Performance Test of Gasoline Engine (On Chassis) by Use Mixed Premium and Ethanol

(1)

194 Uji Performansi Motor Bakar Bensin – Agrariksa F.A., dkk

Uji Performansi Motor bakar Bensin (

On Chassis

)

Menggunakan Campuran Premium dan Etanol

Fintas Afan Agrariksa, Bambang Susilo, dan Wahyunanto Agung Nugroho

Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145

ABSTRAK

Ada pendapat dari masyarakat yang menyatakan bahwa hanya dengan memakai bahan bakar premium yang ada saat ini kendaraan yang mereka miliki sudah bisa berjalan. Akan tetapi dalam penelitian ini penulis ingin mengajak masyarakat untuk lebih memahami situasi yang terjadi pada satu atau dua generasi ke depan. Tujuan dari penelitian ini adalah mengetahui pengaruh campuran bahan bakar bensin dan etanol terhadap unjuk kerja motor bakar bensin berdasarkan nilai kalor bahan bakar. Prosedur pengujian dibagi menjadi tiga tahap, yaitu: Pengujian nilai kalor bahan bakar; Pengujian motor bensin; Pengujian emisi gas buang. Pengujian menggunakan bahan pencampuran bensin dan bioetanol (0%, 5%, 15%, 25% etanol). Hasil pengujian nilai kalor bahan bakar diperoleh nilai kalor premium 11.414,453 kal/gram; campuran etanol 5% = 8905,921 kal/gram; campuran etanol 15% = 8717,552 kal/gram; campuran etanol 25% = 8358,941 kal/gram. Hasil pengujian performansi diperoleh daya tertinggi ada pada campuran 15% yaitu 9,02 kW dan mampu menghabiskan 10 ml bahan bakar dalam waktu 35,87 detik. Hasil pengujian emisi gas buang diperoleh nilai CO terendah ada pada campuran 25% etanol yaitu 0,85% volume udara; nilai CO2

tertinggi ada pada campuran 25% etanol yaitu 10,6% volume udara.

Kata Kunci: Etanol, Oktan, Bom Kalorimeter, Hofman Dynatest

Performance Test of Gasoline Engine (On Chassis) by Use

Mixed Premium and Ethanol

ABSTRACT

There are opinions from people who claim that only by using premium fuel existing vehicles that they have been able to walk. However, in this study the author would like to invite the public to better understand the situation that occurs in one or two generations ahead. The purpose of this study was to determine the effect of a mixture of gasoline and ethanol to gasoline combustion engine performance based on fuel heating value. The testing procedure is divided into three stages, namely: Testing calorific value of the fuel; testing gasoline motors; Testing of exhaust emissions. The tests would using the material mixing gasoline and ethanol (0%, 5%, 15%, 25% ethanol). The test results obtained calorific value fuel heating value premium 11414.453 cal / gram; 5% ethanol blend = 8905.921 cal / gram; mixture of 15% ethanol = 8717.552 cal / gram; mixture of 25% ethanol cal = 8358.941 / gram. Performance testing results obtained supreme power is in a mixture of 15% ie 9.02 kW and able to spend 10 ml of fuel in 35.87 seconds. Exhaust emissions test results obtained by the value of the lowest CO exist in a mixture of 25% ethanol is 0.85% by volume of air; highest CO2 value is in a mixture of 25% ethanol is 10.6%

by volume of air.

(2)

PENDAHULUAN

Etanol merupakan sumber energi yang dapat diperbaharui. Sebagai salah satu bahan bakar, etanol bisa dihasilkan dari fermentasi glukosa yang bisa didapatkan dari tanaman-tanaman yang banyak mengandung karbohidrat. Termasuk bahan dari selulosa meskipun membutuhkan langkah awal untuk dapat merubah struktur karbonnya menjadi karbohidrat.

