BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi semakin bertambah seiring dengan meningkatnya produktivitas manusia. Energi yang digunakan sebagai bahan bakar mesin umumnya adalah bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil yang digunakan pada mesin otto ialah bensin. Bahan bakar fosil berwujud minyak, padat, dan gas diperoleh dengan cara pengolahan bertahap dan memerlukan investasi yang mahal. Selain masalah pengolahan dan investasinya yang mahal, ketersediaan sumber bahan bakar fosil juga membutuhkan waktu yang lama.Saat ini energi alternatif mulai dikembangkan untuk dapat memberikan solusi energi bahan bakar fosil yang semakin menipis. Salah satu energi alternatif yang berpotensi yaitu biogas. Biogas dihasilkan dari bahan organik proses fermentasi/aktivitas anaerobic mikroorganisme menjadi gas dengan komposisi gas CH4, CO2, H2S, dan H2O.
Pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar alternatif memiliki potensi yang menjanjikan karena jika dibandingkan dengan bahan bakar fosil khususnya bensin biogas memiliki keunggulan yaitu hasil pembakaran mesin yang bersih ramah lingkungan serta sumber pengolahannya yang dapat diterapkan oleh siapa saja. Kebutuhan energi alternatif khususnya biogas perlu lebih diperhatikan dilihat dari potensinya dapat menggantikan bahan bakar fosil khususnya bensin pada mesin otto. Mesin otto dengan bahan bakar biogas perlu modifikasi saluran bahan bakar agar biogas dapat disalurkan ke dalam bahan bakar sebaik mungkin.
Padadasarnya proses pembakaran di dalam mesin masih kurang efisien atau bisa ditingkatkan lagi dengan menggunakan alat pemampat udara yang dinamakan turbocharger/supercharger. Alat ini bisa mengoptimalkan kapasitas udara yang masuk ke dalam ruang bakar atau dengan kata lain campuran udara-bahan bakar menjadi lebih merata. Penempatan turbocharger/supercharger terletak di antara saluran masuk udara dan bahan bakar.. Emisi gas buang yang dihasilkan bahan bakar fosil masih bisa diminimalisir dengan menggunakan alat yang dinamakan catalytic converter. Alat ini dapat mereduksi senyawa-senyawa berbahaya yang dihasilkan dari ruang bakar seperti CO, HC, NOx, dan lain-lain.
Di Indonesia sekarang ini, konsumsi BBM sudah mencapai 1,3 juta barel yang lebih besar dari produksinya yaitu sekitar 1 juta barel sehingga untuk menutupi defisit harus melakukan impor dan ditambah lagi dengan harga minyak dunia yang terus melonjak akan memberikan dampak langsung terhadap pembangunan Negara Indonesia. Dari data ESDM tahun 2006, Indonesia memiliki cadangan minyak 9 miliar barel yang apabila terus dikonsumsi akan habis dalam dua decade mendatang bila tidak ditemukan cadangan minyak yang baru. Karena itulah motor bakar yang merupakan mesin penggerak utama yang paling banyak digunakan saat ini harus terus dilakukan penghematan dengan meningkatkan efisiensinya dari masa ke masa.
Berbagai macam peningkatan efisiensi untuk motor bakar sudah dilakukan baik dalam hal pemasukan bahan bakar (PGMFI, EFI, GDI dsb), penyempurnaan pembakaran (Twin spark plug, ignition timing), timing katup (vvti, vtec dsb) , pemampatan udara masuk (Supercharger dan turbocharger) dan masih banyak pengembangan-pengembangan lainnya. Namun belum semua pengembangan dilakukan pada motor bakar berkapasitas kecil seperti pada sepeda motor padahal penggunaan sepeda motor sudah sangat banyak bahkan menurut data kepolisisan RI (2011), di Indonesia penggunanya mencapai 68.839.341 unit sepeda motor, 6 kali lebih banyak dibandingkan jumlah truk, bis ataupun mobil pribadi. Juga dengan Pembatasan bahan bakar minyak (BBM) bersubsidi terhadap kendaraan pribadi di Indonesia diyakini akan memicu peningkatan jumlah pengguna sepedamotor karena terjadi peralihan pemakaian alat transportasi pada masa mendatang. Karena itu pengembangan untuk mesin berkapasitas kecil yang umumnya digunakan pada sepeda motor ini perlu dilakukan guna peningkatan efisiensinya. Akhir-akhir ini negara kita disibukkan dengan berbagai analisis tentang masalah subsidi bahan bakar minyak (BBM). Berulang kali masalah BBM dan energi yang terkait dengan BBM ini telah menjadi topik yang menarik untuk dianalisis dan diperdebatkan.
BBM yang berasal dari energi fosil memerlukan waktu jutaan tahun dalam proses pembentukannya. Sebagai contoh, dari saat proses fotosintesis oleh pohon di hutan yang menangkap energi matahari dan menyerap CO2 serta mengubahnya
menjadi senyawa hidrokarbon, untuk akhirnya dipanen sebagai batu bara, memerlukan waktu yang dikenal sebagai skala waktu geologi.
Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak, disamping dampak negatif yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar minyak tersebut. Fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi kedua permasalahan di atas secara serentak. Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menggantikan bahan bakar minyak, terutama yang digunakan baikuntuk kendaraan bermotor.
Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan organik termasuk diantaranya kotoran manusia dan hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah biodegradable atau setiap limbah organik yang biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida.Dimana gas metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif lebih bersih daripada menghasilkan energi yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih sedikit. Mesin otto pada biasa disebut sebagai mesin pembakaran dalam (internal Cmbustin Engine) karena energi thermal didapatkan dari proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam mesin dan pada saat proses pembakaran fluida kerjanya ialah gas hasil dari pembakaran tersebut.
Pada motor bensin ini campuran bahan bakar dan udara terjadi di dalam lubang intake, kemudian diisap masuk ke dalam silinder selama langkah pengisapan. Kemudian campuran tersebut dimampatkan (dikompresikan) oleh torak dalam silinder dan pada akhir langkah kompresi terjadi loncatan bunga api listrik dari busi, akibatnya campuran bahan bakar dan udara terbakar sehingga diperoleh tenaga panas yang kemudian dikonversikan menjadi tenaga mekanik. Tenaga mekanik tersebut dapat menimbulkan gerak translasi pada torak dan gerak rotasi pada poros engkol, yang pada akhirnya mesin dapat menghasilkan energi gerak secara berkesinambungan.[1]
Dalam riset ini akan dibandingkan kinerja atau performansi mesin otto saat menggunakan pemampatan udara pada ruang bakar dengan bahan bakar biogas (methane 60% -70% dan gasoline). Pemampatan paksa udara pada ruang bakar
sudah umum digunakan pada mesin diesel dan mesin-mesin otto berkapasitas besar seperti mesin V-8, V-10, dsb. Dengan demikian perlu diadakannya pengujian performansi untuk mengetahui peningkatan yang didapatkan dari penggunaan alat tersebut pada mesinottodengan kapasitas kecil atau dalam riset ini ialah mesinotto yang dikopeldengan generator listrik.
1.2 Tujuan Pengujian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Untuk mengetahui performansi (daya, torsi, SFC, efisiensi termal, rasio udara –bahan bakar) pada mesin otto menggunakan turbocharger-catalytic converter berbahan bakar premium dan biogas yang berasal dari Palm Oill Mill Effluent (POME).
2. Untuk mengetahui emisi gas buang mesin otto menggunakan turbocharger-catalytic converter berbahan bakar premium dan biogas yang berasal dari Palm Oill Mill Effluent (POME) yang mencakup kandungan CO, CO2, O2
,dan HC.
3. Untuk mengetahui hasil pembakaran yang terjadi pada elektroda busi mesin otto dengan penambahan turbocharger-catalytic converter berbahan bakar premium dan biogas yang berasal dari Palm Oill Mill Effluent (POME).
1.3 Manfaat Pengujian
1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penghematan penggunaan bahan bakar fosil, khususnya minyak bumi yaitu premium.
2. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan dari penggunaan alat pemampatan udara pada motor bakar berkapasitas kecil.
3. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam meningkatkan efisiensi dan penggunaan bahan bakar alternatif pada mesin otto.
4. Untuk memaksimalkan penggunaan gas khusunya biogas yang akan digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
1. Penelitian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.
2. Bahan bakar yang digunakan dalam percobaan adalah premium dari PERTAMINA, dan biogas produk PT. Multimas Nabati Asahan.
3. Mesin uji yang digunakan adalah mesin otto yang dikopel dengan generator listrik.
4. Alat pemampat udara yang digunakan adalah jenis blower.
5. Konverter Katalitik yang digunakan adalah hasil modifikasi knalpot sepeda motor yang ditambahkan bahan katalis berupa plat tembaga.
6. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah : Daya (Brake Power)
Torsi (Torsion)
Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption) Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)
Rasio udara-bahan bakar atau Air-Fuel Ratio (AFR)
7. Kandungan emisi gas buang yang diamatiialah CO, CO2, HC dan O2
8. Uji performansi mesin dilakukan dengan pembebanan linear berupa modul rangkaian lampu pijar 100 watt, 200 watt, 300 watt, 400 watt, dan 500 watt diukur dengan voltmeter, dan amperemeter.
9. Uji emisi gas buang dilakukan dengan menggunakan alat uji emisi Sukyong SY-GA 401.
1.5 Metodologi Pengujian
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 motor bakar fakultas teknik. Selain itupengambilan datajuga dilakukan dari surveilapangankeLaboratorium tempat pengambilan biogas Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS).
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, batasan masalah, manfaat, metode penulisan, dan sistematika penulisan.
Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai turbocharger, catalytic converter, bahan bakar hidrokarbon, bahan bakar biogas, karakteristik dan performansi mesin otto, dan emisi gas buang.
Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian. Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik.
Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh. Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.
