PEMERINTAH KOTA MAGELANG KANTOR PENELITIAN PENGEMBANGAN DAN STATISTIK LAPORAN AKHIR

(1)

i

PEMERINTAH KOTA MAGELANG

KANTOR PENELITIAN PENGEMBANGAN DAN STATISTIK

Jl. Jendral Sudirman no.46 Telp (0293)360800 Fax(0293)333444

LAPORAN AKHIR

KEGIATAN FASILITASI PELAKSANAAN RISET UNGGULAN DAERAH KOTA MAGELANG

TAHUN 2012

PEMANFAATAN LPG KEMASAN 12 KG SEBAGAI BAHAN

BAKAR KENDARAAN KONVENSIONAL DAN PENERAPAN

SIRKUIT

DE-IGNITION

SEBAGAI RANGKAIAN PENGAMAN

PROGRAM STUDI MESIN OTOMOTIF

FAKULTAS TEKNIK

(2)

i

PENGESAHAN

1. Kegiatan Penelitian :

- Judul Penelitian : Pemanfaatan LPG Kemasan 12 Kg Sebagai Bahan Bakar Kendaraan Konvensional dan Penerapan Sirkuit De-Ignition Sebagai Rangkaian Pengaman 2. Lembaga Pelaksana :

- Nama : LP3M Universitas Muhammadiyah Magelang

- Alamat : Jl. Mayjend Bambang Soegeng km.05 Mertoyudan Magelang

- Telp / Fax / Email : (0293) 326945/32695

3. No. SPK :

4. Waktu Pelaksanaan : Agustus –November 2012 5. Lokasi Penelitian : Laboratorium Mesin Otomotif

Universitas Muhammadiyah Magelang

6. Peneliti :

- Ketua Tim : Muji Setiyo, ST,MT

- Anggota : 1. Bagyo Condro P, ST

2. Sofyan Kurniawan, Amd 3. Herman Kurniawan 4. M Fajri Romadhon

Sumber Anggaran : APBD Kota Magelang TA 2012 Besar Anggaran : Rp. 15.000.000,-

# Lima Belas Juta Rupiah # Mengetahui :

Ketua Lembaga Pelaksana

Dr. Suliswiyadi, M.Ag NIS. 96661011

Ketua Tim Peneliti

Muji Setiyo, ST,MT NIK. 108306043 Mengetahui :

KEPALA KANTOR LITBANG & STATISTIK KOTA MAGELANG

Siti Fatonah, SE,MT Pembina TK I NIP. 1966 0821 99403 2005

(3)

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, sehingga kami diberikan kesempatan untuk berpatisipasi dalam Riset Unggulan Daerah tahun 2012 yang diselenggarakan Kantor Penelitian, Pengembangan, dan Statistik Kota Magelang.

Dalam penelitian ini, kami menyelesaikan program konversi bahan bakar minyak (BBM) ke bahan bakar LPG pada kendaraan konvensional (karburator) dan berhasil mengembangkan sirkuit De-Ignition fuel cut off sebagai pengaman instalasi LPG. Sirkuit De-Ignition fuel cut off berfungsi untuk memutus aliran LPG saat mesin mati walaupun kunci kontak dalam keadaan “ON”.

Kami juga telah melakukan pengukuran Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) pada hasil inovasi yang diteliti. TKT ini merupakan ukuran yang objektif sebagai informasi kepada masyarakat tentang kesiapan teknologi yang dikembangkan untuk dimanfaatkan.

Kami menyadari, masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam riset kali ini. Untuk itu, saran dan kerjasama sangat kami harapkan untuk pengembangan kendaraan LPG selanjutnya. Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada seluruh pihak yang membantu dalam penyelesaian riset kendaraan LPG ini. Semoga bermanfaat.

Magelang, 17 November 2012 Ketua peneliti,

Muji Setiyo, ST,MT NIK. 108306043

(4)

iii

TIM PELAKSANA

1. Ketua Peneliti

Nama : Muji Setiyo, ST,MT

Jabatan : Dosen Program Studi Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang

NIK : 108306043

Nomor HP : 081328648046

2. Anggota Peneliti

Nama : Bagyo Condro P, ST

Jabatan : Dosen Program Studi Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang

NIK : 087606031

Nomor HP : 081392778707

3. Tim Laboratorium

Nama : Sofyan Kurniawan, Amd

Jabatan : Laboran

NIK :

Nomor HP : 085743200520

Nama : Herman Kurniawan

Jabatan : Mahasiswa

NIM : 08.0503.0009

Nomor HP : 085643388454

Nama : M Fajri Romadhon

Jabatan : Mahasiswa

NIM : 10.0503.0002

(5)

iv

TIM PENGARAH

1. Ketua Tim Pengarah

Nama : Dr. Suliswiadi, M.Ag

Jabatan : Kepala LP3M

2. Anggota Tim Pengarah

Nama : Oesman Raliby, ST, M.Eng

Jabatan : Dekan Fakultas Teknik

3. Anggota Tim Pengarah

Nama : Saifudin, ST,M.Eng

Jabatan : Ketua Program Studi Mesin Otomotif

(6)

v

ABSTRAK

Perangkat konverter kits LPG produk diimpor kurang compatible untuk diterapkan pada mesin konvensional. Salah satu komponennya adalah saklar pemilih mode bahan bakar yang disebut dengan fuel change. Fuel change import mengaktifkan solenoid LPG dari kunci kontak. Namun demikian, ada kalanya mesin kendaraan dalam kondisi mati atau tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi ON. Ini menyebabkan aliran LPG ke mixer dan menguap ke ruangan mesin sehingga dapat menyebabkan kebakaran. Suatu inovasi teknologi dibutuhkan untuk memutus dan menyambungkan solenoid LPG secara otomatis sesuai dengan kondisi mesin. Rangkaian de-ignition fuel cut off menjamin LPG hanya mengalir ke mixer saat mesin berputar. Sistem kontrol relay digunakan berdasarkan signal grounding dari switch oli atau lampu CHG. Dengan rangkaian ini, pemanfaatan LPG 12 kg sebagai bahan bakar mobil menjadi lebih optimal dari sisi keselamatan dan sisi teknis. Dari hasil pengukuran Tingkat kesiapan Teknologi (TKT) mobil LPG dengan sirkuit de-ignition fuel cut off ini telah mencapai level 7. Ini berarti pemanfaatan LPG 12 kg untuk bahan bakar kendaraan dengan sistem kontrolnya secara teknis dapat dikembangkan dan diproduksi massal.

