120 Seminar Nasional Teknik Mesin UKI 2018
Tema :“ Penerapan Inovasi Energi Alternatif dan Material dalam Dunia Kewirausahaan”
Analisis Pembakaran Campuran Bensin dan Octane Booster pada Mesin Bensin Empat Langkah
Ainul Ghurri1*, I Made Astika2, Pande Gede Ganda Kusuma3
1,2,3 Program Studi Teknik Mesin FT Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Bali, 80361 INDONESIA
Intisari— Salah satu produk aditif yang tersedia secara komersial untuk meningkatkan angka Oktan bahan bakar kendaraan adalah octane booster. Aditif ini digunakan dengan mencampurkannya ke dalam bahan bakar bensin sehingga angka Oktan campuran menjadi lebih tinggi, dan menjadi lebih memenuhi syarat untuk digunakan pada mesin berkompresi tinggi, dibandingkan bahan bakar murni tanpa campuran octane booster tersebut. Penggunaan octane booster ini merupakan salah satu alternatif yang ditawarkan untuk meningkatkan kinerja mesin, sehingga perlu diuji kebenarannya. Pengujian dilakukan dilakukan menggunakan mesin bensin empat langkah berkapasitas 2000 cc dengan rasio kompresi 10 dalam kondisi stasioner (tidak bergerak). Bahan bakar yang digunakan adalah Premium RON 88 dicampur dengan 10% dan 20% octane booster berbasis volume; dan Pertalite RON 90 dicampur dengan 5% dan 10% octane booster; dengan asumsi mesin dengan rasio kompresi 10 tersebut membutuhkan RON sekitar 92-94. Pengujian dilakukan dengan putaran mesin 1000 sampai 5000 rpm dengan interval 500 rpm. Analisis pembakaran dilakukan berdasarkan data equivalence ratio dan kandungan emisi yang terukur pada gas buang. Hasil pengujian menunjukkan bahwa penambahan octane booster menghasilkan pembakaran yang baik, diindikasikan dengan nilai equivalence ratio yang cenderung stoikiometris, dan terjadinya penurunan kandungan CO dan HC. Analisis yang lebih detail menunjukkan bahwa campuran bahan bakar Premium dengan 20% Octane booster dan Pertalite dengan 5% Octane booster menghasilkan pembakaran yang cenderung miskin, CO dan HC lebih rendah, dan dengan demikian bisa dianggap layak digunakan; sedang 2 campuran yang lain menghasilkan campuran udara-bahan bakar yang cenderung kaya. Hasil pengujian campuran Premium dengan 10% Octane booster menunjukkan tipikal pembakaran bahan bakar bensin dengan Oktan yang lebih rendah dari yang dibutuhkan mesin; sebaliknya Pertalite dan 10%
Octane booster menunjukkan tipikal pembakaran bahan bakar bensin dengan Oktan yang lebih tinggi dari yang dibutuhkan mesin.
Kata kunci— Octane booster, equivalence ratio, campuran bahan bakar, gas buang.
Abstract— Octane booster is one of commercial additive to increase gasoline's octane number. This additive is mixed in gasoline fuel resulted in higher octane number to be more suitable with high compression ratio engine. This paper reported a combustion analysis in 2000 cc 4 strokes gasoline engine with compression ratio 10. The engine used the blends of Premium RON 88 with 10% and 20%
octane booster by volume; and the blends of Pertalite RON 90 with 5% and 10% octane booster, respectively. It was assumed that the engine with compression ratio 10 needed fuel with RON around 92-94. The experimental was conducted with engine speed from 1000 to 5000 rpm with interval 500 rpm. The combustion analysis was then carried out based on the equivalence ratio and emission content in the exhaust gas. The results showed that the adding of octane booster improve the combustion, indicated by the stoichiometric value of the equivalence ratio, and the decrease of CO and HC with engine speed. An analysis at narrower equivalence ratio showed that the mixture of Premium RON 88 with 20% Octane booster and Pertalite RON 90 with 5% Octane booster resulted in the lean mixture, lower CO and HC, and then this could be recommended to be used. The 2 other mixtures showed an indication of a rich mixture. The exhaust gas of Premium with 10% Octane booster showed a typical of combustion on gasoline engine with Octane number lower than required, and on the other hand, those of Pertalite with 10% Octane booster showed a typical of combustion on gasoline engine with Octane number higher than required.
