Kajian Eksperimental Performansi Motor Bakar Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Biogas Dan Bahan Bakar Gas Lpg

Teks penuh

(1)

86

DAFTAR PUSTAKA

1. Al Seadi,T. (2008). Biogas Handbook. Denmark 2. Anonim. (2007). Departemen Pertanian.

3. Arismunandar, W. ( 1988). Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Penerbit ITB Bandung.

4. Fontenot, J.p, L.W. smith dan A.L. Sutton. (1983). Alternative Utilization of

Animal Waste. J. Anim. Sci. Vol57. London.

5. Heywood. J. B. ( 1998). Internal Combustion Engines Fundamental. New York.

6. Holman, J.P. (1984). Experimental Methods for Engineers. McGraw-Hill Book, Inc.

7. Karki, A. B. dan K. Dixit. (1984). Biogas Fieldbook. Sahayogi Press, Kathmandu, Nepal.

8. Kumar, S. (2012). Biogas. Croatia.

9. Khurmi. R.S. (2005). Theory Of Machine. Eurasia Publishing House. 10. Meynell. (1976). Energy For World Agricultural. FAO-UN. Roma.

11. Musanif, J,. Wildan A.A, David M.N. ( 2006). Biogas Skala rumah Tangga. Departemen Pertanian. Jakarta.

12. PT BADAK NGL. (2009). Laporan Tahunan 2009. PT BADAK NGL. 13. Pulkrabek, W. W. ( 1997). Engineering Fundamental of the Internal

Combustion Engine. New Jersey. Prentice Hall.

14. Shigley, J . E. , M i s ch k e , C . R d an B ud yn as , R . G . (1991). Perencanaan Teknik Mesin, Jilid 2. Jakarta: Erlangga.

15. Sufyandi, A. (2001). Informasi Teknologi Tepat Guna untuk Pedesaan Biogas. Bandung.

16. Tambunan, A.H., Salundik, M. Solahudin, J.P. Situmorang, 2009. Aplikasi Flexibel Tank Dari Karet Sebagai Penampung Biogas Portabel. IPB: Bogor. 17. Uli, W., Stohr, U. dan Hees, N. (1989). Biogas Plants in Animal Husbandry:

A Practical Guide. GATE Publication, Germany.

(2)

55 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian ini dilakukan dibeberapa tempat sebagai berikut :

a. Pengujian performansi untuk mendapatkan data-data parameter seperti: putaran mesin, torsi, dan konsumsi bahan bakar dilakukan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama 3 bulan.

3.2 Alat Pengujian

Adapun alat pengujian yang digunakan adalah : 1. Mesin potong rumput

Mesin yang digunakan untuk penelitian yaitu mesin pabrikan dari Tagawa dengan tipe tgx 437.

Gambar 3.1 Mesin potong rumput Tagawa tgx-437 Spesifikasi mesin sebagai berikut :

Tipe mesin : 4 langkah ,pendingin udara,

(3)

56

Diameter x langkah : 53,5 mm x 48,8 mm Perbandingan Kompresi : 9,6 : 1

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

Volume langkah : 37,7 cc

Daya Maksimum : 1,0 Kw pada 6500 rpm

Kapasitas Minyak Pelumas Mesin : 80 ml pada penggantian periodik

Starter : engkol

Busi : NGK C6HS ; ND U20 FS-U Sistem Pengapian : Transistor magneto

Berat Mesin : 3,8 kg

2. Rope brake Dynamometer

(4)

57 3. Tachometer

Digunakan untuk mengukur putaran mesin

Gambar 3.3 Tachometer

Alat ukur yang digunakan adalah portable digital tachometer dengan spesifikasi sebagai berikut :

 Batas ukur 2,5-9999 rpm dengan ketelitian ±0,05%

 Daya 2 x 1,5 V

 Ukuran 108 (P) x60 (l) x 32(t) mm

 Berat 73 gr

 Sampling time 0,5s (over 120 Rpm)

4. Timbangan

a. Digunakan untuk mengukur berat tabung gas yang digunakan dan beban pada puli.

Gambar 3.4 Timbangan gantung digital

Timbangan yang digunakan adalah timbangan gantung digital merek xinexten dengan spesifikasi sebagai berikut :

 Daya 2x1,5 V

(5)

58 Gambar 3.5Timbangan Digital

Timbangan yang digunakan adalah timbangan digital merek ion dengan spesifikasi sebagai berikut :

 Daya 2x1,5 V

 Beban maksimum 5 kg dengan ketelitian ± 1 gr 5. Ban dalam

Gambar 3.6 Bahan bakar biogas ditempatkan pada ban dalam

6. Stopwatch

Digunakan untuk mengukur waktu pemakaian bahan bakar per 10 ml.

(6)

59 7. Tools

Digunakan untuk melakukan pemasangan dan pembongkaran mesin potong rumput cc selama pengujian.

Gambar 3.8 Toolbox

Adapun beberapa alat-alat yang digunakan selama pengujian diantaranya adalah sebagai berikut:

o Obeng (±)

o Tang jepit, tang potong dan tang buaya o Kunci-kunci pas dan kunci ring

3.3 Bahan Pengujian

Adapun bahan pengujian yang digunakan adalah: 3.3.1. Bahan Bakar

Adapun bahan bakar yang digunakan dalam pengujian ini adalah: a. LPG (liquified petroleum gas)

(7)

60

LPG (liquified petroleum gas), adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari menambah tekanan dan menurunkan suhunya, LPG berubah menjadi cair, spesifikasi umumnya sebagai berikut:

 Berupa bahan bakar dalam bentuk gas

 Terdiri atas Propane (C3H8) 30% dan Butane (C4H10) 70%.  Nilai kalor (± 21.000 BTU/lb)

b. Biogas

Gambar 3.10 Bahan bakar biogas ditempatkan pada ban dalam

Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada material – material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik. 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 dan terbarukan (Musanif, J, dkk, 2006).

3.4. Prosedur Penelitian

3.4.1.Pembuatan Instalasi Biogas

(8)

61 3.4.1.1. Rancang Bangun Instalasi Biogas

Pada bagian ini, dilakukan penentuan desain instalasi biogas, perencanaan gambar dan pembuatan instalasi biogas.

Prosedur kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut: • Penentuan desain instalasi biogas

• Membuat desain gambar instalasi biogas dan bahan yang dipergunakan • Menghitung bahan yang dibutuhkan untuk pembuatan instalasi biogas • Menyediakan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk pengerjaan • Pengerjaan alat penghasil biogas yang terdiri dari :

a. Tangki pengaduk

Tangki pengaduk merupakan tempat pencampuran antara limbah kotoran sapi, jerami, air dan EM4. Tujuannya agar campuran kotoran sapi, jerami, air dan EM4 menjadi homogen sehingga proses fermentasi menjadi lebih baik.

Gambar 3.11. Tangki Pengaduk b. Tangki pencerna (Digester)

(9)

62

Gambar 3.12. Tangki Pencerna (Digester) c. Pembuatan tangki pengumpul biogas

Tangki pengumpul biogas digunakan untuk mengumpulkan gas yang dihasilkan pada digester.

Gambar 3.13. Tangki pengumpul gas

• Pengujian kebocoran terhadap tangki pencerna dan tangki penampung biogas dengan air kemudian diberi tanda apabila terjadi kebocoran untuk dilakukan pengerjaan kembali hingga bebas kebocoran.

• Melakukan finishing seluruh alat penghasil biogas dan komponennya. • Perakitan alat instalasi biogas.