(7)

vi

DAFTAR ISI

PENGESAHAN ... i

KATA PENGANTAR ... ii

TIM PELAKSANA ... iii

TIM PENGARAH ... iv

ABSTRAK ... v

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR TABEL ... viii

DAFTAR GAMBAR ... ix DAFTAR LAMPIRAN ... x BAB 1PENDAHULUAN ... x A. Latar Belakang ... 1 B. Permasalahan... 3 C. Perumusan masalah ... 4 D. Tujuan ... 4 E. Manfaat ... 4

F. Lingkup penelitian dan batasan masalah... 4

BAB IITINJAUAN PUSTAKA ... 5

A. Penelitian Relevan ... 5

B. Karakteristik LPG sebagai bahan bakar kendaraan ... 6

C. Converter Kits ... 8

D. Penyesuaian Busi dan Perangkat Pengapian ... 9

E. Tinjauan Temperatur Ruang Bakar ... 9

F. Penyesuaian nilai panas busi ( heat range ) ... 9

G. Tinjauan Tegangan Pengapian ... 10

BAB IIIMETODE PENELITIAN ... 11

A. Obesrvasi ... 12

B. Skema Instalasi LPG ... 12

1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 12

(8)

vii

C. Rangkaian De-Ignition fuel cut off ... 13

D. Pengujian ... 14

BAB IVHASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 15

A. Instalasi converter kits... 15

B. Cara kerja sirkuit de-ignition fuel cut off ... 16

1. Saat mesin menyala ... 16

2. Saat mesin mati sementara kunci kontak ON ... 17

C. Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT)... 18

1. Identitas teknologi ... 18

2. Display TEKNO-METER ... 19

3. Hasil pengukuran TKT/ TRL ... 20

BAB VPENUTUP ... 25

A. Kesimpulan ... 25

B. Saran dan rekomendasi ... 25

(9)

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Identifikasi masalah dan alternatif solusi ... 3

Tabel 2. Spesifikasi converter kits ... 9

Tabel 3. Bahan dan alat penelitian ... 13

(10)

ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Skenario Energi Mix Nasional 2025 ... 1

Gambar 2 Kendaraan LPG di beberapa Negara ... 2

Gambar 3. Bentuk fisik converter kits LPG ... 8

Gambar 4. Grafik penyesuaian pengapian pada mesin LPG... 10

Gambar 5. Flow Chart Penelitian ... 11

Gambar 6. Skema Instalasi LPG ... 12

Gambar 7. De-Ignition Fuel Cut off yang terintegrasi dengan fuel change ... 13

Gambar 8. Instalasi converter kits pada mobil ... 15

Gambar 9. Aliran arus saat mesin menyala ... 16

Gambar 10. Aliran arus saat mesin mati dan kunci kontak ON ... 17

Gambar 11. Display tekno-meter ... 19

(11)

x

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Foto kegiatan Lampiran 2. Log book penelitian

(12)

1

BAB 1

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Pertumbuhan jumlah kendaraan di Indonesia berbanding terbalik dengan ketersediaan bahan bakar minyak (BBM) yang terus berkurang. Badan Pusat Statistik (BPS) menyebutkan jumlah kendaraan di Indonesia mencapai 70.714.569 unit pada survei tahun 2009. Jumlah tersebut meliputi 10.364.125 unit mobil penumpang, 2.729.572 unit bis, 5.187.740 unit truk, dan 52.433.132 unit jenis sepeda motor. Pemakaian bahan bakar minyak berpengaruh negatif terhadap dua hal pokok. Pertama, pengaruh terhadap ketersediaan bahan bakar. Kedua, pengaruh terhadap peningkatan emisi gas buang yang berimbas pada pemanasan global.

Kebijakan Energi Nasional yang tertuang dalam “Skenerio Energi Bauran tahun 2025” menempatkan bahan bakar gas ( Natural Gas ) sebagai prioritas utama setelah batu bara, sedangkan bahan bakar minyak (BBM) ditempatkan pada urutan ketiga ( Gambar 1 ).

(Sumber : Kementerian Energi dan Sumberdaya Mineral) Gambar 1 Skenario Energi Mix Nasional 2025

(13)

2

Pemanfaatan natural gas (CNG) untuk sector transportasi jangka panjang memerlukan infrastruktur yang handal dan butuh investasi yang mahal, meliputi jaringan pipa gas tekanan tinggi bawah tanah, Stasiun Pengisian Bahan Bakar Gas (SPBG) dan perangkat converter kits. Sebagai solusi jangka pendek dan menengah, LPG menjadi pilihan yang paling memungkinkan untuk dikembangkan. Pertama, ketersediaan dalam kemasan tabung sudah merata didaerah. Kedua, harga keekonomian LPG lebih rendah dari bensin. Ketiga, sebagai pembelajaran menuju skenario CNG.

Liquid Petroleum Gas ( LPG ) menjadi salah satu alternatif energi yang

populer untuk menggantikan bahan bakar minyak (BBM). Dari sisi teknis, LPG memberikan environment effect yang lebih rendah daripada penggunaan BBM. Melihat data Argonne National Laboratory pada bulan mei 2010, Kendaraan LPG berkembang dengan pesat di negara seperti Polandia, Turki, Korea Selatan, Belanda dan beberapa negara di Eropa timur dan benua Amerika ( gambar 2 ). Sementara data dari jurnal ETSAP (2011), diperkirakan pada tahun 2012 ini, lebih dari 12 juta kendaraan didunia yang beralih dari BBM ke Bahan Bakar Gas ( LPG dan CNG).

