester berjalan dengan efektif (Rahman, 2009). Terdapat

beberapa tahap yang harus dilalui dalam proses pembentukan biogas yaitu dimulai

dari tahap hidrolisis, asidogenesis, asitogenesis, dan tahap yang terakhir

metanogenesis.

Gambar 2.1. Proses pembentukan biogas (Sumber : AL SEADI 2001)

Hidrolisis merupakan penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa

sederhana. Pada tahap pertama ini, bahan-bahan organik seperti karbohidrat, lipid,

dan protein didegradasi menjadi senyawa dengan rantai pendek seperti peptida,

asam amino, gula sederhana. Penguraian senyawa ini dilakukan oleh kelompaok

(24)

bakteri hidrolisa seperti steptococci, bacteriodes, dan beberapa jenis

enterobactericeae.

Asidogenesis merupakan pembentukan asam dari senyawa sederhana.

Clostridium merupakan jenis bakteri asidogen yang mengubah asam organik,

alkohol dan keton-keton (seperti ethanol, methanol, glyicerol dan aceton).

Syntrobacter dan syntrophomonas wolfei merupakan contoh bakteri asitogen

mengubah fatty acid dan alkohol menjadi asetat, hidrogen, dan karbondioksida

dengan bantuan bakteri methanogen. Ethanol, propinonicacid, dan asam butirat

dapat terkonversi menjadi asam asetat oleh bakteri asitogen.

Metanogenesis merupakan tahapan terakhir dan sekaligus yang paling

menentukan, yakni melakukan penguraian produk dan sintetis tahap sebelumnya

untuk menghasilkan gas metana (CH4). Hasil lain dari proses ini berupa

karbondioksida, air dan sejumlah kecil senyawa gas lainnya. Proses pembentukan

gas metana dengan bantuan bakteri pembentuk metana seperti mathanobacterium,

mathanobacillus, methanosacaria, dan methanococcus. Tahap ini mengubah asam

lemak rantai pendek menjadi H2, CO2, dan asetat.

2.1.3. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Produksi Biogas

Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas, antara lain:

1. Bahan Baku

Bahan baku isian berupa bahan organik seperti kotoran ternak, limbah

pertanian, sisa dapur dan sampah organik. Bahan isian harus terhindar dari bahan

anorganik seperti pasir, batu, kaca dan plastik.

Bahan baku dalam bentuk selulosa lebih mudah dicerna oleh bakteri

anaerobik. Sebaliknya, pencernaan akan lebih sukar dilakukan bakteri anaerob jika

bahan bakunya banyak mengandung zat kayu atau lignin. Kotoran sapi dan kerbau

sangat baik dijadikan bahan baku karena banyak mengandung selulosa (Paimin,

2001).

2. Rasio Karbon Dan Nitrogen (C/N)

Karbon dan Nitrogen adalah sumber makanan utama bagi bakteri anaerob,

sehingga pertumbuhan optimum bakteri sangat dipengaruhi unsur ini, dimana

(25)

membentuk struktur sel bakteri. Nitrogen amonia pada konsentrasi yang tinggi

dapat menghambat proses fermentasi anaerob. Konsentrasi yang baik berkisar

200– 1500 mg/lt dan bila melebihi 3000 mg/lt akan bersifat toxic. Proses

fermentasi anaerob akan berlangsung optimum bila rasio C:N bernilai 30:1,

dimana jumlah karbon 30 kali dari jumlah nitrogen.

C/N rasio dengan nilai 30 (C/N = 30/1 atau karbon 30 kali dari jumlah

nitrogen) akan menciptakan proses pencernaan pada tingkat yang optimum, bila

kondisi yang lain juga mendukung. Bila terlalu banyak karbon, nitrogen akan

habis terlebih dahulu. Hal ini akan menyebabkan proses berjalan dengan lambat.

Bila nitrogen terlalu banyak (CN rasio rendah; misalnya 30/15), maka karbon

habis terlebih dahulu dan proses fermentasi berhenti tidak boleh dicampur .

Ternak ruminansia seperti sapi, kambing dan domba rata-rata lebih lama

dalam menghasilkan gas bio dibandingkan dengan ternak non ruminansia.

Lamanya produksi gas bio disebabkan oleh mutu pakan yang lebih rendah,

sehingga rasio C/N tinggi akibatnya perkembangan mikroba pembentuk gas lebih

lama dibandingkan yang bermutu tinggi. Tinggi rendahnya mutu ini tergantung

pada nilai N (nitrogen) di dalam ransum. Namun demikian nilai N juga tergantung

pada C (karbon). Jadi, perbandingan C dan N akan menentukan lama tidaknya

proses pembentukan gas bio.

Mikroorganisme membutuhkan nitrogen dan karbon untuk proses

asimilasi. Karbon digunakan sebagai energi sedangkan nitrogen digunakan untuk

membangun struktur sel. Bakteri penghasil metana menggunakan karbon 30 kali

lebih cepat dari pada nitrogen.

Untuk menentukan bahan organik digester adalah dengan melihat

rasio/perbandingan antara Karbon (C) dan Nitrogen (N). Beberapa percobaan

menunjukkan bahwa metabolisme bakteri anaerobik akan baik pada rasio C/N

antara 20-30. Jika rasio C/N tinggi, Nitrogen akan cepat dikonsumsi bakteri

anaerobik guna memenuhi kebutuhan proteinnya, sehingga bakteri tidak akan

bereaksi kembali saat kandungan Karbon tersisa. Jika rasio C/N rendah, Nitrogen

akan terlepas dan berkumpul membentuk amoniak sehingga akan meningkatkan nilai

(26)

Untuk menjaga rasio C/N, bahan organik rasio tinggi dapat dicampur bahan organik

rasio C/N rendah. Rasio C/N beberapa bahan organik dapat dilihat pada Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Rasio C/N beberapa bahan organik

Bahan Organik Rasio C/N

Kotoran bebek 8

Kotoran manusia 8

Kotoran ayam 10

Kotoran kambing 12

Kotoran babi 18

Kotoran domba 19

Kotoran kerbau/sapi 24

Enceng Gondok (water hyacinth) 25

Kotoran gajah 43

Jerami (jagung) 60

Jerami (padi) 70

Jerami (gandum) 90

Serbuk gergaji > 200

Sumber: Karki and Dixit (1984)

3. Kandungan Bahan Kering

Bahan isian dalam pembuatan biogas harus berupa bubur. Bentuk bubur

ini dapat diperoleh bila bahan bakunya mempunyai kandungan air yang tinggi.