3.4.1.2.Persiapan Bahan Isian Digester

(10)

63

Banyaknya bahan campuran dan air digunakan perbandingan 1:2. Untuk memperoleh volume total campuran 300 liter yaitu :

• Bahan campuran : 100 liter

• Air : 200 liter

Gambar 3.14. Proses persiapan bahan isi digester 3.4.1.3.Proses Pengisian Bahan Pada Tangki Pencerna

Proses pencampuran bahan isian (kotoran sapi, jerami padi, air dan EM4) dilakukan di dalam tangki pengaduk sampai diperoleh campuran yang homogen. Setelah campuran benar-benar homogen, maka dilanjutkan pengisian kedalam digester yang dilakukan pada hari yang sama.

(11)

64 3.4.1.4.Proses Fermentasi

Fermentasi yang terjadi pada proses pembentukan biogas yaitu fermentasi anaerob. Oleh karena itu digester harus diamati dan diawasi jangan sampai terjadi kebocoran, karena sedikit saja isian digester kontak udara luar, maka fermentasi tidak akan berlangsung. Setelah 7 hari fermentasi dilakukan pembuangan gas yang ada pada tangki pengumpul dengan tujuan agar gas yang masih banyak mengandung CO2 terbuang. Kemudian dilakukan pengamatan parameter dimulai pada hari ke 8.

Gambar 3.16. Proses pengamatan biogas hasil fermentasi 3.4.1.5. Pengujian Biogas

Pengujian dilakukan dengan mengalirkan biogas ke tangki penampung kemudian dilakukan test nyala api pada ujung katup untuk melihat gas yang dihasilkan apakah berkualitas baik .

(12)

65

Gambar 3.17. Diagram alir pembuatan instalasi biogas 3.4.2. Pembuatan Rope Brake Dynamometer

Pada bagian ini, dilakukan penentuan desain rope brake dynamometer, pembuatan gambar, penentuan bahan dan pengerjaan.

Prosedur kerja yang dilakukan adalah sebagai berikut: • Penentuan desain rope brake dynamometer

• Membuat desain gambar rope brake dynamometer dan bahan yang dipergunakan

(13)

66

• Menyediakan alat dan bahan yang dibutuhkan untuk pengerjaan rope brake dynamometer

• Pengerjaan rope brake dynamometer yang terdiri dari : a. Rangka

b. Poros c. Puli

• Perakitan rope brake dynamometer

(14)

67 3.4.3. Prosedur Modifikasi Mesin Potong Rumput dengan Menggunakan

Bahan Bakar LPG dan Bahan Bakar Biogas

Dikarenakan bahan bakar yang digunakan berupa bahan bakar berbentuk gas maka dilakukan modifikasi agar karburator dapat menyalurkan bahan bakar ke ruang bakar.

3.4.3.1. Alat dan Bahan yang Digunakan dalam Memodifikasi Karburator 1. Karburator

Karburator merupakan bagian dari mesin yang bertugas dalam sistem pengabutan(pemasukan bahan bakar ke dalam silinder). Untuk itu fungsi dari karburator antara lain:

 Untuk mengatur bahan bakar dan udara ke saluran isap.

 Mencampur bahan bakar dan udara secara merata

 Untuk mengatur perbandingan bahan bakar-udara pada berbagai kecepatan motor.

Gambar 3.19 Karburator

Karburator yang digunakan pada mesin potong rumput adalah karburator tipe venturi.

8. Selang regulator

Gambar 3.20 Selang regulator 3.Kran

(15)

68

Gambar 3.21 Kran 9. Selang minyak sepeda motor

Gambar 3.22 Selang minyak sepeda motor 10. Orifice

Orifice merupakan komponen tambahan yang berguna untuk menyalurkan bahan bakar LPG atau biogas ke dalam ruang bakar.

Gambar 3.23 Orifice

3.4.3.2. Memodifikasi karburator

Proses modifikasi pada karburator dapat dilakukan dengan langkah-langkah berikut :

1. Lepas saringan udara, untuk memudahkan membuka karburator. 2. Lepas pentutup mesin

3. Lepas karburator beserta saluran masuk

(16)

69

5. Pasang orifice pada saluran masuk

6. Setelah memasang orifice kemudian memasang karburator, pastikan baut, gaskets dan choke diposisi yang benar.

Gambar 3.24 Karburator yang dimodifikasi 3.5. Prosedur Pengujian

Sebelum pengujian dilaksanakan, terlebih dahulu persiapkan hal-hal berikut: Prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Persiapan bahan bakar yang akan digunakan untuk pengujian yakni LPG dan biogas.

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

premium dan biogas.

7. Menyiapkan lembar data pengujian untuk mencatat data hasil pengujian.

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

(17)

70

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 rumput dengan variasi bahan bakar, beban dan putaran mesin untuk mendapatkan data tabel sebagai berikut.

Tabel 3.1 Format Hasil pengujian bahan bakar LPG

D (m) W (kg) S (kg) Putaran Mesin

Tabel 3.2 Format hasil pengujian bahan bakar biogas

(18)

71

0,013 5000 10 87

0,028 6000 10 82

0,024 7000 10 79

0,032 8000 10 74

3.6. Bagan Alir Pengerjaan

Adapun prosedur dari pengerjaan dan pengujian yang dilakukan dalam skripsi ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini dapat dilihat pada bagan alir berikut ini.

(19)

72

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Performansi Mesin Bensin

Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin potong rumput 4-langkah merk TAGAWA Tipe TGX-437 melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain:

• Putaran (rpm) melalui tachometer.

• Perubahan angka yang terbaca pada timbangan gantung digital. • Konsumsi bahan bakar .

4.1.1 Torsi

Berikut adalah data hasil pengujian torsi pada mesin otto dengan variasi bahan bakar gas LPG dan biogas.

Karena menggunakan rope brake dynamometer maka rumus yang digunakan untuk mengitung torsi adalah :

�= (� − �)�(�) 2

Dimana :

T = Torsi (Nm)

W = beban pengereman (kg) D = diameter puli (m) S = perubahan beban (kg) g = gaya gravitasi bumi (m/s2)

(20)

73 Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Biogas :

Beban = 0.6 kg, (W = 0.6 kg x 9.81 m/s2 = 5.886 N)

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan torsi untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 4.1 Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan bakar Gas LPG dan biogas

(21)

74

7000 0,176972

8000 0,168928

Gambar 4.1 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,6 kg

Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 0,6 kg (gambar 4.1) torsi maksimum mesin untuk bahan bakar LPG diperoleh pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 0.583205 Nm. Sedangkan bahan bakar biogas torsi maksimum diperoleh pada putaran 4000 rpm sebesar 0.55806 Nm.

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,2 kg

y = 8E-12x3- 8E-08x2+ 0,000x + 0,134

0 2000 4000 6000 8000 10000

T

0 2000 4000 6000 8000 10000

(22)

75 Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 0,2 kg (gambar 4.2) torsi maksimum mesin untuk bahan bakar LPG diperoleh pada putaran 4000 rpm yaitu sebesar 0,1915 Nm. Sedangkan bahan bakar biogas torsi maksimum diperoleh pada putaran 4000 rpm sebesar 0,189039 Nm.

Besar kecilnya torsi dipengaruhi oleh putaran dan beban mesin. Semakin berat beban yang diberikan maka semakin besar pula torsi yang dibutuhkan untuk mencapai kecepatan yang lebih tinggi. Ada beberapa cara untuk meningkatkan nilai torsi dari sebuah mesin yaitu dengan memperbesar langkah piston atau dengan memperbesar volume ruang bakar, namun hal ini akan sangat mempengaruhi effisiensi bahan bakar, konstruksi mesin tersebut.