Nilai oktan etanol yang lebih tinggi meningkatkan rasio kompresi mesin dan juga meningkatkan efisiensi termal. Dalam sebuah studi, kontrol mesin yang kompleks ditambah sirkulasi ulang pipa gas buang yang ditingkatkan bisa meningkatkan rasio kompresi sampai 19,5 dengan bahan bakarnya etanol murni sampai E50. Hal ini nantinya akan menghasilkan ekonomi bahan bakar mobil etanol sama dengan ekonomi bahan bakar mobil bensin (Brusstar, 2008). Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian motor bensin dengan menggunakan campuran bahan bakar premium dan etanol dengan memanfaatkan secara maksimal peralatan laboratorium yang memadai.

BAHAN DAN METODE

Bahan

Bahan yang menjadi obyek pengujian adalah bensin jenis premium dari pertamina dan ethanol hidrat 96% dengan komposisi campuran (0%, 5%, 15%, 25% etanol).

Alat

Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari: Mesin otto 4-langkah 1-silinder merk Yamaha Vega R-110 3S0/4D7; Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar; Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji multi gas analizer;Alat bantu perbengkelan;

Pipette fuel consumption; Hofmann Dynatest, untuk mengukur torsi motor dalam keadaan on chassis.

Metode

Pengujian nilai kalor bahan bakar menggunakan metode standard benzoid. Yaitu pengujian dibagi menjadi dua langkah; yang pertama menentukan standard benzoid dengan mencari nilai kalor rata-rata benzoid, kedua menguji nilai kalor bahan bakar yang akan diuji tanpa melakukan pengulangan. Sehingga bisa dimasukkan ke dalam rumus:

EE = 6318 x Massa Benzoit ………...(1) ( Selisih Suhu)

Nilai Kalor=(EEx∆T)–(Acid)–(Fulse)….(2) Massa bahan

Pengujian performansi motor bensin dilakukan pada 2 variasi putaran mesin yaitu 2000 dan 3000 rpm. Untuk pengujian performansi motor bensin menggunakan rangkaian alat Hofmann Dynatest yang terdiri dari:

 Roller set sensor dengan diameter 1 m berfungsi sebagai pembebanan roda belakang

 Panel power sebagai pengatur sumber tegangan

 Klem hidrolik untuk menjepit roda depan motor

 Blower sebagai pengganti fungsi pendingin udara

 Seperangkat komputer dilengkapi dengan pemrograman HofmannDynatest Program untuk menampilkan hasil pengujian

 Port Magnetic Tachometer sebagai sensor pengukur rpm

 IR Remote control untuk menyalakan blower.

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO, CO2, HC, O2 dan NOx yang

(3)

dilakukan pada putaran idle berdasarkan SNI 19-7118.3-2005. Pengujian emsi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat multi gas analizer.

Gambar 1. Skema pengujian performansi motor bensin on chassis

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (suhu awal dan suhu akhir)

yang telah diperoleh pada pengujian “bom kalorimeter” selanjutnya digunakan untuk

menghitung nilai kalor bahan bakar dengan persamaan (2). Pada pengujian pertam

a bahan

bakar premium diperoleh d

ata temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan nilai kalor bahan bakar campuran premium dan etanol 0%, 5%, 15%, 25% dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini:

Tabel 1. Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter

Campuran

Hasil pengolahan data pengujian motor bensin empat langkah dibuat dalam bentuk grafik hubungan. Data hasil yang didapat merupakan data hasil yang terbaik dari pengujian yang sudah dilakukan.

Daya Mesin dan Daya Roda

(4)

Gambar 2. Grafik hubungan antara jumlah campuran etanol dengan daya mesin

Gambar 3. Grafik hubungan antara jumlah campuran etanol dengan daya roda

Pada Gambar 2 dapat dilihat bahwa daya tertinggi yang mampu dihasilkan mesin ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan daya terendah ada pada campuran etanol 25% dan pada putaran input 2000rpm. Hal yang sama juga dapat dilihat pada Gambar 3 menunjukkan bahwa daya tertinggi yang dihasilkan melalui roda ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan daya terendah roda ada pada campuran 25% dan pada putaran input 2000rpm.