(Sumber : Argonne National Laboratory; May 2010 ) Gambar 2 Kendaraan LPG di beberapa Negara

(14)

3

B. Permasalahan

Beberapa permasalahan dan alternatif solusi yang berkaitan dengan pengembangan mobil bahan bakar LPG di Indonesia dapat dilihat dalam uraian tabel 1 berikut.

Tabel 1 Identifikasi masalah dan alternatif solusi

No Permasalahan Alternatif solusi

1. Belum tersedia SPBG LPG/VIGAS yang merata diseluruh wilayah

Pemanfaatan LPG kemasan 12 kg (non-subsidi), sehingga beban subsidi diharapkan menjadi berkurang

2. Converter kits masih impor dari luar negeri dengan harga mahal

Yang diimpor hanya vaporizer-nya saja, selebihnya beberapa komponen pendukungnya dikembangkan dengan produk dalam negeri (sebagian parts sudah ada) .

3. Komponen Converter kits kurang compatible dengan

kendaraan tipe lama ( Konvensional )

Pengembangan komponen dalam negeri untuk mensubstitusi komponen import.

4 Operasional mobil LPG masih menjadi resistansi masyarakat

Sistem bahan bakar dibuat bi-fuel, kendaraan dapat dioperasikan dengan bensin dan LPG secara bergantian.

5 Fuel change ( saklar pemilih

mode bahan bakar ) yang terdapat dalam converter kits import tidak dapat memutus aliran LPG saat mesin mati sementara kunci kontak ON. ( berbahaya jika dipakai pada mobil karburator)

Perlu pengembangan rangkaian pemutus aliran LPG yang bekerja secara otomatis berdasarkan sensor pengapian, putaran mesin, charging, atau tekanan oli.

(15)

4

C. Perumusan masalah

Dari uraian yang ada, permasalahan dalam penelitian ini dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana desain rangkaian pengaman instalasi yang dapat menjamin tidak adanya aliran LPG saat mesin tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi “ON”.

2. Bagaimana Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) pemanfaatan LPG kemasan 12 kg sebagai bahan bakar kendaraan dengan sistem bi-fuel. D. Tujuan

Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah :

1. Menerapkan sirkuit pengaman instalasi yang dapat menjamin tidak adanya aliran LPG saat mesin mati sementara kunci kontak dalam posisi “ON”. 2. Mengukur seberapa Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) dengan perangkat

TEKNO-METER. E. Manfaat

Jika tujuan penelitian tercapai, manfaat yang diperoleh antara lain :

1. Ketergantungan terhadap Bahan Bakar Minyak (BBM) dapat dikurangi melelui konversi BBM-LPG yang aman, hemat, dan ramah lingkungan. 2. TKT memberikan informasi yang objectif kepada pihak pengguna

teknologi, pemangku kebijakan, dan lembaga intermediasi dalam hal pengembangan, proses manufacturing, dan komersialisasi.

F. Lingkup penelitian dan batasan masalah

1. Objek penelitian adalah kendaraan tipe karburator

2. Converter kits yang dipakai adalah hasil inovasi Teknik Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang.

3. TKT diukur dengan TEKNO-METER yang dikembangkan BPPT.

4. Tidak melakukan uji konsumsi bahan bakar karena keterbatasan media dan infrastruktur.

(16)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Penelitian Relevan

Muji setiyo (2011), meneliti pengaruh penyetelan converter kits LPG dan saat pengapian kaitannya dengan performa mesin dan emisi gas buang. Hasil dari studi ini menyatakan bahwa torsi mesin dipengaruhi oleh penyetelan katup aliran gas dan saat pengapian. Sementara emisi gas buang dipengaruhi oleh penyetelan kekencangan pegas lever dan tingkat bukaan katup aliran gas.

Dziubiński (2007), melakukan penelitian eksperimental tentang pengujian sistem pengapian pada mobil berbahan bakar LPG. Salah satu variabel yang diteliti adalah ketergantungan tegangan sekunder ignition coil pada variasi ukuran celah busi 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 mm. busi yang digunakan adalah NGK BPR6-ES11. Hasil dari penelitian ini menyebutkan tegangan sekunder ignition coil paling optimal terjadi pada celah electrode busi 0,8 mm dan 1,1 mm.

Tasik (2011), melakukan penelitian tentang perbandingan emisi pada mesin berbahan bakar bensin dan LPG. Penelitian ini menunjukkan bahwa mesin LPG mengasilkan emisi yang lebih rendah dari mesin bensin, dengan rincian sebagai berikut. CO menurun 30% untuk urban cycle dan 10 % untuk extra urban cycle. HC menurun 30% untuk urban cycle dan 51 % untuk extra urban cycle. CO2 menurun 10% untuk urban cycle dan 11 % untuk extra urban cycle. NOx menurun 41 % untuk urban cycle dan 77 % untuk extra urban cycle. Penelitian serupa juga dilakukan oleh R.R. Saraf (2009). Penelitian ini juga menunjukkan penurunan emisi pada mesin berbahan bakar LPG, meskipun dengan prosentase yang sedikit berbeda.

Penelitian lain dilakukan Mockus (2006), menganalisa komposisi gas buang motor pembakaran dalam dengan bahan bakar LPG. Tujuan utama dari penelitian ini untuk mempelajari kerugian daya dan efek terhadap lingkungan. Metode pengukuran daya dan emisi dilakukan langsung pada dinamometer dengan memasang dinamometer pada roda mobil secara langsung. Objek utama penelitian ini adalah mesin dengan LPG converter untuk daya maksimum dan

(17)

6

mesin dengan LPG converter untuk minimasi emisi. Salah satu hasil studi ini adalah untuk mendapatkan penyetelan yang tepat perlu dibuat algoritma dengan beberapa hal perlu diasumsikan. Jika karakteristik mekanikal diiginkan tanpa mengorbankan ekologi, harus dirumuskan dengan ketat.