Keywords— Octane booster, equivalence ratio, fuel mixture, combustion.
I. PENDAHULUAN
Populasi kendaraan di seluruh bagian negara Indonesia selalu meningkat dari tahun ke tahun, baik roda dua, roda empat maupun yang lebih. Kendaraan penumpang pribadi tersedia dalam berbagai jenis, berbagai kapasitas mesin, dan rasio kompresi yang berbeda, dan ragam spesifikasi lainnya.
Demikian juga dari sisi ketersediaan bahan bakar. Untuk bahan bakar mesin bensin, saat ini tersedia 4 jenis bahan bakar dengan kandungan Oktan yang berbeda-beda, yaitu Premium, Pertalite, Pertamax dan Pertamax Turbo.
Di satu sisi ketersediaan bahan bakar yang bervariasi memungkinkan masyarakat pengguna untuk memilih bahan bakar sesuai yang dibutuhkan mesin, namun di sisi lain juga
bisa ’menjerumuskan’ karena pemilihan bahan bakar sangat erat dengan spesifikasi mesin yang digunakan, sehingga dibutuhkan pengetahuan yang cukup tentang bahan bakar dan mesin.
Selain variasi bahan bakar tersebut, di pasar komersial juga tersedia produk aditif bahan bakar yang ditujukan untuk meningkatkan kualitas bahan bakar. Salah satunya adalah Octane booster yang menurut deskripsi produknya bermanfaat meningkatkan angka Oktan bahan bakar. Makalah ini melaporkan pengujian Octane booster yang dicampurkan ke dalam bahan bakar yang tersedia di pasaran dan efeknya terhadap gas uang hasil pembakaran. Selanjutnya berdasarkan beberapa parameter gas buang dilakukan analisis terhadap pembakaran yang terjadi di ruang bakar. Pemilihan bahan
121 Seminar Nasional Teknik Mesin UKI 2018
Tema :“ Penerapan Inovasi Energi Alternatif dan Material dalam Dunia Kewirausahaan”
bakar dan jumlah campuran Ocane booster-nya, dilakukan sesuai rekomendasi produk Octane booster yang digunakan, dan semata ditujukan untuk menguji apakah produk aditif Octane booster tersebut dapat bekerja sebagaimana yang diinformasikan.
II. METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian dilaksanakan secara eksperimental dengan skematik penelitian seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.
Sebuah mesin bensin empat langkah berkapasitas 2000 cc dijalankan dengan rentang kecepatan mesin dari 1000 – 5000 rpm; menggunakan bahan bakar campuran bensin Premium dan Octane booster (10% dan 20% Octane booster); dan campuran Pertalite-Octane booster (5% dan 10% Octane booster), dengan prosentase Octane booster berbasis volume.
Penambahan Octane booster ditujukan untuk meningkatkan angka Oktan sebesar 2-4 poin. Angka ini merupakan estimasi berdasarkan deskripsi yang tertera pada kemasan produk Octane booster.
Sampel gas buang selama pengujian dialirkan menuju exhaust gas analyser dan selanjutnya dilakukan pencatatan data melalui komputer atau secara manual melalui display yang ditunjukkan exhaust gas analyser. Analisis pembakaran dilakukan berdasar data gas buang yang diperoleh melalui exhaust gas analyser.
Gambar 1. Skematik pelaksanaan uji gas buang
Mesin yang digunakan ditampilkan dalam Gambar 2, dengan spesifikasi sebagai berikut:
§ Merk: Hyundai
§ Type / Tipe: DOHC
§ Cylinder / Silinder: 4
§ Displacement/ isi silinder (cc): 1997
§ Compression Ratio / Rasio Kompresi: 10.0:1
§ Max. Power (hp/rpm): 132/5750
§ Max. Torque (Nm/rpm): 172 Nm/4600
§ Fuel System: INJECTION
§ Fuel Type: Petrol
Alat uji gas buang yang digunakan adalah Stargas 898 produksi Tecnotest, seperti dalam Gambar 3.
Gambar 2. Mesin uji Hyundai
Gambar 3. Alat uji gas buang
Octane Booster yang digunakan adalah NOS octane booster yang berbasis MMT [methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl, (CH3C5H4)Mn(CO3)], dengan unsur karbon yang cukup banyak.