4.1.2 Brake Power

Berikut data hasil perhitungan brake power pada mesin otto dengan variasi bahan bakar LPG dan Biogas. Besarnya brake power yang dihasilkan dari masing-masing pengujian dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :

�� = �� (� − �)��

Untuk pengujian dengan menggunakan bahan bakar Biogas : Beban = 0.6 kg, (W = 0.6 kg x 9.81 m/s2 = 5.886 N) Putaran = 4000 rpm

(23)

76 Beban penyeimbang = 0.012 kg, (S = 0.012 kg x 9.81 m/s2 = 0.11772 N)

�= 3,14(5.886 −0.11772)�(0.558066) 60

= 233,8564 w = 0.2338564 Kw

Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan torsi untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 4.2 Hasil perhitungan brake power terhadap putaran dengan variasi bahan bakar gas LPG dan biogas

(24)

77 Gambar 4.3 Grafik putaran vs brake power untuk beban 0,6 kg

Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 0,6 kg (gambar 4.3) brake power maksimum mesin untuk bahan bakar LPG diperoleh pada putaran 8000 rpm yaitu sebesar 0,4736119 kw. Sedangkan bahan bakar biogas brake power maksimum diperoleh pada putaran 8000 rpm sebesar 0,4592855 kw.

Gambar 4.4 Grafik putaran vs brake power untuk beban 0,2 kg

Berdasarkan hasil pengujian maka didapat pada pembebanan 0,2 kg (gambar 4.4) brake power maksimum mesin untuk bahan bakar

y = -2E-13x4+ 4E-09x3- 4E-05x2+ 0,222x - 235,9

0 2000 4000 6000 8000 10000

D

0 2000 4000 6000 8000 10000

(25)

78 LPG diperoleh pada putaran 8000 rpm yaitu sebesar 0,1272516 kw. Sedangkan bahan bakar biogas brake power maksimum diperoleh pada putaran 8000 rpm sebesar 0,1415779 kw.

4.1.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik (spesific fuel consumption, sfc) dari masing-masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dapat

dihitung menggunakan persamaan berikut : ���= �̇�� 10

3 ��

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). �̇f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Untuk mencari �̇ rumus yang digunakan adalah sebagai berikut : �̇�=�������

Dari literatur, nilai sgf untuk biogas 0,847 sedangkan untuk LPG 0,56. Maka untuk pengujjian bahan bakar menggunakan LPG beban 0,6 kg putaran 4000 rpm :

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc).

���= 0,2344 0,244395

(26)

79 Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 4.3 Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan bakar gas LPG dan biogas

Jenis Bahan

Konsumsi bahan bakar spesifik dipengaruhi oleh putaran mesin. Semakin tinggi putaran mesin maka konsumsi bahan bakar juga meningkat dan sebaliknya. Hal ini disebabkan oleh peningkatan laju aliran bahan bakar. Ada kecenderungan besarnya Sfc juga dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya.

(27)

80 Gambar 4.5 Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,6 kg

Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 0,6 kg (gambar 4.5), bahan bakar biogas memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar 1,2508 gr/kWh yang terjadi pada putaran 4000 rpm. Sedangkan untuk putaran yang sama unutk bahan bakar LPG memiliki Sfc sebesar 0,9592gr/kWh.

Gambar 4.6 Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,2 kg

Berdasarkan hasil perhitungan Sfc maka didapat, pada pembebanan 0,2 kg (gambar 4.6), bahan bakar biogas memiliki Sfc yang lebih besar yaitu sebesar 1,2508 gr/kWh yang terjadi pada putaran 4000 rpm. Sedangkan untuk putaran yang sama unutk bahan bakar LPG memiliki Sfc sebesar 0,9592gr/kWh.

y = - 7E-11x3+ 6E-07x2- 0,002x + 5,588

0 2000 4000 6000 8000 10000

S

0 2000 4000 6000 8000 10000

(28)

81 4.1.4 Efisiensi Thermal Brake (ηb)

Efisiensi termal brake (brake thermal eficiency, ηb) merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

�� = �̇�������3600

Dimana : �� : Efisiensi termal brake

LHV : nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Nilai kalor bawah bahan bakar dapat diperoleh dari sumber-sumber literatur yang ada yang dapat dilihat dilampiran, untuk biogas nilai LHV = 18.000 kj/kg sedangkan untuk LPG nilai LHV= 47.120,81 kj/kg.

Untuk pengujian dengan menggunakan LPG, beban 0,6 kg, putaran 4000 rpm : � = 0,2443905

0,2334 �47.120,813600

= 0,07964x 100% = 7,999 %

Untuk pengujian bahan bakar LPG dengan variasi beban dan putaran yang berbeda dapat dilihat dari tabel berikut :

(29)

82 Gambar 4.7 Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar LPG beban 0,6 kg

dan 0,2 kg

Dari gambar 4.7 dijelaskan bahwa pada saat mesin menggunakan bahan bakar LPG dan dibebani 0,6 kg, efisiensi termal brake mencapai 12,20482 % pada putaran 8000 rpm.

Efisiensi Termal Brake (ηb) untuk pengujian dengan bahan bakar biogas dengan variasi beban dan putaran dapat dilihat pada tabel 4.5 berikut:

Tabel 4.5 Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 0,6 kg dan 0,2 kg bahan bakar biogas

0 2000 4000 6000 8000 10000

(30)

83 Gambar 4.8 Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar biogas beban 0,6 kg

dan 0,2 kg

Dari gambar 4.8 dijelaskan bahwa pada saat mesin menggunakan bahan bakar biogas dan dibebani 0,6 kg, efisiensi termal brakenya mencapai 21,087 % pada putaran 8000 rpm.

Dari gambar 4.6 dan gambar 4,7 diperoleh perbandingan, yaitu:

• Pada saat mesin dibebani 0,6 kg, efisiensi termal brake tertinggi terbesar terjadi pada saat mesin menggunakan bahan bakar biogas.

Dari grafik diatas kita dapat mengetahui bahwa efisiensi thermal brake kenaikannya berbanding lurus dengan daya.

y = 1E-13x4- 2E-09x3+ 2E-05x2- 0,068x +

0 2000 4000 6000 8000 10000

(31)

84 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dihasilkan dari pengujian ini adalah :

1. Pada mesin otto berbahan bakar LPG dan biogas torsi dan daya mengalami penurunan sebesar 15,19% dan 16,62% ketika menggunakan bahan bakar biogas pada putaran mesin rendah, sedangkan torsi dan daya akan

mengalami peningkatan sebesar 4,65% dan 4,9% ketika menggunakan bahan bakar LPG pada putaran mesin tinggi.

2. Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) untuk bahan bakar LPG dan biogas mengalami penurunan 17,54% ketika menggunakan biogas pada putaran mesin rendah, sedangkan SFC akan mengalami peningkatan sebesar 13,94% ketika menggunakan bahan bakar biogas pada putaran mesin tinggi.

3. melalui hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa bahan bakar biogas dapat dijadikan sebagai bahan bakar alternatif namun untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal maka diperlukan proses pemurnian biogas selanjutnya untuk memisahkan kandungan CH4 (metana) ,CO2, H2S, N2 dan O2, sehingga mendapatkan metana murni .

5.2 Saran

Adapun saran yang diberikan adalah sebagai berikut.