Adanya peningkatan daya tersebut terjadi karena adanya penambahan oktan pada premium setelah ditambahkan etanol. Oleh karena oktan yang tinggi dapat meningkatkan rasio kompresi, maka ketika mesin bekerja terjadi efisiensi termal (Brusstar, 2008). Yaitu kemampuan etanol meredam temperatur pembakaran yang dibutuhkan oleh mesin agar bisa mengeluarkan daya optimal. Dan puncak efisiensi terjadi pada campuran premium dan etanol 15%, sehingga menghasilkan daya mesin 9,02 kW dan pada daya keluaran roda sebesar 7,23 kW. Sedangkan penurunan daya yang terjadi pada campuran 25% lebih disebabkan adanya kelebihan kadar air pada campuran bahan bakar. Namun pada dasarnya hasil yang ada pada grafik tidak banyak menunjukkan perbedaan yang mencolok. Yang artinya penambahan etanol pada bahan bakar premium tidak banyak mempengaruhi kemampuan motor bensin.

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

(5)

Gambar 4. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan waktu menghabiskan bahan bakar 10 ml

Gambar 5. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan konsumsi bahan bakar

Gambar 6. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan konsumsi bahan bakar spesifik

Pada Gambar 4 dapat dilihat bahwa waktu terlama motor bensin dalam menghabiskan 10 ml bahan bakar ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan waktu paling singkat motor bensin dalam menghabiskan 10 ml bahan bakar ada pada campuran etanol 0% atau premium murni dan pada putaran input 2000rpm. Sementara hal berbeda dapat dilihat pada Gambar 5 dan Gambar 6 menunjukkan bahwa nilai tertinggi konsumsi bahan bakar maupun konsumsi bahan bakar spesifiknya ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000rpm. Sedangkan nilai konsumsi bahan bakar dan konsumsi bahan bakar spesifik terendah ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000 rpm.

(6)

melebihi suhu yang dibutuhkan menjadi berkurang. Sehingga kerja mesin semakin irit bahan bakar.

Efisiensi Termal Efektif (pada Mesin)

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan efisiensi efektif pada putaran input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 7 berikut ini:

Gambar 7. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan efisiensi efektif

Pada Gambar 7 dapat dilihat bahwa efisiensi efektif tertinggi yang mampu dihasilkan mesin ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan efisiensi efektif terendah yang dihasilkan mesin ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000rpm.

Tingginya nilai efisiensi efektif pada campuran premium dan etanol 15% disebabkan oleh nilai oktan yang tinggi sehingga bahan bakar dapat terbakar sempurna (Firman,2007). Sehingga dapat menghasilkan daya efektif yang tinggi pula. Sedangkan pada campuran etanol 0% atau premium murni yang memiliki oktan rendah, terjadi detonasi pada proses pembakaran. Sehingga daya efektif yang dihasilkan lebih kecil. Sementara pada campuran premium dan etanol 25%, kandungan air yang mencapai 1% menghasilkan timbunan uap air berlebih pada mesin. Sehingga dapat menurunkan nilai kalor hasil pembakaran.

Efisiensi Termal Brake (pada Roda)

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan efisiensi termal brake pada roda pada putaran input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 8. Di sini karena beban pengereman pengujian on chassis ada di roda maka digunakan daya roda sebagai perhitungannya. Pada Gambar 8 dapat dilihat bahwa efisiensi pengereman tertinggi yang mampu dihasilkan mesin ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan efisiensi pengereman terendah yang dihasilkan mesin ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000 rpm.

(7)

Pengujian Emisi Gas Buang

Hasil pengujian emisi gas buang pada motor bensin menggunakan alat multi gas analizer

bertujuan untuk mengetahui nilai emisi CO(%V), CO2(%V), HC(ppm), NOx(ppm) dan

kandungan O2(%V) pada gas buang. Hasil pengujian dapat ditunjukkan melalui grafik hungan

antara campuran etanol dengan CO, CO2, HC, O2, dan NOx.