Bahan baku dengan kadar air yang rendah dapat dijadikan berkadar air tinggi

dengan menambahkan air ke dalamnya dengan perbandingan tertentu sesuai

dengan kadar bahan kering bahan tersebut. Bahan baku yang paling baik

mengandung 7-9 % bahan kering (Paimin, 2001).

Setiap kotoran atau bahan baku akan berbeda sifat pengencerannya.

Kotoran sapi segar misalnya, mempunyai kadar bahan kering 18 %. Agar

diperoleh kandungan bahan isian sebesar 7-9 % bahan kering, bahan baku tersebut

perlu diencerkan dengan air dengan perbandingan 1:1 (bahan baku : air). Adonan

(27)

Ternyata kotoran masing-masing jenis ternak mempunyai kandungan

bahan kering yang berbeda-beda. Perbedaan bahan kering yang dikandung

berbagai macam kotoran ternak akan membuat penambahan air yang berlainan.

Untuk lebih jelasnya dapat diterangkan seperti pada tabel di bawah ini.

Tabel 2.4. Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa

jenis ternak

Jenis Ternak Bobot

Ternak (kg)

Gas metana dapat diproduksi pada 3 tingkat temperature sesuai dengan

bakteri yang hadir. Bakteri psyhriphilic 0-7 oC, bakteri mesophilic pada

temperatur 13-40 oC sedangkan termophilic pada temperatur 55-60 oC.

Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30-35 oC, kisaran

temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan

produksi metana di dalam digester dengan lama proses yang pendek. Temperatur

yang tinggi atau pada tingkat termophilic jarang digunakan karena sebagian besar

bahan sudah dicerna dengan baik pada tingkat temperatur mesophilic, selain itu

(28)

Dekomposisi bahan-bahan organik dibawah kondisi anaerobik

menghasilkan suatu gas yang sebagian besar terdiri atas campuran metana dan

arang oksida. Gas ini dikenal sebagai gas rawa ataupun bio gas. Campuran gas ini

adalah hasil dari fermentasi atau peranan anaerobic disebabkan sejumlah besar

mikroorganisme terutama bakteri metana. Suhu yang baik untuk proses fermentasi

adalah 30 oC hingga kira-kira 55 oC (Kamaruddin, dkk, 1995).

Temperatur yang tinggi akan memberikan hasil biogas yang baik namun

suhu tersebut sebaiknya tidak boleh melebihi suhu kamar. Bakteri ini hanya dapat

subur bila suhu disekitarnya berada pada suhu kamar. Suhu yang baik untuk

proses pembentukan biogas berkisar antara 20-40 oC dan suhu optimum antara

28-30 oC.

5. Derajat Keasaman (pH)

Derajat keasaman (pH) sangat berpengaruh terhadap pertumbuhan

aktivitas bakteri. Kisaran pH optimal untuk produksi metana adalah 7-7,2 tetapi

pada kisaran 7,2-8,0 masih diizinkan. Untuk mencegah penurunan pH pada awal

pencernaan dan menjaga pH pada kisaran yang diizinkan, maka dibutuhkan buffer

yakni dengan penambahan larutan kapur.

Derajat keasaman sangat berpengaruh terhadap kehidupan mikroorganisme.

Derajat keasaman yang optimum bagi kehidupan mikroorganisme adalah 6,8-7,8.

Pada tahap awal fermentasi bahan organik akan terbentuk asam (asam organik)

yang akan menurunkan pH. Untuk mencegah terjadinya penurunan pH dapat

dilakukan dengan menambahkan larutan kapur (Ca(OH)2) atau kapur CaCO3.

6. Lama Fermentasi

Secara umum menurut Sweeten (1979), yang disitasi oleh Fontenot (1983),

menerangkan bahwa proses fermentasi/pencernaan limbah ternak di dalam tangki

pencerna dapat berlangsung 60-90 hari, tetapi menurut Sahidu (1983), hanya

berlangsung 60 hari saja dengan terbentuknya gas bio pada hari ke-5 dengan suhu

pencernaan 28 oC, sedangkan menurut Hadi, gas bio sekitar 10-24 hari.

Produksi biogas sudah terbentuk sekitar 10 hari. Setelah 10 hari fermentasi

(29)

penambahan waktu fermentasi dari 10 hari hingga 30 hari meningkatkan produksi

biogas sebesar 50%.

Pada hari ke 30 fermentasi jumlah gas bio yang terbentuk mencapai maksimal,

dan setelah 30 hari fermentasi terjadi penurunan jumlah gas bio (Sembiring,

2004).

Tabel 2.5. Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak

di dalam tangki pencerna

Jenis Kotoran Ternak Lama Cerna (hari)

Sapi 60-80

Sapi + Jerami 10 % 60-100

Babi 40-60

Babi + Jerami 10 % 60-80

Ayam 80

Kambing/Domba 80-100

(Sumber : Uli et al, 1989. Biogas Plant in Animal Husbandry)

2.2. Liquified Petroleum Gas (LPG)

LPG (liquified petroleum gas), gas minyak bumi yang dicairkan atau yang

sering disebut elpiji adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal

dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, LPG berubah

menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C3H8) dan butane(C4H10). Elpiji

juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6)

dan pentana (C5H12).