1. Untuk pengujian selanjutnya, nilai kalor bahan bakar perlu di uji untuk hasil yang lebih baik dan akurat.

(32)

85 3. untuk mendapatkan kondisi bahan bakar biogas yang lebih baik

perlu dilakukan pemurnian biogas terhadap komponen lain yang mempengaruhi kondisi bahan bakar tersebut seperti : H2S, CO2, O2, dan lain-lain.

(33)

23

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pendahuluan

Salah satu jenis penggerak mula yang banyak digunakan adalah mesin kalor, yaitu mesin yang menggunakan energi termal untuk melakukan kerja mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dari dengan proses pembakaran, proses fisi bahan bakar nuklir, atau proses lain-lain. (Arismunandar, 1988)

Selanjutnya, jika ditinjau dari cara memperoleh sumber energi termal, mesin kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :

1. Mesin pembakaran luar (external combustion mesin). Mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakaran terjadi diluar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan kefluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah mesin uap.

2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion mesin). Mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakaran berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam ini umumnya dikenal dengan sebutan motor bakar. Contoh dari mesin kalor pembakaran dalam ini adalah motor bakar torak dan turbin gas.

Jenis motor bakar torak itu sendiri berdasarkan proses penyalaan bahan bakarnya terdiri dari dua bagian utama, yaitu :

1. Mesin bensin atau motor bensin dikenal dengan mesin “Otto” atau mesin “Beau Des Rochas”. Pada motor bensin, penyalaan bahan bakar dilakukan oleh percikan bunga api listrik dari antara ke dua elektroda busi. Oleh sebab itu,motor bensin dikenal juga dengan sebutan Spark Ignition Engine (SIE). 2. Motor “Diesel”. Di dalam motor diesel, penyalaan bahan bakar terjadi dengan

(34)

24 Sedangkan berdasarkan siklus langkah kerjanya, motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu:

1. Motor dua langkah. Pengertian dari motor dua langkah adalah motor yang pada dua langkah piston (satu putaran engkol) sempurna akan menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2. Motor empat langkah. Pengertian dari motor empat langkah adalah motor yang pada setiap empat langkah piston (dua putaran sudut engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2.2 Motor Bensin

Motor bensin atau mesin Otto dari pembakaran, 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 Engine. Sedangkan karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar . (Arismunandar, 1988).

Mesin bensin o t t o berbeda pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin otto selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran. Pada mesin diesel, hanya udara yang dikompresikan dalam ruang bakar dan dengan sendirinya udara tersebut terpanaskan, bahan bakar diinjeksikan ke dalam ruang bakar di akhir langkah kompresi untuk bercampur dengan udara yang sangat panas, pada saat kombinasi antara jumlah udara, jumlah bahan bakar, dan temperatur dalam kondisi tepat maka campuran udara dan bakar tersebut akan terbakar dengan sendirinya.

(35)

25 Gambar 2.1 Mesin Bensin empat langkah

(Pulkrabek,W, 1997)

2.2.1 Cara Kerja Motor Bensin Empat Langkah

Motor bensin dapat dibedakan atas dua jenis yaitu motor bensin dua langkah dan motor bensin empat langkah. Pada motor bensin dua langkah, siklus terjadi dalam dua gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin empat langkah, pada satu siklus terjadi dalam empat langkah. Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin empat langkah dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini :

Gambar 2.2 .(a) Diagram P-V Siklus Otto Ideal (b) Diagram T-S Siklus Otto Ideal

(Pulkrabek. W, 1997)

(36)

26 Proses 0-1 : langkah isap

Proses 1-2 : kompresi isentropik

Proses 2-3 : proses pembakaran volume konstan dianggap sebagai proses pemasukan kalor

Proses 3-4 : proses isentropik udara panas dengan tekanan tinggi mendorong piston turun menuju TMB

Proses 4-1 : proses pelepasan kalor pada volume konstan piston Proses 1-0 : langkah buang pada tekanan konstan

Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin empat langkah adalah: 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.

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.

3. Langkah Ekspansi

(37)

27 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.

Pada motor bensin empat langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga. Cara kerja motor bensin empat langkah ini dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut:

Gambar 2.3 Cara kerja motor bensin empat langkah

(Arismunandar, 1988)

2.3. Performansi Motor Bakar

(38)

28 knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.

2.3.1. Torsi dan Daya

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

�=(�−�)�

2 ...(2.1)

Dimana :

T = Torsi (Nm)

W = beban pengereman (Kg) D = diameter puli (m) S = beban pengimbang (Kg)

�� = 2 �60����...(2.2)

Dimana : PB = Daya Keluaran (watt)

n = Putaran Mesin (rpm)

(39)

29 Gambar 2.4 daya dan torsi sebagai fungsi putaran (Pulkrabek,W, 1997)

2.3.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik 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 dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka :

���= �̇�� 10

3

�� ...(2.3)

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h). �̇f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (�̇f) dihitung dengan persamaan berikut : �̇� = ������� 10

−3

�� �3600...(2.4) Dimana : sgf = spesific gravity

(40)

30 �� = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (s) 2.3.3 Effisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang diba ngkitkan piston karena sejumlah energy hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebu t sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, ��)

�� = ���� �������� ������

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

Q = �̇� . LHV………...…………...….………(2.6) Dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kj/kg)

Jika daya keluaran (��) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar �� dalam satuan kg/jam, maka:

�� = ��

�̇�����3600...(2.7) 2.4. Teori Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan LPG. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari oksigen dan nitrogen.

(41)

31 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 dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida.

2.4.1. 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-�2/8) + 9400 S……...………...(2.8) 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

(42)

32 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) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture) 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 juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggi -neers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers)menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

2.5 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 berubah menjadi cair. Komponennya didominasi

kecil, misalnya

(43)

33 berbentuk gas pada tekanan atmosfer, namun dapat diembunkan menjadi bentuk cair pada suhu normal, dengan tekanan yang cukup besar.

Pada 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 sedir 250:1.

Tekanan di mana elpiji berbentuk cair, dinamaka 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 dipasark

2.5.1 Proses Pengolahan LPG

(44)

34 Gambar 2.5 Skema Pengolahan LPG

(PT BADAK NGL, 2009)

Proses pemisahan komponen C3 dan C4 dari gas alam dilakukan terhadap gas alam yang sudah dikurangi kadar air dan gas-gas asamnya (H2S, merkaptan, CO2), sejumlah teknologi dasar pemisahan yang dikenal dalam rancangan LPG plant yang terintegrasi dengan proses produksi di lapangan LPG sebagai berikut:

• Pemisahan dengan cara penyerapan komponen C3-C4 oleh hidrokarbon cair ringan (light oil absorption), diikuti dengan pemisaham kembali C3-C4 dari hidrokarbon cair yang distaklasi;

• Pemisahan dengan cara mendinginkan gas-gas C3-C4 dengan siklus refrijerasi hingga di bawah titik embunnya, sehingga gas-gas tersebut terpisah sebagai produk cair;

• Pemisahan dengan cara pendinginan gas alam, dengan memamfaatkan peristiwa penurunan temperatur gas jika dikurangi tekanannya secara mendadak, sehingga komponen C3-C4 mengalami pengembunan;

(45)

35 ringan (C1-C2) mampu menerobos membran, sedangkan komponen LPG tertinggal dalam aliran gas umpan.

2.5.2 Sifat LPG

LPG (liquified petroleum gas) atau sering disebut elpiji mempunyai sifat sebagai berikut: 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.