Mandloi (2010), melakukan penelitian tentang pengaruh penggunaan LPG pada kendaraan terhadap prosses pembakaran. Hasil penelitian ini adalah sebagai berikut. Aplikasi LPG pada mesin bensin mempercepat proses pembakaran, tetapi durasi pembakarannya melambat. Sebagai konskuensinya, tekanan dan temperatur pembakaran menjadi tinggi. Ini bisa berakibat kerusakan pada elemen mesin. LPG menurunkan efisiensi volumetrik, sehingga untuk mendapatkan daya yang tinggi diperlukan penambahan konsumsi bahan bakar spesifik. LPG menurunkan emisi CO dan NOx. Dalam kesimpulan akhir, diperoleh bahwa pemanfaatan LPG memberikan efek negatif terhadap performa mesin, tetapi memberikan efek positif terhadap emisi gas buang.

Shankar (2011), meneliti karakteristik unjuk kerja dan emisi pada mesin MPFI. Variabel yang diteliti adalah pengaruh saat pengapian terhadap kinerja mesin dan emisi gas buang. Hasil dari studi ini menjelaskan bahwa koefiesien variasi IMEP (COVIMEP) dapat dikurangi dengan memajukan saat pengapian dari 50 BTDC menjadi 60 BTDC. Efisiensi thermal meningkat dengan memajukan saat pengapian. Ketika mesin berjalan dengan LPG, kinerja terbaik dan emisi terendah rata-rata didapat dengan saat pengapian distel 60 BTDC.

B. Karakteristik LPG sebagai bahan bakar kendaraan

LPG diperoleh dari hidrokarbon yang dihasilkan selama penyulingan minyak mentah dan dari komponen gas alam. Komponen LPG didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10). LPG juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C2H6) dan pentana (C5H12)1.

1_{Brenda Brevitt, “Alternative Vehicle Fuels”}_,_{Science Environment Section, House of}

(18)

7

Kandungan energi LPG sebesar 46.23 MJ/kg dan 26 MJ/l , sedangkan kandungan energi bensin sebesar 44.4 MJ/kg dan 34,8 MJ/l. Dibandingkan dengan bensin, LPG memiliki kandungan energi per satuan massa relatif tinggi, tetapi kandungan energi per satuan volumenya rendah2. Volume LPG lebih besar dari bensin sekitar 15 % sampai dengan 20%.

LPG memiliki nilai oktan 1123. Nilai oktan 112 memungkinkan untuk diterapkan pada mesin dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi sehingga memberikan efisiensi thermal yang lebih tinggi. Biaya operasional mesin LPG lebih rendah dan memiliki karakteristik ramah lingkungan. LPG menjadi alternatif energi yang populer sebagai pengganti bensin.

LPG memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan bensin. Konsumsi bahan bakar LPG per satuan volume lebih rendah daripada bensin. Distribusi gas pada tiap tiap silinder lebih merata sehingga percepatan mesin lebih baik dan putaran stasioner lebih halus. Ruang bakar lebih bersih sehingga umur mesin meningkat. Kandungan karbon LPG lebih rendah daripada bensin atau diesel sehingga menghasilkan CO2 yang lebih rendah4.

Dari beberapa keunggulan diatas, LPG memiliki beberapa kelemahan. Mesin berbahan bakar LPG menghasilkan daya yang lebih rendah dari mesin bensin. Penurunan daya yang terjadi sekitar 5% -10%5. Sistem pengapian harus lebih besar sehingga penyalaan mesin menjadi lebih berat. Perlu penyesuaian saat pengapian dan kualitas sistem pengapian. Sistem bahan bakar harus dibuat lebih kuat daripada sistem bensin6.

2_{ETSAP, “ Automotive LPG and Natural Gas Engines”, Technology Brief T03 – April}

2010

3 _{R.R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena,” Comparative Emission Analysis of}

Gasoline/LPG Automotive Bifuel Engine”, International Journal of Civil and Environmental Engineering 1:4 2009.

4_{R .R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena, op.cit.}

5_{M.A. Ceviz_, F. Yu¨ ksel, 2”Cyclic variations on LPG and gasoline-fuelled lean burn SI}

engine”, Renewable Energi 31 (2006) 1950–1960

(19)

8

C. Converter Kits

Converter kits adalah peralatan utama pada mesin dengan bahan bakar LPG. Converter kits terdiri dari dua baian utama. Bagian pertama dinamakan regulator tekanan, berfungsi untuk menurunkan tekanan LPG dari tabung menjadi tekanan output. Penurunan tekanan pada regulator mengakibatkan perubahan fasa LPG dari cair ke gas. Untuk membantu proses penguapan, air pendingin mesin dialirkan disekeliling regulator. Bagian kedua, dinamakan dengan regulator aliran. Regulator aliran berupa katup yang dikendalikan oleh kevakuman throtle body. Katup regulator digerakkan oleh lever. Lever berupa pengungkit dengan titik tumpu ditengah. Satu ujung dikaitkan dengan diafragma dan ujung yang lain ditahan oleh pegas lever.

Converter kits juga dilengkapi dengan katup solenoid dan katup aliran gas pada saluran output. Solenoid berfungsi untuk membuka dan menutup saluran gas didalam converter kits. Solenoid dikendalikan oleh tegangan listrik dari sistem kelistrikan kendaraan. Katup aliran gas berfungsi untuk mengatur kapasitas aliran pada sisi output converter kits. Katup aliran gas dapat diatur untuk mengurangi atau menambah luasan saluran output. Bentuk fisik converter kits LPG yang dipakai dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3 berikut.

Solenoid Penyetel pegas lever Saluran output Saluran air Saluran input LPG

(20)

9

Converter kits yang digunakan dalam penelitian ini adalah merk Tesla seri A100 dengan spesifikasi teknis sebagai berikut :

Tabel 2. Spesifikasi converter kits

No Kriteria / items Spesifikasi

1 Regulator Tipe 2 stage

2 Tekanan inlet 200 psi max

3 Stelan tekanan awal 1,5 bar

4 Power supply 12 V DC

5 Kapasitas solenoid 12 W

6 Penggunaan pada mesin 50 – 4000 cc D. Penyesuaian Busi dan Perangkat Pengapian

Penyesuaian perangkat pengapian pada mesin berbahan bakar LPG meliputi tegangan coil pengapian, jenis busi / heat range value, dan celah elektroda busi. Tujuan dari penyesuaian ini adalah untuk memperoleh optimasi pembakaran.