LPG terdiri dari campuran utama propana dan butana dengan sedikit

persentasi hidrokarbon tidak jenuh (propilen dan butilen dan beberapa fraksi C2 yang

lebih ringan dan C5 yang lebih berat. Senyawa yang terdapat dalam LPG adalah

propan (C3H8), proilen (C3H6), normal dan iso-butan (C4H10) dan butilen (C4H8). LPG

merupakan campuran dari hidrokarbon tersebut yang berbentuk gas pada tekanan

atmosfer, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu normal, dengan

(30)

Dalam kondisi atmosfer, elpiji akan berbentuk gas. Volume elpiji dalam

bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk LPG untuk berat yang sama.

Karena itu elpiji dipasarkan dalam 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 temperatur, tetapi biasaya

250:1.

Tekanan di mana elpiji berbentuk cair, dinamakan tekanan uap-nya, juga

bervariasi tergantung komposisi dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan

sedir 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20 °C (68 °F) agar mencair, dan sedir

2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55 °C (131 °F).

Menurut spesifikasinya, elpiji dibagi menjadi tiga jenis yaitu elpiji campuran,

elpiji propana dan elpiji butana. Spesifikasi masing-masing elpiji tercantum dalam

keputusan Direktur Jendral Minyak dan Gas Bumi Nomor: 25K/36/DDJM/1990.

Elpiji yang dipasarkan Pertamina adalah elpiji campuran.

LPG (liquified petroleum gas) atau sering disebut elpiji mempunyai sifat

sebagai berikut:

• Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar

• LPG tidak beracun, tidak berwarna dan biasanya berbau menyengat. Dengan adanya bau, maka akan dapat terdeteksi kebocoran pada tabung penyimpang

LPG.

• LPG dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder. • Cairan dapat menguap jika dilepas dan menyebar dengan cepat.

• LPG ini lebih berat dibanding udara sehingga akan banyak menempati daerah yang rendah.

2.3. Motor Bakar

Motorbakaradalahmesin kalor yangmenggunakan energi termal untuk

melakukan kerja mekanik yaitu dengan cara

merubahenergikimiadaribahanbakarmenjadienergipanas(thermal) sehingga

(31)

prosespembakaranbahanbakar,makamotor bakar dapatdibagi menjadi 2 bagian

dengan kelebihanmasing-masing, yaitu:

1. Mesin Pembakaran Luar(External Combustion Engine)

Mesin pembakaranluar adalah mesin dimana proses pembakaran terjadi

di luar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida

kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah.

Contohnya :

a. Steamengine(mesinuaptorak),panaspembakarandidalamruang bakar

akan memanasiairyangkemudianmenjadi uap sehinggauap tersebut

akanmenggerakkan torak.

b. Turbin gas dan turbin uap

Kelebihannya:

1. Dapatdigunakanbahanbakarberkualitasrendahbaikbahanbakar padat,

cairmaupun gas.

2. Kapasitas besar, seperti : pusat pembangkit tenaga listrik, pusat

pembangkittenagauap,dalam haliniuntukpenggerak turbindan proses

produksi.

3. Padaumumnyatidakterdapatbagianyangbergeraktranslasibolak- balik

sehingga getaran yang terjadi kecil.

2. Mesin Pembakaran Dalam(InternalCombustionEngine)

Mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakaran

berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang

terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

Contohnya :

a. Motorbakar torak :mesinbensin denganpenyalaanloncatan bungaapi,

mesindieseldenganpenyalaankompresi,mesin wankeldengangerak torak

berputar (rotary).

Kelebihannya:

1. Mesin lebih sederhana, kompak, ringan

2. Bahan bakarlebihirit.

(32)

4. Lebih efisien

5. Investasi awal lebih kecil.

6. Cocok untuk tenaga penggerak padakendaraan.

2.3.1. Mesin Otto

Mesin ottoadalah sebuah ti

menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk

menggunakan bahan bakar gasoline atau yang sejenis. Mesin otto dilengkapi

dengan busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api

yang akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini

maka mesin otto disebut juga sebagai Spark Ignition Engine. Sedangkan

karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar.

Mesin ottoberbeda

bahanbakar denganudara,danmesinotto selalumenggunakanpenyalaanbusi

untukprosespembakaran.Padamesindiesel, hanyaudara yangdikompresikan

dalam ruangbakardandengansendirinyaudaratersebutterpanaskan,bahanbakar

diinjeksikan kedalam ruangbakardiakhirlangkahkompresiuntukbercampur

denganudarayangsangatpanas,padasaatkombinasiantara jumlahudara,jumlah

bahanbakar,dantemperaturdalam kondisitepatmakacampuranudaradanbakar

tersebutakanterbakardengansendirinya.Siklus otto(ideal) pembakarantersebut

(33)

Gambar 2.2 DiagramP-vsiklus ottoaktual dan ideal

KeteranganGambar:

P = Tekanan(atm)

V = VolumeSpesifik (m3/kg)

q

in= Kaloryang masuk(kJ)

q

out= Kaloryang dibuang (kJ)

Gambar 2.3 DiagramT-Ssiklus otto

KeteranganGambar:

T = Temperatur (K)

S = Entropi(kJ/kg.K)

q

in= Kaloryang masuk(kJ)

q

out= Kaloryang dibuang (kJ)

Keterangansiklus:

1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada VolumeKonstan

3-4 Ekspansi Isentropik

(34)

Padamesinotto,padaumumnyaudaradanbahanbakardicampursebelum

masukkeruangbakar,sebagiankecilmesinottomodernmengaplikasikaninjeksibahanb

akarlangsungkesilinderruangbakartermasukmesinotto2langkah

untukmendapatkanemisigasbuang yangramahlingkungan. Pencampuranudara

danbahan bakardilakukanoleh karburatoratausisteminjeksi, keduanya

mengalamiperkembangandarisistem manualsampaidenganpenambahansensor-

sensorelektronik.SistemInjeksiBahanbakardimesinottoterjadidiluarsilinder,

tujuannyauntukmencampurudara denganbahanbakarseproporsional mungkin, hal

ini disebutEFI.