2.6. Biogas

Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik yang terjadi pada bahan-bahan organik seperti kotoran manusia dan hewan, tumbuhan, limbah pertanian, sampah atau limbah organik yang dapat terurai secara alami dalam kondisi anaerobik.( tanpa oksigen), dan komponen peralatan yang digunakan dalam proses tersebut digester. Biogas yang didominasi oleh gas metana, merupakan gas yang dapat dibakar. Secara umum komposisi biogas dapat dilihat pada tabel 2.1 berikut ini :

Tabel 2.1. Komposisi Jenis Gas dan Jumlahnya pada Suatu Unit Biogas

(46)

36 Seperti terlihat pada Tabel 2.1, komposisi biogas berkisar antara 60 % -70 % metana dan 30 % - 40 % karbondioksida. Biogas mengandung gas lain seperti karbonmonoksida, hidrogen, nitrogen, oksigen, hidrogen sulfida, kandungan gas tergantung dari bahan yang masuk ke dalam biodigester. Nitrogen dan oksigen bukan merupakan hasil dari digester, ini mengindikasikan adanya kelemahan dari sistem sehingga udara dapat masuk ke dalam digester. Hidrogen merupakan hasil dari tahap pembentukan asam, pembentukan hidrogen sulfida oleh bakteri sulfat disebabkan oleh konsentrasi ikatan sulfur. Biogas kira – kira memiliki berat 20 % lebih ringan dibandingkan udara dan memiliki suhu pembakaran antara 650 ºC – 750 ºC.

Gas metana (CH4) adalah komponen penting dan utama dari biogas karena merupakan bahan bakar yang berguna dan memiliki nilai kalor yang berguna dan memiliki nilai kalor yan cukup tinggi yakni sekitar 4800 kkal/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 (100%) mempunyai nilai kalor 8900 kkal/m3. Ketika dibakar 1ft3 gas bio menghasilkan sekitar 10 BTU (2,52 Kkal) energi panas per persentase komposisi 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)

(47)

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

8. Bila bereaksi dengan O2 akan menghasilkan CO2 dan H2O CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

2.6.1 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. Dengan adanya nilai potensial tersebut maka sudah selayaknya biogas di manfaatkan. Nilai kesetaraan biogas dengan bahan bakar lain dapat dilihat dari tabel 2.2. berikut :

Tabel 2.2 Kesetaraan Biogas Dibandingkan dengan Bahan Bakar Lain

Keterangan Bahan Bakar Lain

1 m3 Biogas

Elpiji 0,46 kg

Minyak tanah 0,62 liter Minyak solar 0,52 liter Bensin 0,80 liter Gas kota 1,50 m3 Kayu bakar 3,50 kg

(Anonim, Departemen Pertanian, 2007)

2. 6. 2. Proses Produksi Biogas

(48)

38 bakteri metan yang sesuai. Beberapa sifat bahan organik tersebut mempunyai dampak yang nyata pada tingkat produksi gas.

Di dalam proses produksi biogas, terjadi dua tahap yaitu penyiapan bahan baku dan proses penguraian anaerobik oleh mikroorganisme untuk menghasilkan gas metan.

a. Bahan Baku

Biogas berasal dari proses fermentasi bahan – bahan organik, diantaranya yaitu :

1) Limbah tanaman : tebu, rumput - rumputan, jagung, gandum, dan lain-lain.

2) Limbah dari hasil produksi : minyak, penggilingan padi, limbah sagu. 3) Hasil samping industri : tembakau, limbah pengolahan buah – buahan

dan sayuran, dedak, kain dari tekstil, ampas tebu dari industri gula dan tapioka, industri tahu (limbah cair).

4) Limbah perairan : alga laut, tumbuh – tumbuhan air.

5) Limbah peternakan : kotoran sapi, kotoran kerbau, kotoran kambung, kotoran unggas, dan lain – lain.

Salah satu permasalahan yang dihadapi dalam fermentasi anaerob adalah keberadaan senyawa – senyawa tertentu yang bertindak sebagai inhibitor. Oleh karena itu perlu ditambahkan sesuatu pada bahan baku supaya menghilangkan pengaruh inhibitor yang ada.

(49)

39 racun pada populasi bakteri metan. Rasio ideal C/N untuk proses dekomposisi anaerob untuk menghasilkan metan adalah 30. Oleh karena itu, pada proses pencampuran bahan baku diusahakan memenuhi rasio ideal. dalam tabel 2.3 berikut dapat dilihat perbandingan C/N berbagai bahan organik.

Tabel 2.3. Perbandingan C/N untuk Beragai Bahan Organik ( Sufyandi. A, 2001)

Bahan Organik Perbandingan C/N Total N pada

Keadaan Kering (%)

Penggunaan limbah sebagai bahan baku biogas memerlukan metode pengumpulan, penyiapan, penanganan dan penyimpanan yang memadai. Pemilihan metode didasarkan pada sifat dan jumlah bahan baku yang bervariasi. Sifat alami bahan baku adalah padatan, semi padatan, atau cairan. Sejalan dengan itu sistem penanganannya harus sesuai dengan kondisi setempat.

b. Proses Anaerob

(50)

40 jumlah yang besar dalam kotoran unggas karena reproduksinya sangat cepat. Organisme ini memecah senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana. Senyawa sederhana diuraikan oleh bakteri penghasil asam ( acid forming bacteria ) menjadi asam lemak dengan berat molekul rendah seperti asam asetat dan asam butirat. Selanjutnya bakteri metanogenik mengubah asam – asam tersebut menjadi metana.

Proses pembentukan biogas dapat dibagi menjadi 3 tahap sebagai berikut : 1) Tahap Hidrolisis

Tahap pertama dari penguraian anaerob adalah hidrolisis yaitu depolimerisasi atau pelarutan makromolekul substrat menjadi molekul yang lebih sederhana. Reaksi hidrolisis dilakukan oleh enzim ekstraseluler yaitu enzim hidrolase. Pada proses ini enzim hidrolase dapat menguraikan karbohidrat, protein, dan lemak menjadi senyawa – senyawa sederhana seperti monomer gula, asam amino, dan asam lemak rantai panjang. Bakteri yang berperan dalam proses hidrolisis diantaranya Clostridium acidiuric dan Clostridium cylindrosporum.

Proses hidrolisis merupakan proses perubahan senyawa organik tidak terlarut menjadi senyawa organik terlarut. Mikroorganisme yang berperan dalam proses hidrolisis merupakan senyawa yang paling dominan selama proses anaerobic.

Hidrolisis merupakan tahap reaksi paling lambat untuk substrat padat sehingga merupakan tahap penentu dari reaksi anaerob. Penguraian senyawa ini dilakukan oleh kelompaok bakteri hidrolisa seperti steptococci, bacteriodes, dan beberapa jenis enterobactericeae

2) Tahap Pembentukan Asam

(51)

41 menghasilkan energi terbesar bagi bakteri pembentuk asam untuk pertumbuhannya. Contoh bakteri pembentuk asam adalah Clostridium propionicum, Clostridium histolitycum, Clostridium acetobutylicum, dan Clostridium butylicum.

Bakteri pembentuk asam mengubah senyawa organik sederhana menjadi asam organik seperti asam asetat, asam propionat, asam butirat dan senyawa lain (hidrogen, karbondioksida dan air). Bakteri asetogenik mengubah asam propionat dan butirat menjadi asam, hidrogen dan karbondioksida.