E. Tinjauan Temperatur Ruang Bakar

Pada mesin dengan bahan bakar bensin, bensin masuk ke ruang bakar dalam bentuk uap. Selain berfungsi sebagai bahan bakar, bensin berfungsi sebagai pendingin ( evaporative cooling ). Bensin membantu mendinginkan elektroda busi dan komponen ruang bakar yang lain seperti katup katup dan dinding ruang bakar. Pada mesin berbahan bakar LPG, selama LPG dimasukkan sudah dalam bentuk gas, akan terjadi fenomena pembakaran kering dan tidak menghasilkan efek pendinginan dalam ( inner cooling )7. Hal ini menyebabkan ruang bakar dan elektroda busi menjadi lebih panas.

F. Penyesuaian nilai panas busi ( heat range )

Pembakaran dengan LPG menghasilkan deposit carbon dan pengotoran yang lebih sedikit daripada pembakaran bensin. Busi pada mesin LPG harus dapat mentransfer panas pembakaran ke silinder head yang lebih baik, mengingat beban panas yang diterima lebih besar. Dengan alasan ini, mesin berbahan bakar LPG

(21)

10

menggunakan busi dengan nilai panas yang lebih rendah. Penyesuaian jenis busi ini perlu dilakukan agar kinerja mesin pada temperatur tinggi tetap terjamin.

G. Tinjauan Tegangan Pengapian

Pembakaran LPG menghasilkan temperatur dan tekanan yang lebih tinggi dari mesin bensin ( untuk mesin yang sama ). Pada penyetelan celah elektroda busi yang sama ( 10 mm ), ini berarti mesin LPG membutuhkan tegangan pengapian yang lebih besar untuk ioninasi ( peletikan bunga api dari elektroda positif ke elektroda negatif ) dibandingkan mesin besin. Sebagai langkah penyesuaian, dengan tegangan pengapian yang tidak diubah, maka dilakukan penyesuaian celah elektroda busi dengan cara mengurangi celah busi untuk mempermudah ionisasi. Mengingat kecepatan pembakaran LPG lebih rendah daripada bensin, maka diperlukan penyesuaian saat penyalaan. Untuk mendapatkan MBT yang sama dengan mesin bensin, saat pengapian dimajikan beberapa derajat engkol. Grafik ilustrasi penyesuaian pengapian dapat dilihat pada gambar 5. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 10 20 30 40 50 60 Ignition voltage/ kV Ignition timing/ 0_BTDC

Ignition voltage requirement approx 14 kV Electrode gap 1.0 mm

+ 15

LPG PETROL

(22)

11

BAB III

METODE PENELITIAN

(23)

12

A. Obesrvasi

Pada penelitian ini, kegiatan observasi meliputi studi lapangan, studi pustaka penelitian relevan, menentukan rumusan permasalahan, menentukan tujuan penelitian, sampai menentukan lingkup penelitian.

B. Skema Instalasi LPG

Tabung LPG diletakkan pada bagasi bagian belakang mobil. Converter kits diletakkan di ruang mesin. LPG dari tabung dialirkan ke converter kits melalui hydraulic house dengan sebuah pressure gauge dipasang di dashboard sebagai indikator tekanan LPG. LPG fasa gas dimasukkan ke mesin melalui sebuah mixer yang dipasang pada throtle body. Skema aliran gas dari tabung sampai ke intake manifold disajikan dalam gambar 6.

1. Tempat dan Waktu Penelitian a. Tempat penelitian :

Laboratorium Mesin Bensin dan Mesin Diesel Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Magelang

b. Waktu penelitian.

Penelitian ini berlangsung selama empat bulan, dari bulan agustus 2012 sampai bulan November 2012.

(24)

13

2. Bahan dan Alat

Tabel 3. Bahan dan alat penelitian No Nama bahan/alat Jumlah Spesifikasi

1 Mobil 1 unit Daihatsu SPYDER

2 LPG 12 kg 5 buah pertamina

3 Converter kits 1 buah Tesla A-100

4 Sirkuit De-Ignition 1 unit Desain yang diusulkan

5 Engine gas analyzer 1 unit Q-Rotech

6 Tool kits 1 set Krisbow

C. Rangkaian De-Ignition fuel cut off

Gambar 7. Rangkaian De-Ignition Fuel Cut off yang terintegrasi dengan fuel change

(25)

14

D. Pengujian

Pengujian rangkaian dilakukan dengan ketentuan logika sebagai berikut : 1. Pada saat mode Bensin/ Petrol (P)

Pompa bensin elektrik harus bekerja pada saat kunci kontak “ON” maupun posisi starter.

2. Pada saat mode LPG (L)

a. Saat kunci kontak “ON” dan mesin belum distarter.

Solenoid LPG harus dalam kondisi off ( Tidak ada aliran LPG) b. Saat kunci kontak posisi starter

Signal dari ST mengaktifkan relay starter, pada saat ini solenoid LPG terbuka dan ada aliran LPG ke mixer. Ini digunakan untuk mempermudah mesin menyala.

c. Saat mesin berputar ( hidup )

Tekanan oli menonaktifkan switch oli, akibatnya relay fuel change tidak aktif. Terminal tengah pada relay menempel ke terminal atas. Solenoid LPG aktif, dan LPG mengalir ke mixer.

d. Saat mesin mati sementara kunci kontak ON

Pada saat mesin mati tidak ada tekanan oli, relay fuel change mendapat massa dari swith oli. Terminal tengah relay tertarik dan menempel ke terminal bawah. Aliran arus ke solenoid LPG terputus dan tidak ada aliran LPG ke mixer.

3. Saat fuel change pada posisi netral (N)

Mesin tidak dapat dihidupkan, baik pompa bensin maupun solenoid LPG tidak bekerja.