(A) (B)

Gambar 2.4 Sistem pencampuran udara + bahan bakar dengan karburator (A) dan

sistem injeksi (B)

2.3.1.1. Mesin otto4 Langkah

Mesinotto empatlangkahadalahmesinpembakarandalam yangdalam

satusiklus pembakaranterjadiempatlangkahpiston.Empatlangkahtersebut

meliputi,langkahhisap (pemasukan),kompresi,tenaga danlangkah buangyang

secarakeseluruhanmemerlukanduaputaranporosengkol(crankshaft) persatu

(35)

Gambar 2.5 Mesin otto4 langkah

Prinsip kerja motor ottoempat langkah adalahsebagai berikut :

1. Langkah Hisap

Dalamlangkahini,campuranbahanbakardanudaradihisapkedalamruangbakar

, Katuphisapmembukasedangkankatupbuangtertutup.Waktutorak

bergerakdarititikmati atas (TMA)ke titikmatibawah(TMB),menyebabkan

ruangsilindermenjadivakum danmenyebabkanmasuknyacampuranudaradan bahan

bakarke dalamsilinder yang disebabkan adanya tekanan udara luar.

Gambar 2.6 Langkah hisap mesin otto 4 langkah

2. Langkah Kompresi

Dalam langkah ini, campuran udara dan bahan bakar dikompresikan.

Katuphisap dankatupbuangtertutup.Waktutoraknaikdarititikmatibawah

(TMB)ketitikmatiatas(TMA), campuranyangdihisap tadidikompresikan.

(36)

Saatinilah percikanapi daribusiterjadi.Poros engkol berputarsatukaliketika torak

mencapai titk matiatas (TMA).

Gambar 2.7 Langkah kompresi mesin otto 4 langkah

3. Langkah Usaha

Dalamlangkahini,mesinmenghasilkantenagadimanageraktranslasi

pistondiubahmenjadigerak rotasioleh porosengkol danselanjutnyaakan

menggerakkankendaraan.Saattorakmencapaititikmatiatas(TMA) padasaat langkah

kompresi, busi memberikan loncatan bunga api pada campuran udara dan

bahanbakaryang telahdikompresikan.Denganadanyapembakaran,kekuatan

daritekanangaspembakaranyang tinggimendorongtorakkebawah.Usahaini yang

menjadi tenaga mesin.

Gambar 2.8 Langkah usaha mesin otto 4 langkah

4. Langkah Buang

Dalamlangkahini,gasyangsudahterbakar,akandibuangkeluarsilinder.

Katup buang membukasedangkan katup hisap tertutup.Waktu torak bergerak dari

titikmatibawah(TMB)ketitikmatiatas(TMA),mendoronggasbekaskeluar

(37)

(campuranudaradanbahanbakar barumendoronggassisahasilpembakaran). Ketika

torak mencapaiTMA, akan mulaibergerak lagiuntuk persiapan langkah berikutnya,

yaitu langkahhisap.Porosengkoltelahmelakukan2putaranpenuh dalam satu siklus

yang terdiri dari empat langkah yaitu, 1 langkah hisap, 1

langkahkompresi,1langkahusaha,1langkah buangyangmerupakandasarkerja dari

pada mesin empat langkah.

Gambar 2.9 Langkah buang mesin otto 4 langkah

ProsesKerjaadalahkeseluruhanlangkahyangberurutanuntukterjadinya

satusikluskerjadarimotor.Proseskerjainiterjadiberurutandanberulang-ulang,

pistonmotorbergerak bolakbalik dari titik matiatas (TMA) ketitikmatibawah

(TMB) dan dari titik mati bawah (TMB) ke titikmati atas (TMA) pada langkah

selanjutnya.

Padamotorempatlangkah,proseskerjamotordiselesaikandalam empat

langkah piston.

∼ Langkah pertama yaitu piston bergerak dari TMA ke TMB, disebut langkah pengisian.

∼ LangkahkeduayaitupistonbergerakdariTMBkeTMAdisebutlangkah kompresi.

∼ LangkahketigapistonbergerakdariTMAkeTMBdisebutlangkahusaha. Pada langkah usaha ini terjadilah proses pembakaran bahan bakar

(campuranudaradanbahanbakar)didalam silindermotor/ruang pembakaran

yang menghasilkan tenaga yang mendorong piston dari TMA ke TMB. ∼ Langkah keempat yaitu piston bergerak dari TMB ke TMA disebut

langkah pembuangan.Gas hasil pembakarandidorong oleh piston keluar

(38)

menghasilkansatulangkahusaha(yangmenghasilkan tenaga)diperlukan

empat langkah piston.

Empatlangkahpistonberartisamadenganduakaliputaran porosengkol.

Padamotor dua langkah proses kerja motornya untukmendapatkan satu kali

langkahusahahanya diperlukan dua kalilangkah piston. Motordua langkah yang

palingsederhana,pintu masukataulubangmasukdanlubangbuangterlelangkah

berhadap-hadapan yaituberada padasisi bawah pada dindingsilinder motor.

Proses kerjanya adalah sebagai berikut.:

∼ PistonberadaTMB,kedualubang(masukdanbuang)samasamaterbuka

kemudiancampuranudaradanbahanbakardimasukkankedalam silinder

melalui lubangmasuk.

∼ GerakanpistondariTMBkeTMA,makalubangmasukakantertutupdan

tertutuppulalubangbuang,makaterjadilah langkahkompresi.Padaakhir

langkahkompresiini terjadilahpembakarangasbahanbakar.Dengan

terjadinya pembakarangasbahanbakarmakadihasilkantenaga pembakaran

yang mendorong pistonke bawah dari TMA keTMB.

∼ Langkahusahaterakhirterjadilahpembuangangasbekasbegituterbuka

lubangbuang.Sesudahituterbuka pulalubangmasuksehinggaterjadi

pemasukkangasbarusekaligusmendorongmendoronggas bekaskeluar

melalui lubang buang.

Dengandemikianpadamotordualangkah prosesmotoruntuk

menghasilkansatukalilangkahusaha/pembakarangasdalam silinder,hanya

diperlukan dualangkah piston. Dilihatdariputaranporosengkolnyadiperlukan satu

kali putaran poros engkol.