3) Tahap Pembentukan Metana

Metanogenesis merupakan tahapan terakhir dan sekaligus yang paling menentukan, yakni melakukan penguraian produk dan sintetis tahap sebelumnya untuk menghasilkan gas metana (CH4).Metana dibentuk dari dua jalur yaitu jalur asam asetat, jalur CO2 dan H2. Bakteri yang terlibat adalah bakteri asetoklastik (asetoclastic methane bacteria) yang bersimbiosis dengan bakteri pembentuk asam, dengan cara mengubah asam asetat sehingga pH sistem dapat dikontrol. Bakteri pengkonsumsi hidrogen (hydrogen utilysing bacteria) membentuk metana dari CO2 dan H2.

Proses pembentukan biogas dapat dilihat dari gambar 2.6 sebagai berikut :

(52)

42 Adapun faktor – faktor yang mempengaruhi aktivitas mikroorganisme anaerob yaitu:

1. Temperatur

Gabungan bakteri anaerob bekerja dibawah tiga kelompok temperatur utama. Gas metana dapat diproduksi pada tiga tipe range temperatur sesuai dengan bakteri yang hadir. Bakteri psyhrophilic 0 0C – 7 0C, bakteri mesophilic pada temperatur 13 0C – 40 0C sedangkan thermophilic pada temperatur 55 0C – 60 0C.

Temperatur yang optimal untuk digester adalah temperatur 30 0C – 35 0C, kisaran temperatur ini mengkombinasikan kondisi terbaik untuk pertumbuhan bakteri dan produksi metan di dalam digester dengan lama proses yang pendek. Temperatur yang tinggi/range thermophilic jarang digunakan karena sebagian besar bahan sudah dicerna dengan baik pada range temperatur mesophilic, selain itu bakteri thermophilic mudah mati karena perubahan temperatur, keluaran/sludge memiliki kualitas yang rendah untuk pupuk, berbau dan tidak ekonomis untuk mempertahankan pada temperatur yang tinggi, khususnya pada iklim dingin.

(53)

43 Lebih lanjut, yang harus diperhatikan pada proses biometananisasi adalah perubahan temperatur, karena proses tersebut sangat sensitif terhadap perubahan temperatur. Perubahan temperatur tidak boleh melebihi batas temperatur yang diijinkan. Untuk bakteri psychrophilic selang perubahan temperatur berkisar antara 2 0C/jam, bakteri mesophilic 1 0C/jam dan bakteri thermophilic 0,50C/jam. Walaupun demikian perubahan temperatur antara siang dan malam tidak menjadi masalah besar untuk aktifitas metabolisme. Sangat penting untuk menjaga temperatur tetap stabil apabila temperatur tersebut telah dicapai. Panas sangat penting untuk meningkatkan temperatur bahan yang masuk ke dalam biodigester dan untuk mengganti kehilangan panas dari permukaan biodigester. Kehilangan panas pada biodigester dapat diatasi dengan meminimalkan kehilangan panas dari bahan.

2. Nilai pH

(54)

44 berkisar antara 7 – 8.5. Bila derajat keasaman lebih kecil atau lebih besar dari batas, maka bahan tersebut akan mempunyai sifat toksik terhadap bakteri metanogenik.

3. Nutrisi

Bakteri anaerobik membutuhkan nutrisi sebagai sumber energi yang mengandung nitrogen, fosfor, magnesium, natrium, mangan, kalsium dan kobalt. Level nutrisi harus sekurangnya lebih dari konsentrasi optimum yang dibutuhkan oleh bakteri metanogenik, karena apabila terjadi kekurangan nutrisi akan menjadi penghambat bagi pertumbuhan bakteri. Penambahan nutrisi dengan bahan yang sederhana seperti glukosa, buangan industri dan sisa – sisa tanaman terkadang diberikan dengan tujuan menambah pertumbuhan di dalam digester. Walaupun demikian kekurangan bukan merupakan masalah bagi mayoritas bahan, karena biasanya bahan memberikan jumlah nutrisi yang mencukupi. Nutrisi yang penting bagi pertumbuhan bakteri, dapat bersifat toksik apabila konsentrasi di dalam bahan terlalu banyak. Pada kasus nitrogen berlebihan, sangat penting untuk mempertahankan pada level yang optimal untuk mencapai digester yang baik tanpa adanya efek toksik.

4. Ion Kuat dan Salinitas

Salinitas (kandungan garam) NaCl 0.2M dilaporkan memiliki pengaruh yang minimal terhadap populasi metanogenik, namun salinitas yang lebih besar dapat bersifat inhibitor.

5. Keracunan dan Hambatan

(55)

45 Zat- zat penghambat lain terhadap aktivitas mikroorganisme pada proses anaerob diantaranya kandungan logan berat sianida.

6. Faktor Konsentrasi Padatan dan Pencampuran Substrat

Konsentrasi ideal padatan untuk memproduksi biogas adalah 7 – 9 % kandungan kering. Kondisi ini dapat membuat proses digester anaerob berjalan dengan baik.

Walaupun tidak ada informasi yang pasti, mobilitas bakteri metanogen di dalam bahan secara berangsur – angsur dihalangi oleh peningkatan kandungan padatan yang berakibat terhambatnya pembentukan biogas. Selain itu yang terpenting untuk proses fermentasi yang baik diperlukan pencampuran bahan yang baik akan menjamin proses fermentasi yang stabil di dalam pencerna.

Hal yang paling penting dalam pencampuran bahan adalah :

a) Menghilangkan unsur – unsur hasil metabolisme berupa gas (metabolites) yang dihasilkan oleh bakteri metanogen ;

b) Mencampurkan bahan segar dengan populasi bakteri agar proses fermentasi merata ;

c) Menyeragamkan temperatur di seluruh bagian pencerna ; d) Menyeragamkan kerapatan sebaran populasi bakteri ; e) Mencegah ruang kosong pada campuran bahan. 2.6. 3. Faktor –faktor yang Mempengaruhi Produksi Biogas

Banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan produksi biogas, antara lain:

1. Bahan Baku

(56)

46 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 .

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 Karbon dibutuhkan untuk mensuplai energi dan Nitrogen dibutuhkan untuk 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. (Yunus, M, 1995)

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 .

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 .( (Yunus, M, 1995)

(57)

47 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 PH bahan. Nilai PH yang lebih tinggi dari 8,5 akan dapat meracuni bakteri anaerobik. 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 (Karki dkk, 1984) 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

Serbuk gergaji > 200

3. Kandungan Bahan Kering

(58)

48 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 tersebut lalu diaduk sampai tercampur rata .

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 2.4 di bawah ini.

Tabel 2.4. Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa jenis ternak (Fontenot, J.p dkk, 1993)

Jenis Ternak Bobot Ternak

(59)

49 bahan sudah dicerna dengan baik pada tingkat temperatur mesophilic, selain itu bakteri termophilic mudah mati karena perubahan temperatur .

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 berkisar 30 oC -55 oC .

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 proses fermentasi/pencernaan limbah ternak di dalam tangki pencerna dapat berlangsung 60-90 hari, proses terbentuknya gas bio pada hari ke-5 dengan suhu pencernaan 28 oC.