(26)

15

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

A. Instalasi converter kits

Dari gambar 8 diatas dapat diuraikan bahwa LPG mengalir dari tabung ke vaporizer dalam fasa cair maupun gas bertekanan 8 bar. Fuel metering memberikan informasi kepada pengemudi tentang tekanan LPG pada tabung dan pipa. Tekanan pada fuel metering merupakan representasi dari volume LPG dalam tabung. LPG mengalir ke Vaporizer melalui solenoid yang dikontrol oleh fuel change dan sirkuit de-ignition fuel cut off. Vaporizer mengubah menurunkan tekanan LPG 8 bar menjadi 1,5 bar dan mengubah fasa cair menjadi fasa gas. Untuk membantu penguapan, air radiator dialirkan ke vaporizer dan terjadi proses pertukaran kalor antara air radiator dengan LPG.

LPG dalam fasa gas mengalir melalui katup akselerasi dan menuju mixer. Dalam mixer, LPG bercampur dengan udara dan masuk ke mesin. Pada saat fuel chage pada posisi “Petrol (P)”, solenoid LPG terputus dan pompa bensin elektrik menyala secara otomatis untuk menggantikan mode LPG ke mode bensin atau sebaliknya.

(27)

16

B. Cara kerja sirkuit de-ignition fuel cut off 1. Saat mesin menyala

Gambar 9 berikut menyajikan cara kerja aliran arus listrik pada saat mesin berputar dengan mode bahan bakar LPG.

Pada saat mesin menyala, hubungan massa (grounding) switch oli terputus akibat tekanan oli. Kemagnetan pada relay fuel change hilang. Posisi terminal tengah tertarik keatas oleh pegas relay. Arus utama mengalir dari batere (+B) → IG Kunci kontak → terminal relay atas → terminal relay tengah → solenoid LPG (vaporizer) → massa. Akibatnya katup solenoid terbuka dan LPG mengalir ke mixer.

Sebagian arus kecil mengalir melalui fuel change → L → lampu indikator → massa. Akibatnya lampu indikator warna biru menyala. Pada hakekatnya saat mesin menyala arus utama mengalir langsung dari kunci kontak ke solenoid LPG.

(28)

17

2. Saat mesin mati sementara kunci kontak ON

Pada sistem bahan bakar LPG, disyaratkan untuk memutus aliran LPGsecepatnya setelah mesin mati. Ini karena berat jenis LPG lebih besar daripada berat jenis udara. LPG akan terkumpul dalam ruangan mesin. Sirkuit de-ignition fuel cut off menjamin pemutusan aliran LPG memanfaatkan grounding pada awitch oli atau sistem pengisian. Grounding pada switch oli atau CHG akan mengaktifkan relay fuel change bersamaan dengan lampu check oli atau lampu pengisian batere pada meter kombinasi. Gambar 10 berikut menyajikan cara kerja aliran arus listrik pada saat mesin mati sementara kunci kontak masih dalam posisi ON.

Pada saat mesin mati dan kunci kontak ON, hubungan massa (grounding) switch oli terhubung akibat hilangnya tekanan oli. Ini menimbulkan kemagnetan pada relay fuel change. Posisi terminal tengah tertarik kebawah oleh kemagnetan relay. Arus utama yang mengalir dari batere (+B) terputus pada terminal relay atas Akibatnya tidak ada aliran arus ke solenoid, katup solenoid tertutup dan aliran LPG terhenti. Pada konsisi ini, lampu indikator mode LPG tetap menyala.

(29)

18

C. Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) 1. Identitas teknologi

a. Nama Teknologi

(Technology Name) PEMANFAATAN LPG KEMASAN 12 KG SEBAGAI BAHAN BAKAR _{KENDARAAN KONVENSIONAL DAN PENERAPAN SIRKUIT}

DE-IGNITION SEBAGAI RANGKAIAN PENGAMAN

b. Jenis Teknologi ( Type of Technology) ENERGI

c. Bidang Teknologi (Field of Technology) Teknologi Bahan Bakar Alternatif d. Manfaat (Advantage)

Sirkuit De-Ignition Fuel Cut Off menjamin tidak adanya aliran LPG ke mixer pada saat mesin mati sementara kunci kontak dalam posisi ON ( Rangkaian Pengaman ) e. Abstrak (Abstract)

Perangkat converter kits LPG produk diimpor kurang compatible untuk diterapkan pada mesin konvensional. Salah satu komponennya adalah saklar pemilih mode bahan bakar yang disebut dengan fuel change. Fuel change import mengaktifkan solenoid LPG dari kunci kontak. Namun demikian, ada kalanya mesin kendaraan dalam kondisi mati atau tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi ON. ini menyebabkan aliran LPG ke mixer dan menguap ke ruangan mesin sehingga dapat menyebabkan kebakaran. Suatu inovasi teknologi dibutuhkan untuk memutus dan menyambungkan solenoid LPG secara otomatis sesuai dengan kondisi mesin. Rangkaian de-ignition fuel cut off menjamin LPG hanya mengalir ke mixer saat mesin berputar. sistem kontrol relay digunakan berdasarkan signal grounding dari switch oli atau lampu CHG. Dengan rangkaian ini, pemanfaatan LPG 12 kg sebagai bahan bakar mobil menjadi lebih optimal dari sisi keselamatan dan sisi teknis.

f. Aplikasi (Application)

Mobil Konvensional berbahan bakar LPG sistem bi-fuel g. Riwayat

No Uraian Tahun

1 Pengembangan prinsip dasar/ide teknologi 2011

2 Aplikasi konsep 2011

3 Pembuatan prototipe 2011

4 Hasil uji prototype berfungsi baik 2012 5 Percobaan fungsi utama prototype dalam lingkungan relevan 2012 6 Validasi prototype pada lingkungan yang relevan 2012 7 Validasi prototype pada lingkungan sebenarnya 2012 8 Ujicoba/ demonstrasi prototype pada lingkungan yang relevan 2012 9 Ujicoba prototype pada lingkungan yang sebenarnya 2012 10 Telah dimanfaatkan sesuai fungsi yang dirancang/teruji 2012 h. Mekanisme Transaksi Teknologi

(Technology Transaction Mechanism)

1.Lisensi 2. Jual-putus √ 3. Kerjasama

4. Ventura i. \Penanggungjawab/ Pusat/ Alamat Kontak

(30)

19

2. Display TEKNO-METER

(31)

20

3. Hasil pengukuran TKT/ TRL

80.0%

100.0%

Prinsip dasar teknologi / hasil litbang telah dipelajari (diteliti dan dilaporkan).