2.3. Dinamometer

Dewasa ini dinamometer digunakan pengukuran pada seluruh

perkembangan dari mesin, mulai dari percobaan dan pengetesan motor bersilinder

tunggal sampai motor pesawat terbang. Tetapi dalam hal ini jika mesin dalam

keadaan tetap atau diam maka pengukuran dayannya sederhana dan mudah dibuat,

(39)

Ukuran atau besaran untuk kerja suatu motor biasanya dalam bentuk torsi dan

tenaga kuda.

Torsi adalah gaya putar yang dihasilkan oleh poros engkol atau

kemampuan motor untuk melakukan kerja, tetapi disini torsi merupakan jumlah

gaya putar yang diberikan ke suatu mesin atau motor bakar terhadap panjang

lengannya. Torsi biasanya diberi simbol

τ

, satuan untuk torsi dalam satuan SI

adalah Nm.

Untuk pengujian torsi digunakan rope brake dynamometer atau

dinamometer rem tali. Cara kerja rope brake dynamometer hampir sama dengan

prony brake dynamometer hanya rem ini terdiri dari tali di sekeliling roda atau

puli. Bahan tali ini biasanya kulit, ujung tali yang satu dikaitkan pada spring

balance dan ujung yang satu lagi dikaitkan pada beban. Seperti terlihat pada

gambar di bawah ini penyerapan daya dilakukan oleh tali karena gesekan dengan

roda atau puli.

Gambar 2.10Rope brake dynamometer

τ

= (W-S)r N.m Dimana :

τ

= Torsi (N.m)

W = Beban pengereman (kg)

(40)

r = Jari-jari puli (m)

2.4. Performansi Motor Bakar

Bagianini membahastentangperformansimesinpembakarandalam. Parameter

mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah torsi, daya,

perbandinganudarabahanbakar,konsumsibahanbakarspesifikdaneffisiensi dari

pembakaran di dalam mesin.

2.4.1. Torsidan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dinamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dinamometeryangbertindakseolah-olahsepertisebuahrem dalam sebuahmesin,

maka dayayang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake

power.Torsididefinisikansebagaigayayang bekerjapadajarakmomendan memiliki

satuan N-matau lbf-ft.Torsi merupakan gaya yang ditimbulkan oleh gaya piston

turun dikalikan jarak dari tengah crank pin ke titik tengah crankshaft. Torsi untuk

mesin tertentu ditentukan oleh gaya piston menekan connectingrod yang disebut

combustion force.Gaya ini akan diteruskan ke roda, gaya impulsif dari sebuah

kendaraan akan kecil jika torsi mesin kecil, gaya impulsif dari kendaraan akan

tinggi jika torsi mesin tinggi.

Daya didefinisikan sebagai usaha dari mesin persatuan waktu. Daya mesin akan

meningkat secara proporsional terhadap rpm karena jumlah kerja dalam tiap

waktu meningkat ketika rpm mesin tinggi. Bagaimana pun juga saa trpm mesin

meningkat, komponen dinamis tidak dapat berjalan melewati nilai tertentu, atau

mesin tidak dapat memasukkan atau mengeluarkan lebih cepat dari nilai limit,

ataudaya mesin yang dipakai untuk mengendalikan mesin itu sendiri terbuang

dengan percuma jika rpmnya melebihi standarnya.

�̇=2πNτ 60

...(2.1)

Dimana :

(41)

τ

=Torsi (Nm)

Gambar 2.11 Daya dan torsi sebagai fungsi putaran

Baiktorsi dandaya adalahfungsi dari putaranmesin.Padaputaranrendah,

torsimeningkat denganmeningkatnyaputaranmesin.Putaranmesinmeningkat

lebihlanjut,torsimencapaimaksimum dankemudianmenurunsepertiyang

ditunjukkan padagambardiatas. Torsimenurunkarenamesin tidakdapat udara

yangoptimalpada kecepatanyang lebihtinggi.Ditunjukkandayameningkat

seiringputaranmeningkat kemudianmenjadimaksimal dankemudianmenurun

padaputaranmesinyanglebihtinggi.Halini dikarenakankerugian gesekan

meningkatdanmenjadifaktordominanpadakecepatan yangsangattinggi.Untuk mobil

bensin, daya maksimum terjadi pada kisaran 6000 hingga 7000 RPM, sekitar

satusetengah kali torsi maksimum.

2.4.2. KonsumsiBahan Bakar Spesifik (SFC)

(42)

dengan hal ini maka dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Secara umum konsumsi bahan bakar spesifik didefinisikan dengan :

sfc =

ṁf

Ẇ ... (2.7)

Dimana:

sfc=Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Consumption(gr/kWh)

ṁf =Laju aliranbahan bakarke mesin (kg/sec)

Ẇ= Daya poros(kW)

2.4.3. Efisiensi Mesin

Waktuyangdiperlukanuntukprosespembakaransuatu siklus mesin sangatlah

singkatdan pada umumnya tidak semua bahan bakarhabis terbakaroleh oksigen

atau bahkan temperatur sekitar tidak mendukung reaksi kimia yang

terjadi,fenomenainiterjadikarena mesinbekerjadi lingkunganyangberbeda-

bedadanvariasiputaranyangnilainyasangatberubah-ubahsesuaiakselerasi

yangdibutuhkan.Kemungkinanterburuksebahagiankecil molekulbahanbakar tidak

bereaksi dan terbawa ke aliran pembuangan (exhaust). Effisiensi

pembakaranηcmenerangkanseberapabanyakbahanbakaryangbereaksidan terbakar.