(60)

50 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 . Waktu lama cerna untuk beberapa kotoran ternak dapat dilihat pada tabel berikut :

Tabel 2.5. Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak di dalam tangki pencerna (Uli, W. dkk, 1989)

Jenis Kotoran Ternak Lama Cerna (hari)

Sapi 60-80

2.6.4. Sistem Penyimpanan Biogas

Secara umum biogas yang diproduksi langsung dialirkan melalui pipa ke kompor biogas,lampu maupun genset. Untuk hal tersebut maka perlu meninjau beberapa aspek penting terkait dengan efisiensi dan tingkat keamanan penggunaan tabung.

ada beberapa faktor yang penting diperhatikan untuk penyimpanan sementara biogas yaitu :

1. Volume simpan yang diperlukan biasanya tidak besar

2. Kemungkinan korosi dari gas H2S atau uap air yang masih terkandung dalam biogas,

3. Biaya penyimpanan karena nilai ekonomi biogas relatif rendah.

Selain hal tersebut dalam penyimpanan sementara biogas ada beberapa faktor lain, yaitu sistem penekanan gas ke dalam tabung. Ada tiga jenis sistem penekanan yang digunakan yaitu:

1. Sistem penyimpanan biogas bertekanan rendah,

(61)

51 Untuk lebih jelas dapat kita lihat pada tabel berikut :

Tabel 2.6. Opsi penyimpanan biogas (Tambunan, A.H., dkk. 2009)

Tujuan Penyimpanan

Tekanan (Psi)

Sistem

Penyimpanan Bahan Ukuran (ft)

Penyimpanan

< 0,1 Tutup terapung Karet / plastik Bervariasi sesuai kebutuhan harian

berpemberat Karet / plastik 880 - 28000

Atap terapung Karet / plastik Bervariasi sesuai kebutuhan harian

komersial Baja Alloy 350

Biogas dapat disimpan pada kisaran tekanan 2 hingga 200 psi untuk sistem penyimpanan biogas bertekanan rendah. Penyimpanan dengan tekanan menengah juga jarang diterapkan, karena korosi terhadap komponen penyimpan, sehingga untuk meningkatkan keamanan penggunaan diperlukan pemisahan biogas dari gas H2S .

(62)

52 menggunakan program aplikasi Refpro (Gambar 2.7), menunjukkan bahwa titik kritis dari metan dan karbon dioksida masing-masing adalah -82.7 oC pada 45.96 MPa, dan 31oC pada 73.825 MPa. Refpro sendiri merupakan program aplikasi yang digunakan untuk mengghitung properti termodinamika berbagai zat. Hubungan tekanan metan dengan CO2 dapat kita lihat gambar 2.7 berikut :

(63)

53 Penggunaan penyimpanan biogas bertekanan rendah adalah cara yang paling efisien diantara ketiga metode yang ada, karena selain dapat dilakukan pada tekanan operasi lebih rendah, penampung juga dapat dibuat dari bahan elastis yang lebih murah biayanya daripada menggunakan baja. Selain itu biogas yang dihasilkan dari biodigester tidak perlu lagi dipisahkan kandungannya H2S (karena faktor keamanan yang terganggu akibat sifat korosif yang ditimbulkan H2S) seperti halnya yang terjadi jika digunakan penyimpanan bertekanan menengah. Atau bahkan penyimpanan biogas bertekanan tinggi, dimana biaya menjadi masalah utama, selain itu penyimpanan ini lebih cocok diterapakan untuk pengempaan biomethane. Ditambah lagi biomethane sejajar perlakuan penyimpanannya seperti gas komersial lainnya, dimana untuk penyimpanan tekanan tinggi diperlukan penggunaan silinder baja untuk meningkatkan keamanan. Sehingga memang memerlukan biaya yang jauh lebih tinggi dari pada 3 jenis pengempaan yang ada.

2.7. Dinamometer

Dinamometer digunakan untuk mengukur torsi pada keseluruhan operasi mesin. 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, tetapi untuk keadaan dinamis sukar untuk menentukan pengukuran dayanya. Ukuran atau besaran untuk kerja suatu motor biasanya dalam bentuk torsi dan tenaga kuda.

(64)

54 Gambar 2.8 Rope brake Dinamometer

(Khurmi. R.S 2005)

Gambar 2.9 Desain Rope Brake Dynamometer 2.8 Mesin Potong Rumput

Mesin potong rumput adalah alat yang berfungsi memotong rumput atau tanaman lain yang tumbuh di tanah, mesin potong rumput pada umumnya terdiri dari beberapa komponen , yaitu mesin baik motor bakar atau motor listrik sebagai penggerak mula, blade atau pisau yang berfungsi untuk memotong rumput, dan poros yang berfungsi sebagai penerus daya ke blade. Seiring dengan perkembangan zaman mesin potong rumput ada beberapa tipe yaitu, dipegang dengan tangan dan ada yang di kendarai seperti mobil.

(65)

20

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan penggantinya. Kenaikan harga bahan bakar minyak (BBM) yang telah ditetapkan pemerintah sangat membebani masyarakat. Sementara energi yang tersedia seperti minyak bumi, batubara dan gas alam, sumber persediaannya semakin menipis dialam ini. Oleh karena itu diperlukan langkah penghematan atau inovasi dalam penemuan sumber energi alternatif.

Sumber energi alternatif telah banyak ditemukan dalam berbagai riset. Salah satunya adalah pemanfaatan limbah peternakan dan pertanian untuk pembuatan biogas

Energi biogas adalah salah satu dari banyak macam sumber energi terbarukan yang sangat dibutuhkan oleh masyarakat saat ini, karena energi biogas dapat diperoleh dari air buangan rumah tangga, kotoran cair dari peternakan ayam, sapi, bab, sampah organik dari pasar, industri makanan dan limbah buangan lainnya. Produksi biogas memungkinkan pertanian berkelanjutan dengan sistem proses terbarukan dan ramah lingkungan .

(66)

21

dihasilkan dari 40 kilogram kotoran sapi dapat digunakan untuk memanaskan kompor selama 6 jam.

Setiap kubik biogas setara dengan setengah kilogram gas alam cair (liquid petroleum gases), setengah liter bensin dan setengah liter minyak diesel. Biogas pun sanggup membangkitkan tenaga listrik sebesar 1,25 – 1,50 KWh.

LPG merupakan gas alam dengan komponen utamanya campuran antara propana dan butana, jenis bahan bakar ini banyak ditemukan di hampir semua ladang minyak di Indonesia baik di daratan maupun di lepas pantai. Penggunaan bahan bakar LPG untuk kendaraan bermesin membutuhkan perangkat tambahan yang disebut dengan conversion kit.Tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah mahalnya harga serta sulit untuk didapatkan.Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan modifikasi pada karburator mesin Otto yang dikendalikan secara manual. Proses modifikasi karburator pada kendaraan bermesin masih belum memberikan fungsi yang optimal, yaitu mesin cenderung memiliki putaran tinggi pada kondisi idle, selain itu untuk melakukan akselerasi selalu akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin.

Dengan penelitian ini sudah saatnya kita berpikir dan berusaha untuk mengembangkan kreatifitas dan kejelian untuk menghasilkan energi lain, karena Indonesia memiliki potensi kekayaan alam yang sangat melimpah untuk menghasilkan sumber energi alternatif.

1.2Tujuan penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Untuk memperoleh perbandingan unjuk kerja (performansi) mesin Otto berbahan bakar biogas terhadap LPG.

2. Untuk mengetahui jenis bahan bakar alternatif yang dapat dipergunakan sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar fosil.

1.3Batasan Masalah

(67)

22

bakar biogas dan bahan bakar jenis LPG ( liquified petroleum gas), parameter-parameter yang dihitung yaitu: torsi, daya, dan sfc. Selain itu kondisi temperatur udara dianggap ideal

1.4 Manfaat penelitian

Adapun Manfaat dilakukan penelitian ini adalah:

1. Bagi peneliti, dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang mesin Otto dengan menggunakan bahan bakar biogas.