Emisi CO

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan emisi CO pada putaran input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 9 berikut ini:

Gambar 9. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan emisi CO

Pada Gambar 9 dapat dilihat bahwa emisi CO tertinggi yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000rpm. Sedangkan emisi CO terendah yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 25% dan pada kondisi idle. Hal tersebut menunjukkan bahwa semakin besar campuran etanol ke dalam premium, maka emisi CO semakin menurun (Bourne,2007). Hal ini terjadi bila proses pembakaran kurang optomal akibat dari kekuaran oksigen sehingga bahan bakar tidak terbakar sempurna (Turnip,2009). Dengan adanya penambahan etanol dapat mengoptimalkan reaksi pembakaran. Hasil reaksi pembakaran tak sempurna berupa CO berubah menjadi pembakaran sempurna yang menghasilkan CO2. Dan membuktikan bahwa etanol dapat mengurangi emisi gas buang,

setidaknya untuk zat yang lebih bersifat racun bagi lingkungan.

Emisi CO2

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan emisi CO2 pada putaran

input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 10 berikut ini:

Gambar 10. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan CO2

Pada Gambar 10 dapat dilihat bahwa emisi CO2 tertinggi yang keluar dari knalpot gas

buang ada pada campuran etanol 25% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan emisi CO2

(8)

premium, maka emisi CO2 semakin meningkat. Dalam suatu reaksi kimia premium

menghasilkan CO2 lebih banyak dari etanol. Akan tetapi energi yang dihasilkan etanol hanya

80% dari energi yang mampu dihasilkan premium (Popa, 2009). Sehingga dalam penelitian ini motor bensin yang mampu mengeluarkan daya yang hampir sama (dapat dilihat pada Gambar 11) akan menghasilkan emisi CO2 yang lebih banyak dari bahan bakar premium saja. Kecuali

pada kondisi idle yang mana pada saat tersebut motor belum mengeluarkan daya maksimal.

Emisi HC

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan emisi HC pada putaran input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 11 berikut ini:

Gambar 11. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan emisi HC

Pada Gambar 11 dapat dilihat bahwa emisi HC tertinggi yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 25% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan emisi HC terendah yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 2000rpm. Pada grafik emisi HC tersebut tidak nampak perbedaan yang begitu mencolok. Yang artinya bahwa penambahan etanol ke dalam bahan bakar premium tidak mempengaruhi tingkat emisi HC. Sementara pengaruh perbedaan jumlah HC lebih dipengaruhi oleh tingkat tenaga yang dihasilkan motor bensin. Tetapi berbeda hasilnya pada keadaan idle (mesin berputar bebas). Menurut Turnip (2009), pengaruh pencampuran bahan bakar dan udara lebih berperan besar terhadap nilai HC. Yang mana ketika terjadi campuran bahan bakar dan udara miskin (kecepatan aliran udara dan bahan bakar rendah) pada suhu pembakaran yang rendah, mengakibatkan bahan bakar tidak terbakar sempurna. Ditambah dengan etanol hidrat yang masih mengandung air. Ketika perbandingan bahan bakar dan udara tidak memenuhi kebutuhan pembakaran bahan bakar, penambahan etanol hidrat akan menghambat pembakaran. Sehingga emisi HC yang semakin meningkat pada campuran etanol menunjukkan adanya fenomena bahan bakar yang tidak bisa terbakar.

Emisi NOx

(9)

Gambar 1

2

. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan emisi NOx

Pada Gambar 1

2

dapat dilihat bahwa emisi NOx tertinggi yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 25% dan pada putaran input 2000rpm. Sedangkan emisi NOx terendah yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000rpm.