ηcmemilikinilaiyangberkisardari0.95sampai0.98ketikamesin

bekerja.Untuksatusiklusmesinpadasatusilinder,panasyangditambahkan adalah:

Qin = mfQHVηc ... (2.8)

Untuk keadaan steady:

Q̇in = ṁfQHVηc ... (2.9)

Effisiensi termalnya adalah :

ηt = W/Qin = Ẇ /Q̇in =ηfc ... (2.10)

Dimana:

(43)

mf=massa bahan bakar (kg/siklus)

ṁf=Laju aliranbahan bakarke ruang bakar (kg/sec)

QHV=Nilai kalordari bahan bakar (Kj/kg)

ηc = Effisiensi pembakaran (0,95 - 0,98)

(44)

BABIII

METODOLOGIPENELITIAN

3.1. WaktudanTempat

PengujianperformansimesindilakukandiDepartemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik UniversitasSumatera Utara selama 3 hari

3.2. Bahan Pengujian

Adapun bahan pengujian yang digunakan adalah :

a. Premium

Premiummerupakannamabahanbakarbensinyangpalingumum digunakan di

Indonesia,spesifikasi umumnya sebagai berikut:

∼ Warna kuning ∼ RON 88

∼ Kandungan timbal (0,013 gr/l- 0,3 gr/l)

∼ Berat jenis pada suhu 15oC(715 kg/m3-780kg/m3) ∼ Nilai kalor (44400 kJ/kg)

b. LPG

c. Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan dari proses penguraian bahan-bahan

organik oleh mikroorganisme pada kondisi langka oksigen (anaerob).

Komponen biogas: ± 60 % CH4 (metana), ± 38 % CO2 (karbondioksida),

± 2 % N2, O2, H2, dan H2S. Biogas dapat dibakar seperti elpiji, dalam

skala besar biogas dapat digunakan sebagai pembangkit energi listrik,

sehingga dapat dijadikan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan

(45)

3.3. Alat pengujian

Adapun alatpengujian yang digunakan adalah:

1. Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437

Menggunakan mesin yang di adopsi dari mesin pabrikan Tagawa yaitu

mesin dari mesin pemotong rumput Tagawa.

Gambar 3.1 Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437

Spesifikasimesin sebagai berikut:

Tipe mesin : 4 langkah ,OHC

Diameter x langkah : 53,5 mmx 48,8mm

Volume langkah : 37,7 cc

Perbandingan Kompresi : 9,6 : 1

Daya Maksimum : 1,0 kw/6500 rpm

Torsi Maksimum : 0,81 kg.m/5.500 rpm

Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 0,8 lt pada pergantian periodik

Sistem Starter : Pedal danElektrik

Busi : NGKC6HS ; ND U20 FS-U

SistemPengapian : Transistor Magneto

(46)

Berat Mesin : 3.8 Kg

2. Tachometer

Digunakan untuk mengukur putaran mesin

Gambar 3.2 Tachometer

Alatukuryangdigunakanadalahportabledigitaltachometer

dengan spesifikasi sebagai berikut: ∼ Display : 5 digit LCD

∼ Batasukur 0-9999 rpmdengan ketelitian ± (0,05% rdg + 1 digtal) ∼ Available 50-500 mm

∼ Suhu operasi : 0 oc-50 oc

(47)

3. Timbangan

a. Digunakan untuk mengukur berat pembebananpada dinamometer

Gambar 3.3 Timbangandigital Xinexten

TimbanganXinexten digitaldengan spesifikasi: ∼ Kapasitas maksimum40 kg

∼ Ketelitian±1gr ∼ Auto zero

∼ Daya 2 x 1.5 V baterai alkaline

b. Digunakan untuk mengukur berat bahan bakar

Gambar 3.4 TimbanganDigital Ion

TimbanganIon digitaldengan spesifikasi: ∼ Super presisi dengan sensor tekanan ∼ Kapasitas maksimum5kg

(48)

∼ Auto zero

∼ Daya 4 x 1,5 V baterai alkaline

4. Tools

Digunakanuntukmelakukanpemasangandanpembongkarankarburator

selama pengujian.

Gambar 3.5 Toolbox

Adapun beberapa alat-alat yang digunakan selama pengujian

diantaranyaadalah sebagai berikut: Obeng(±)

Tang jepit, tang potongdan tang buaya ∼ Kuncipas dan kunci ring

3.4. Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian yang dilakukanadalah sebagai berikut:

1. Persiapan bahan bakar yang akan digunakan untuk pengujian yakni premium.

2. Menyediakan air pendingin untuk pengujian.

3. Pengecekan alat ukur seperti timbangan digital,tachometer,stopwatch

berfungsi dengan baik.

4. Pengecekan suplai bahan bakar, level oli pada mesin,level bahan bakar dan

kondisi mesin berfungsi dengan baik.

5. Pemeriksaan kondisi alat uji rope brake dinamometer berfungsi dengan baik.

6. Setting karburator sesuai dengan bahan bakar yang dipergunakan yakni

pertamax plus dan biogas.

(49)

8. Hidupkan mesin dengan menarik starter yang terdapat pada mesin untuk

memanaskan mesin ± 2 menit,pastikan mesin dinyalakan tanpa pembebanan.

9. Setting putaran yang diinginkan dengan cara menarik tali gas dan lakukan

pengukuran rpm dengan tachometer.

10. Setting pembebanan yang telah ditetapkan yakni 0,2 kg pada timbangan

gantung digital, dan catat perubahan pembebanan pada kedua timbangan

gantung digital pada form isian ( pastikan air pendingin mengalir untuk

mendinginkan puli )

11. Lakukan pencatatan waktu yang terbaca pada stopwatch untuk menghabiskan

bahan bakar ± 10 ml

12. Ulangi langkah 8 s/d 11 untuk variasi putaran dan beban yang berbeda

13. Untuk pengujian dengan bahan bakar biogas ulangi seluruh langkah-langkah

yang sama.

14. Lakukan pengujian mesin potong

rumputdenganvariasibahanbakar,bebandanputaran mesin untuk mendapatkan

datadi bawah ini.