TRL

QUICK =

7

Telah dilakukan pengujian analitis dan ekperimen untuk membuktikan konsep (proof-of-concept) teknologi / hasil litbang. Validasi kode, komponen (breadboard validation) teknologi / hasil litbang dalam lingkungan laboratorium (terkontrol). Sistem teknologi / hasil litbang berhasil (teruji dan terbukti) dalam penggunaan yang dituju (aplikasi sebenarnya). Sistem telah lengkap dan memenuhi syarat (qualified) melalui pengujian dalam lingkungan (aplikasi) sebenarnya. Model atau prototipe sistem/ subsistem telah didemonstrasikan/ diuji dalam lingkungan (aplikasi) sebenarnya. Model atau prototipe sistem/ subsistem telah didemonstrasikan/ diuji dalam suatu lingkungan yang relevan. Validasi kode, komponen (breadboard validation) teknologi / hasil litbang dalam lingkungan simulasi.

TRL-

M

e

t

e

r

BPPT-Ristek

UK UR CEPAT ( T R L Q U IC K )

Tidak ada pilihan yang diatas.

Formulasi Konsep atau aplikasi teknologi / hasil litbang telah dilakukan.

[ beri tanda (  ) pada pilihan dibawah ini yang sesuai ]

Ukur TRL secara CEPAT (

TRL Quick

)

Atur % komplit indikator terpenuhi ( Nilai default dalam % = …. )

( TRL,

technology readiness level

)

PENGUKURAN TINGKAT KESIAPAN TEKNOLOGI

(32)

21

Tabel 4. Isian Pengukuran TKT/TRL

Indikator TRL 1 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ]

No 0 1 2 3 4 5 1 x 2 x 3 x S 0 0 0 0 0 3 S

Indikator TRL 2 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ]

No 0 1 2 3 4 5 1 _x 2 _x 3 x 4 _x 5 _x S 0 0 0 0 0 5 S

( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi )

T

R

L

1

S atau % terpenuhinya ►

Ada asumsi dan hukum dasar yang digunakan

Telah dilakukan studi literature (teori/empiris) tentang prinsip dasar teknologi yang akan dikembangkan Telah dirumuskan hipotesis penelitian (bila ada)

Indikator TRL 1 = _TERPENUHI

100.0%

T

R

L

2

Dari hasil studi literature (teoritis/empiris) menunjukkan adanya kemungkinan teknologi yang akan dikembangkan dapat diterapkan

Telah diidentifikasi peralatan (valid & reliable), sistem dan desain (teoritis dan empiris), serta diketahui tahapan eksperimen yang akan dilakukan Telah diketahui elemen dasar dari teknologi yang akan dikembangkan, karakterisasi komponen teknologi, dan prediksi kinerja masing-masing elemen penyusun teknologi tersebut, serta telah dilakukan analisis awal yang menunjukkan bahwa fungsi utama yang dibut

Telah dilakukan pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan (misal: pemodelan, simulasi, penelitian analitik) Komponen-komponen teknologi yang akan dikembangkan, secara terpisah dapat bekerja dengan baik

100.0%

Indikator TRL 1 dianggap sudah terpenuhi.

(33)

22

Indikator TRL 3 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ]

No 0 1 2 3 4 5 1 x 2 _x 3 x S 0 0 0 0 0 3 S Indikator TRL 4 No 0 1 2 3 4 5 1 _x 2 x 3 x 4 x S 0 0 1 0 0 3 S Indikator TRL 5 No 0 1 2 3 4 5 1 x 2 x 3 x 4 x S 0 0 0 1 1 2 S

T

R

L

3

Pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan (misal: pemodelan, simulasi, penelitian analitik) mendukung prediksi kinerja elemen teknologi

Telah dilakukan percobaan skala laboratorium (berdasar data hasil pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan ) untuk menguji kelayakan teknis penerapan teknologi tersebut

Telah dilakukan uji komponen dan interface-nya (melalui pemodelan dan simulasi) untuk tujuan integrasi komponen-komponen

Telah dilakukan uji laboratorium secara terpisah terhadap komponen-komponen dari teknologi yang dikembangkan, dan menunjukkan bahwa komponen-komponen teknologi tersebut dapat beroperasi dengan baik

Diperoleh hasil bahwa teknologi yang dikembangkan layak secara ilmiah

100.0%

[ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ]

T

R

L

4

Integrasi sistem selesai dengan akurasi tinggi (high fidelity), dan siap diuji pada lingkungan nyata/simulasi Kondisi laboratorium dimodifikasi sehingga mirip dengan lingkungan yang sesungguhnya

85.0%

Telah dilakukan integrasi terhadap komponen-komponen teknologi, dan diperoleh prototype skala laboratorium

Proses ‘kunci’ untuk manufakturnya telah diidentifikasi dan dikaji di laboratorium

Proses produksi telah direview secara mendalam

Penelitian pasar (marketing research) dan penelitian laboratorium untuk memilih proses fabrikasi

Indikator TRL 4 = TERPENUHI

T

R

L

5

85.0%

(34)

23 Indikator TRL 6 No 0 1 2 3 4 5 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x S 0 0 0 0 3 2 S Indikator TRL 7 No 0 1 2 3 4 5 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x S 0 0 0 0 5 0 S S atau % terpenuhinya ►

T

R

L

6

Kondisi lingkungan operasi sesungguhnya telah diketahui

Kebutuhan investasi untuk peralatan dan proses pabrikasi teridentifikasi.