Kandungan O2 pada gas buang

Hubungan antara jumlah campuran premium dan etanol dengan kandungan O2 pada gas

buang pada putaran input 2000 dan 3000 rpm dapat dilihat pada Gambar 14 berikut ini:

Gambar 1

3

. Grafik hubungan antara campuran etanol dengan emisi O2

Pada Gambar 1

3

dapat dilihat bahwa emisi O2 tertinggi yang keluar dari knalpot gas buang

ada pada campuran etanol 15% dan pada putaran input 3000rpm. Sedangkan emisi O2 terendah

yang keluar dari knalpot gas buang ada pada campuran etanol 0% dan pada putaran input 2000rpm. Pada proses pembakaran pada suatu motor bakar lebih cenderung berlangsungnya pada campuran bahan bakar dan udara yang miskin. Yaitu adanya kelebihan udara yang bertujuan untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran. Sehingga dalam gas buang hasil pembakaran masih mengandung sisa O2. Sementara pada kondisi idle, tidak adanya tarikan gas

mengakibatkan rendahnya suplai udara ke dalam campuran bahan bakar sehingga sisa oksigen yang keluar dari knalpot gas buang menjadi sedikit.

Berdasarkan “Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006

Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Lama Pasal 3”, dijelaskan

(10)

Tabel 2. Kendaraan bermotor kategori L

Sumber:Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 5 Tahun 2006

Di sini dapat dibandingkan antara hasil pengujian emisi CO (dapat dilihat pada Gambar 18) dan emisi HC (dapat dilihat pada Gambar 11) dengan ambang batas emisi CO dan HC kendaraan bermotor (dapat dilihat pada Tabel 2). Hasil pengujian yang didapat menunjukkan bahwa nilai CO dan HC tidak melebihi ambang batas yang sudah ditentukan. Sehingga dapat dikatakan kesemua hasil pengujian emisi gas buang masih memenuhi standar nasional.

SIMPULAN

Dari penelitian yang sudah dilakukan dapat diambil kesimpulan di antaranya: Nilai kalor premium murni 11.414,453 kal/gram; campuran etanol 5% = 8905,921 kal/gram; campuran etanol 15% = 8717,552 kal/gram; campuran etanol 25% = 8358,941 kal/gram. Penambahan etanol tidak banyak mempengaruhi daya keluaran motor, akan tetapi mampu meningkatkan daya keluaran motor meskipun sedikit. Kecuali pada campuran etanol 25% yang terdapat kelebihan kadar air. Penambahan etanol menurunkan konsumsi bahan bakar dari 1,59 kg/jam menjadi 0,75 kg/jam. Sehingga bisa dikatakan dengan penambahan etanol, motor menjadi 50% lebih irit. Penambahan etanol dapat meningkatkan efisiensi daya motor terhadap energi yang mampu dihasilkan bahan bakar. Penambahan etanol mampu menciptakan pembakaran yang lebih sempurna. Pada hal ini terbukti dengan penurunan nilai emisi gas buang CO dan peningkatan emisi CO2.

DAFTAR PUSTAKA

Brusstar, M, M. Bakenhus. 2008. Economical, High-Efficiency Engine Technologies for Alcohol Fuels. Journal U. S. Environmental Protection Agency.

Nu’man dan Indra Herlamba Siregar. 2013. Performa Mesin Dan Emisi Gas Buang Motor

Bensin Berbahan Bahan Bakar LPG Dengan Penambahan Gas HHO. Jurnal Teknik Mesin Volume 01 Nomor 02 (Hal: 271-276). Surabaya:Universitas Negeri Surabaya.

Popa, Bogdan. 2009. Emissions: Gasoline vs. Diesel vs. Bioethanol. autoevolution.com. (Retrieved 27 December 2010). Diambil dari id.wikipedia.org. (Diakses tanggal 8 Mei 2013)

SNI 19-7118.3-2005

Turnip, Jekson. 2009. Pengujian dan Analisa Performansi Motor Bakar Diesel Menggunakan Biodiesel Dimethil Ester B-01 dan B-02. Medan: Skripsi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.