15. Semua datadicatat dan dianalisa

16. Selesai

Tabel 3.1 Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi

Beban Dan Putaran Mesin

(50)

Tabel 3.2 Format pengujian mesin dengan bahan bakar campuran biogas

dengan LPG, variasi beban dan putaran mesin

NO W (kg) S (kg) D (m) N (rpm) v (ml) t(s) 1

0,6

0,045 0,2 4000 10 1'28"

2 0,09 0,2 5000 10 1'24"

3 0,05 0,2 6000 10 1'19"

4 0,053 0,2 7000 10 1'12"

5 0,055 0,2 8000 10 1'10"

6

0,2

0,012 0,2 4000 10 1'50"

7 0,013 0,2 5000 10 1'27"

8 0,024 0,2 6000 10 1'22"

9 0,028 0,2 7000 10 1'19"

10 0,05 0,2 8000 10 1'14"

3.5. BaganAlir Pengerjaan

Adapunprosedurdari pengerjaandanpengujian yangdilakukandalam

skripsiinidapatdilihatpadabagan alirberikutinidapatdilihatpadabagan alir berikut

(51)

Gambar 3.6 Bagan alirprosedur pengerjaan Survey lapangan & Studi

literatur Mulai

Pengadaan alat dan Bahan bakar

Pemasangan alat

PengujianMesi

n Variasi Bahan bakar

(52)

BABIV

HASILDANPEMBAHASAN

4.1. Pengujian Performansi

Datayangdiperolehdaripengujian performansiinimeliputi putaran,

danemisigasbuangkendaraanyang

dilakukansecaralangsungdenganmenggunakanvariasibahanbakarpremium dan

campuran biogas dengan LPG.

4.1.1. Torsi

Dari data yang diperoleh setelah dilakukannya pengujian, maka torsi

mesin dapat dihitung dengan rumus berikut ini :

τ

= (W-S)r N.m Dimana :

τ

= Torsi (N.m)

W = Beban pengereman (kg)

S = Beban pengimbang (kg)

r = Jari-jari puli (m)

Tabel 4.1 Hasil perhitungan torsi terhadap putaran dan variasi beban serta

variasi bahan bakar premium dengan campuran biogas dengan LPG

(53)

9 7000 0,1740

Gambar 4.1 Grafik Torsivs putaranmesin

Besar kecilnya torsi dipengaruhi oleh putaran dan beban mesin. Semakin

beratbeban pengemudiyangdiberikanmakasemakinbesarpulatorsiyang dibutuhkan

untukmencapaikecepatanyanglebihtinggi.Adabeberapacarauntuk

meningkatkannilaitorsidarisebuahmesinyaitudengan memperbesarlangkah

pistonatau denganmemperbesarvolumeruangbakar,namunhaliniakansangat

mempengaruhi effisiensi bahan bakar, konstruksi mesin tersebut. 0,5200

4000 5000 6000 7000 8000

T

Grafik Torsi vs Putaran

Biogas + LPG

(54)

4.1.2. Daya

Besarnya daya dari masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan

putaran mesin serta variasi bahan bakar premium dengan campuran biogas dengan

LPG maka dapat dihitung dengan rumus berikut ini :

�̇=2πNτ 60

Dimana :

Ẇ=Dayaporos(kW)

N=Putaran mesin (rpm)

τ

=Torsi (Nm)

N=Putaran mesin (rpm)

Berikut data hasilperhitungandayapadamesinottodengan variasibahan

bakar pertamax plus dan biogas.

Tabel 4.2 Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi

bahanbakar premiumdan campuran biogas dengan LPG

(55)

6

Gambar 4.2 Grafik dayavs putaranmesin

Darihasilperhitungan dangrafikdiatasdapatdilihatbesarnyadayauntuk

masing-masingperhitungan,untukbahanbakarpremium dayaterendahterjadi

padapembebananpengereman0,2kg(4000rpm)yaitusebesar0,080kW sedangkan

dayatertinggiterjadipadapembebanan0,6kg (7000rpm)yaitu sebesar 0,420 kW.

Untuk campuran biogas dengan LPG dayaterendah

terjadipadapembebananpengereman0,2kg (2133rpm)yaitusebesar0,079kW

sedangkandayatertinggiterjadipada pembebanan0,6 kg (7000 rpm) yaitu sebesar

0,130kW.

Besarkecildayamesinbergantungpadabesarkeciltorsiyangdidapat.

Dayayangdihasilkanmesindipengaruhioleh putaranporosengkolyangterjadi akibat

doronganpiston yangdihasilkankarena adanyapembakaranbahanbakar dengan

udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin

besar daya yangakan dihasilkan mesin. 0,000

4000 5000 6000 7000 8000

D

Grafik Daya vs Putaran

Premium

(56)

4.1.3. Konsumsi bahan bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) dari masing-masing pengujian

pada tiap variasi beban dan putaran dapat dihitung dengan rumus berikut ini :

sfc =

ṁf

Dimana:

sfc=Konsumsi bahan bakar spesifik / Specific Fuel Consumption(gr/kWh)

ṁf =Laju aliranbahan bakarke mesin (kg/sec)

Ẇ= Daya poros(kW)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (ṁf ) dapat dihitung dengan rumus

berikut ini :

m

̇

f

=

sgf.vf.10−3

tf

Dimana :

sgf = Spesific gravity bahan bakar

vf = Volume bahan bakar yang digunakan yaitu 10 ml

tf = Waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar uji (detik)

Berikutdatahasilperhitungankonsumsibahanbakarspesifik(SFC)pada mesin

(57)

Tabel 4.3 Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi

bahanbakar premiumdan campuran biogas dengan LPG

(58)

Gambar 4.3Grafik SFCvs putaranmesin

Darihasilperhitungandangrafik diatasdapatdilihatbesarnyaSpecific Fuel

Consumption(SFC)untukmasing-masingperhitungan, untukbahanbakar premium

SFCterendahterjadipadapembebananpengereman0,2kg(4000 rpm)

yaitusebesar3,13495 gr/kWhsedangkanSFCtertinggiterjadipadapembebanan

0,6kg

Konsumsibahanbakarspesifikdipengaruhiolehputaran mesin,semakin tinggi

putaranmesinmesinmakakonsumsibahanbakarspesifikjugaakan

meningkatatausebaliknya.Halinidisebabkan olehlajualiranbahanbakaryang akan

semakin besar padaputaran mesin tinggi. 0,5200

4000 5000 6000 7000 8000

T

Grafik Torsi vs Putaran

Biogas + LPG

(59)

BABV

KESIMPULANDANSARAN

5.1. Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dihasilkandaripengujian ini adalah:

1. Padamesinottoberbahanbakarpremiumdancampuran biogas dengan LPG

torsidan daya mengalami penurunan sebesar 17,19% dan 18,62% ketika

menggunakanbahanbakar campuran biogas dengan LPG pada

putaranmesin rendah,

sedangkantorsidandayaakanmengalamipeningkatansebesar4,65%dan 4,9%

ketika menggunakan bahan bakar pertamaxplus pada putaran mesin tinggi.