Dilakukan pengujian kinerja sistem teknologi pada lingkungan operasi, dan hasil pengujian telah diterima dan disetujui

Prototipe telah teruji dengan akurasi/ fidelitas yang tinggi pada lingkungan operasional (yang sebenarnya di luar laboratorium)

Hasil Uji membuktikan layak secara teknis (engineering feasibility)

88.0%

T

R

L

7

80.0%

Indikator TRL 7 = TERPENUHI

Pembesaran skala (scale-up) dari prototype telah selesai dilakukan dan telah didemonstrasikan pada simulasi lingkungan operasional Perhitungan perkiraan biaya telah divalidasi (design to cost)

Proses fabrikasi secara umum telah dipahami dengan baik

Perencanaan produksi telah dibuat dan persiapan untuk produksi awal Siap untuk produksi awal (Low Rate Initial Production- LRIP)

(35)

24 Indikator TRL 8 No 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 S 0 0 0 0 0 0 S Indikator TRL 9 No 0 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6 7 8 S 0 0 0 0 0 0 S

Sistem memenuhi kualifikasi melalui test dan evaluasi Siap untuk tahap manufakturing

T

R

L

8

Bentuk, kesesuaian dan fungsi komponen kompatibel dengan sistem operasi Proses fabrikasi diujicobakan pada skala percontohan (pilot-line atau LRIP) Uji proses fabrikasi menunjukkan hasil dan tingkat kinerja yang dapat diterima

0.0%

Indikator TRL 8 = _{TIDAK TERPENUHI}

T

R

L

9

TRL yang dicapai adalah = TRL tertinggi yang indikatornya terpenuhi Konsep operasional telah benar-benar dapat diterapkan

Perkiraan investasi teknologi sudah dibuat Tidak ada perubahan desain yg signifikan. Teknologi telah teruji pada kondisi sebenarnya

TRL yang tercapai adalah =

7

0.0%

Indikator TRL 9 = _{TIDAK TERPENUHI}

Estimasi harga produksi dibandingkan kompetitor Teknologi kompetitor diketahui

Produktivitas telah stabil

(36)

25

BAB V

PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari hasil penelitian dan pengukuran tingkat kesiapan teknologi (TKT) dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. LPG kemasan 12 kg dapat diterapkan dengan baik pada kendaraan konvensional melalui sistem bi-fuel, kendaraan dapat dioperasikan dengan bensin dan LPG secara bergantian.

2. Sirkuit De-ignition fuel cut off berhasil dikembangkan sebagai inovasi teknologi untuk rangkaian pengaman pada kendaraan LPG.

3. Dari hasil pengukuran Tingkat kesiapan Teknologi (TKT), pemanfaatan LPG kemasan 12 kg untuk bahan bakar kendaraan dan penerapan sirkuit de-ignition fuel cut off telah mencapai level 7, ini berarti secara teknis dapat dikembangkan dengan resiko yang rendah.

B. Saran dan rekomendasi

1. Perlu riset lanjutan untuk menguji unjuk kerja mesin yang meliputi uji torsi, daya, kan konsumsi bahan bakar di Balai Termodinamika, Motor, dan Propulsi (BTMP) PUSPITEK.

2. Perlu kerjasama antara inovator teknologi, pemangku kebijakan, dan lembaga intermediasi untuk pengembangan lebih lanjut.

(37)

27

DAFTAR PUSTAKA

Brenda Brevitt, 2002, Alternative Vehicle Fuels, Science Environment Section, House of Commons Library, Research Paper 02/11.

ETSAP, 2010, Automotive LPG and Natural Gas Engines, Technology Brief T03 – April 2010 -

www.etsap.org

ETSAP, 2009, Liquid Petroleum Gas and Natural Gas Internal Combustion Engines, Technology Brief T03 – june 2009 - www.etsap.org

R.R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena,2009, Comparative Emission Analysis of Gasoline/LPG

Automotive Bifuel Engine, International Journal of Civil and Environmental Engineering

1:4 2009.

M.A. Ceviz_, F. Yu¨ ksel, 2005, Cyclic variations on LPG and gasoline-fuelled lean burn SI

engine, Renewable Energi 31 (2006) 1950–1960

Willard W. Pulkrabek, 1985, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, new jersey.

Tri Agung Rohmat dan Harwin Saptoadi, 2003, Pengaruh Waktu Penyalaan Terhadap Kinerja

Spark-Ignition Engine Berbahan Bakar LPG, Media Teknik No.3 Tahun XXV edisi

Agustus 2003ISSN 0216-3012.

Mieczysław Dziubiński et.al, 2007, Testing Of An Ignition System In A Car Run On Various

Fuels, Teka Kom. Mot. Energ. Roln. - OL PAN, 2007, 7, 97–104

Kazimierz Lejda, Artur Jaworski, 2008, Influence of liquid LPG injection pressure on the

injection control, TEKA Kom. Mot. Energ. Roln. – OL PAN, 2008, 8, 141–148

Tasik T et.al, 2011, Gasoline and LPG Exhaust Emissions Comparation,Advances in Production Engineering and Managemant, 6(2011)2,87-94, ISSN 1854-6250

Saulius Mockus et.al, 2006, Analysis Of Exhaust Gas Composition Of Internal Combustion

Engines Using Liquefied Petroleum Gas, Journal Of Environmental Engineering And Landscape Management 2006, Vol XIV, No 1, 16–22

R K Mandloi and A Rehman, 2010, Long Term Continuous Use Of Auto- LPG Causes Thermal Pitting In Automotive S.I. Engine Parts, International Journal of Engineering Science and Technology Vol. 2(10), 2010, 5907-5911

Shankar K. S and Mohanan P, 2011, MPFI Gasoline Engine Combustion, Performance And

Emission Characteristics With LPG Injection, International Journal Of Energi And

Environment Volume 2, Issue 4, 2011 pp.761-770

Arwanto, dkk, 2012, Panduan Penyusunan Tingkat Kesiapan Teknologi Tekno-meter, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, ISBN 978-602-9119-05-3