2. Bagi akademik, memberikan wawasan yang luas bagi mahasiswa serta mengembangkan pola pikir tentang Mesin Otto serta sumber bahan bakar terbarukan.

1.5 Sistematika Penulisan

(68)

11 ABSTRAK

Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui, oleh karena itu kita harus mulai memikirkan bahan penggantinya. Biogas adalah salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan pada berbagai mesin, salah satunya adalah mesin bensin pada mesin potong rumput empat langkah berkapasitas 37,7 cc. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui performansi motor bakar dengan bahan bakar LPG dan biogas. Penelitian yang dilakukan berupa pengujian performansi mesin pemotong rumput dengan bahan bakar LPG dan biogas di Universitas Sumatera Utara. Performansi yang diuji pada penelitian ini mencakup pengujian torsi, pengujian karakteristik daya, pengujian karakteristik SFC. Pengujian performansi motor bakar menggunakan rope brake dynamometer. Penelitian dilakukan dengan variasi beban pengereman dan variasi bahan bakar. Pada pengujian ini dilakukan modifikasi pada karburator. Untuk kecepatan dan beban yang sama maka bahan bakar LPG lebih efisien, dimana torsi (T) yang dihasilkan 0,565105 Nm, daya (PB) 0,476 kw, dan bahan bakar spesifik (sfc) 0,62598 gr/kwh pada putaran 8000 beban 0,6 kg, sedangkan bahan bakar biogas torsi (T) yang dihasilkan 0,168928 Nm, daya (PB) 141,5779 kw dan bahan bakar spesifik (sfc) 0,94843 gr/kwh, pada putaran dan beban yang sama.

(69)

12 ABSTRACT

Rare of oil fuel that happened lately have given impact very vast in various life sector. Supply fluctuation and price petroleum ought to make conscious us that amount of oil reserve exist in earth progressively attenuate. Because petroleum is fuel which cannot to be renewed, therefore we need to start thinking of substitution materials. Biogas is one of the alternative fuel able to used by at various machine, the other one is gasoline engine at lawn mowers four cycles capacities 37,7 cc. Target of this research to know performance of the internal combustion engine with fuel of LPG and biogas. Research conducted in the form of perfomance of lawn mower with fuel LPG and biogas in University North Sumatera. Perfomance tested at this research including torque testing, testing of power characteristic, testing of SFC characteristic. Testing of internal combustion engine performance using the rope brake dynamometer. Research conducted with braking burden variation and fuel variation. At this tested doing modify carburettor. For speed and same burden hence fuel of LPG more efficient, where result of torque (T) is 0,565105 Nm, brake power (Pb) is 0,476 kw, and specific fuel consumption (sfc) 0,62598 gr/ kWh at rotate 8000 rpm and burden 0,6 kg, while fuel of biogas result of torque (T) 0,168928 Nm, brake power (Pb) is 141,5779 kw and specific fuel consumption (sfc) 0,94843 gr/ kWh, at same speed and burden.

Figur

Gambar 3.15. Proses Pemasukan bahan isi digester

Gambar 3.15.

Proses Pemasukan bahan isi digester p.10
Gambar 3.14. Proses persiapan bahan isi digester

Gambar 3.14.

Proses persiapan bahan isi digester p.10
Gambar 3.17. Proses pengujian biogas hasil fermentasi

Gambar 3.17.

Proses pengujian biogas hasil fermentasi p.11
Gambar 3.17. Diagram alir pembuatan instalasi biogas

Gambar 3.17.

Diagram alir pembuatan instalasi biogas p.12
Gambar 3.18. Diagram alir pembuatan rope brake dynamometer

Gambar 3.18.

Diagram alir pembuatan rope brake dynamometer p.13
Gambar 3.20 Selang regulator

Gambar 3.20

Selang regulator p.14
Gambar 3.21 Kran

Gambar 3.21

Kran p.15
Gambar 3.23 Orifice

Gambar 3.23

Orifice p.15
Gambar 3.24 Karburator yang dimodifikasi

Gambar 3.24

Karburator yang dimodifikasi p.16
Tabel 3.2 Format hasil pengujian bahan bakar biogas

Tabel 3.2

Format hasil pengujian bahan bakar biogas p.17
Tabel 4.1 Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan

Tabel 4.1

Hasil pengujian torsi terhadap putaran dengan variasi bahan p.20
Gambar 4.1 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,6 kg

Gambar 4.1

Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,6 kg p.21
Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,2 kg

Gambar 4.2

Grafik Torsi vs putaran untuk beban 0,2 kg p.21
Tabel 4.2  Hasil perhitungan brake power terhadap putaran dengan

Tabel 4.2

Hasil perhitungan brake power terhadap putaran dengan p.23
Gambar 4.4 Grafik putaran vs brake power untuk beban 0,2 kg

Gambar 4.4

Grafik putaran vs brake power untuk beban 0,2 kg p.24
Tabel 4.3  Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan

Tabel 4.3

Hasil perhitungan SFC terhadap putaran dengan variasi bahan p.26
Gambar 4.5 Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,6 kg

Gambar 4.5

Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,6 kg p.27
Gambar 4.6 Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,2 kg

Gambar 4.6

Grafik putaran vs sfc untuk beban 0,2 kg p.27
Tabel 4.5 Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 0,6 kg dan 0,2 kg bahan

Tabel 4.5

Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 0,6 kg dan 0,2 kg bahan p.29
Gambar 4.7 Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar LPG beban 0,6 kg dan 0,2 kg

Gambar 4.7

Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar LPG beban 0,6 kg dan 0,2 kg p.29
Gambar 4.8 Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar biogas beban 0,6 kg

Gambar 4.8

Grafik Putaran vs efisiensi thermal bahan bakar biogas beban 0,6 kg p.30
Gambar 2.2 .(a)  Diagram P-V Siklus Otto Ideal  (b) Diagram T-S Siklus Otto

Gambar 2.2 .

(a) Diagram P-V Siklus Otto Ideal (b) Diagram T-S Siklus Otto p.35
Gambar 2.4  daya dan torsi sebagai fungsi putaran (Pulkrabek,W, 1997)

Gambar 2.4

daya dan torsi sebagai fungsi putaran (Pulkrabek,W, 1997) p.39
Gambar 2.5 Skema Pengolahan LPG

Gambar 2.5

Skema Pengolahan LPG p.44
Tabel 2.2 Kesetaraan Biogas Dibandingkan dengan Bahan Bakar Lain

Tabel 2.2

Kesetaraan Biogas Dibandingkan dengan Bahan Bakar Lain p.47
Tabel 2.3. Rasio C/N beberapa bahan organik (Karki dkk, 1984)

Tabel 2.3.

Rasio C/N beberapa bahan organik (Karki dkk, 1984) p.57
Tabel 2.4. Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa

Tabel 2.4.

Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran beberapa p.58
Gambar 2.7. Diagram tekanan uap metan dan CO2 (Tambunan, A.H., dkk . 2009)

Gambar 2.7.

Diagram tekanan uap metan dan CO2 (Tambunan, A.H., dkk . 2009) p.62
Gambar 2.10 Mesin Potong Rumput

Gambar 2.10

Mesin Potong Rumput p.64
Gambar 2.8 Rope brake Dinamometer

Gambar 2.8

Rope brake Dinamometer p.64

Referensi

Memperbarui...