2. Konsumsibahanbakarspesifik(SFC)untukbahanbakarpremiumdan

campuran biogas dengan LPGmengalamipenurunan 19,54%ketika

menggunakan bakar premium

padaputaranmesinrendah,sedangkanSFCakanmengalami peningkatan

sebesar15,94%ketika menggunakanbahanbakarcampuran biogas dengan

(60)

5.2. Saran

Adapun saran yang diberikan adalahsebagai berikut :

1. Untukpengujianselanjutnya,nilaikalorbahanbakarperludiujiuntuk hasil

yang lebih baik danakurat.

2. Padapengujianselanjutnya,alatukurtorsisebaiknyamenggunakanyang

dapatdiinstalasilangsungdengankendaraanujiuntukmendapatdata yanglebih

akurat.

3. Harapannya pengujian ini dapat dilanjutkan dan didalami untuk

mendapatkan performansi terbaik dari mesin

4. Agar terus dilanjutkan penelitian berikutnya untuk mendapatkan bahan

bakar alternatif yakni biogas

5. Agar dilakukan kerja sama dan sinergi lintas fakultas untuk menghasilkan

penelitian yang lebih baik lagi dalam mendapatkan energi alternatif

(61)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto. 1988. Penggerak Mula Motor Bakar Torak.

Penerbit ITB Bandung.

Heywood. John B. 1998. Internal Combustion Engines Fundamental. New

York.

Holman, J.P. 1984. Experimental Methods for Engineers. McGraw-Hill

Book,Inc.

Pulkrabek, Willard W. 1997. Engineering Fundamental of the Internal

Combustion Engine. New Jersey.Prentice Hall.

Shigley, dkk (Terjemahan Gandhi Harahap ). (1991). Perencanaan Teknik

Mesin,Jilid 2. Jakarta : Erlangga.

Y. A. Cengel and M.A. Boles, Thermodynamics An Engineering

Approach,5th ed, Mc Graw-hill,2006.

http://en.wikisource.org/wiki/1911_Encyclop_Britannica/Dynamometer https://www.google.co.id/2014/9/rasio+bahan+organik

https://www.google.co.id/ Sistem+pencampuran+udara.

Figur

Tabel 2.1. Komposisi biogas

Tabel 2.1.

Komposisi biogas p.21
Tabel 2.2. Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain

Tabel 2.2.

Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain p.23
Gambar 2.1. Proses pembentukan biogas

Gambar 2.1.

Proses pembentukan biogas p.23
Tabel 2.3. Rasio C/N beberapa bahan organik

Tabel 2.3.

Rasio C/N beberapa bahan organik p.26
Tabel 2.4. Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa

Tabel 2.4.

Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa p.27
Tabel 2.5. Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak

Tabel 2.5.

Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak p.29
Gambar 2.3 DiagramT-Ssiklus otto

Gambar 2.3

DiagramT-Ssiklus otto p.33
Gambar 2.4 Sistem pencampuran udara + bahan bakar dengan karburator (A) dan

Gambar 2.4

Sistem pencampuran udara + bahan bakar dengan karburator (A) dan p.34
Gambar 2.6 Langkah hisap mesin otto 4 langkah

Gambar 2.6

Langkah hisap mesin otto 4 langkah p.35
Gambar 2.5 Mesin otto4 langkah

Gambar 2.5

Mesin otto4 langkah p.35
Gambar 2.8 Langkah usaha mesin otto 4 langkah

Gambar 2.8

Langkah usaha mesin otto 4 langkah p.36
Gambar 2.7 Langkah kompresi mesin otto 4 langkah

Gambar 2.7

Langkah kompresi mesin otto 4 langkah p.36
Gambar 2.9 Langkah buang mesin otto 4 langkah

Gambar 2.9

Langkah buang mesin otto 4 langkah p.37
Gambar 2.10Rope brake dynamometer

Gambar 2.10Rope

brake dynamometer p.39
Gambar 2.11 Daya dan torsi sebagai fungsi putaran

Gambar 2.11

Daya dan torsi sebagai fungsi putaran p.41
Gambar 3.1 Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437

Gambar 3.1

Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437 p.45
Gambar 3.2 Tachometer

Gambar 3.2

Tachometer p.46
Gambar 3.3 Timbangandigital Xinexten

Gambar 3.3

Timbangandigital Xinexten p.47
Gambar 3.4 TimbanganDigital Ion

Gambar 3.4

TimbanganDigital Ion p.47
Gambar 3.5 Toolbox

Gambar 3.5

Toolbox p.48
Tabel 3.1 Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi

Tabel 3.1

Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi p.49
Tabel 3.2 Format pengujian mesin dengan bahan bakar campuran biogas

Tabel 3.2

Format pengujian mesin dengan bahan bakar campuran biogas p.50
Gambar 3.6 Bagan alirprosedur pengerjaan

Gambar 3.6

Bagan alirprosedur pengerjaan p.51
Grafik  Torsi vs Putaran

Grafik Torsi

vs Putaran p.53
Tabel 4.2  Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi

Tabel 4.2

Hasil perhitungan daya terhadap putaran dengan variasi p.54
Grafik Daya vs Putaran

Grafik Daya

vs Putaran p.55
Tabel 4.3  Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi

Tabel 4.3

Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi p.57
Grafik  Torsi vs Putaran

Grafik Torsi

vs Putaran p.58

Referensi

Memperbarui...