III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian diuraikan secara berturut-turut berkaitan dengan nilai equivalence ratio ( l), emisi CO dan CO2, serta kandungan HC yang tidak terbakar.
Gambar 4 menunjukkan grafik equivalence ratio pada semua campuran bahan bakar yang diuji dengan variasi putaran mesin. Secara umum dapat dikatakan bahwa mesin merespon dengan baik variasi bahan bakar yang digunakan, ditunjukkan dengan nilai equivalence ratio (l) yang berkisar antara 0.9 dan 1.1 yang menyatakan kondisi pembakaran yang stoikiometris. Jika digunakan rentang yang lebih ketat untuk pembakaran stoikiometris, yaitu nilai l antara 0.98 dan 1.02 (sebagaimana rekomendasi pabrikan alat uji gas buang yang digunakan), maka campuran bahan bakar Premium dengan 20%
Octane booster dan Pertalite dengan 5% Octane booster cenderung mengarah pada kondisi pembakaran campuran miskin, dan sebaliknya campuran bahan bakar Premium dengan 10% Octane booster dan Pertalite dengan 10% Octane booster mengarah pada kondisi pembakaran campuran kaya.
Mesin uji
Exhaust gas analyzer
Pencatatan data
122 Seminar Nasional Teknik Mesin UKI 2018
Tema :“ Penerapan Inovasi Energi Alternatif dan Material dalam Dunia Kewirausahaan”
Gambar 4. Equivalence ratio pengujian
Gambar 5 dan 6 menunjukkan grafik kandungan CO dan CO2 dalam gas buang. CO mewakili kondisi pembakaran yang tidak sempurna, sedangkan CO2 menunjukkan pembakaran yang terjadi secara tuntas mengoksidasi Carbon dalam bahan bakar. Kedua grafik menunjukkan bahwa pada sebagian besar kondisi pengujian kadar CO yang rendah dan CO2 yang tinggi dihasilkan oleh campuran bahan bakar Premium dengan 20%
Octane booster dan Pertalite dengan 5% Octane booster. Hal ini menunjukkan adanya pengaruh sifat atau karakteristik bahan bakar terhadap proses pembakaran, meskipun secara umum semua bahan bakar itu dibakar dalam kondisi yang mendekati stoikiometris.
Gambar 5. Kadar CO dalam gas buang
Gambar 6. Kadar CO2 dalam gas buang
Gambar 7. Kandungan HC dalam gas buang
Gambar 7 menunjukkan kadar HC yang tidak terbakar di dalam gas buang. Sebagaimana terlihat dalam Gambar 7, kandungan HC yang lebih rendah sebagian besar ditunjukkan oleh campuran bahan bakar Premium dengan 20% Octane booster dan Pertalite dengan 5% Octane booster.
Berdasarkan hasil-hasil di atas, hasil pengujian dirangkum seperti Tabel 1 di bawah ini.
Tabel 1. Rangkuman hasil pengujian
No. Bahan bakar Hasil
1. Premium + 10% OB
~Campuran kaya, CO tinggi, HC tinggi
2. Premium + 20% OB
~Campuran miskin, CO rendah, HC rendah
3. Pertalite + 5% OB
~Campuran miskin, CO rendah, HC rendah
4. Pertalite + 10% OB
~Campuran kaya, CO tinggi, HC tinggi
Interpretasi hasil yang ditunjukkan dalam Tabel 1, dapat digunakan untuk menganalisis pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar. Mesin uji yang digunakan memiliki rasio kompresi 10 dengan rekomendasi bahan bakar dengan angka Oktan 92. Octane booster digunakan untuk menaikkan angka Oktan bahan bakar supaya sesuai seperti yang dibutuhkan mesin. Secara umum, kondisi pembakaran yang ideal
123 Seminar Nasional Teknik Mesin UKI 2018
Tema :“ Penerapan Inovasi Energi Alternatif dan Material dalam Dunia Kewirausahaan”
stoikiometris dengan CO dan HC rendah tidak diperoleh dari campuran bahan bakar yang diuji. Pembakaran yang ideal stoikiometris menghasilkan CO dan HC rendah, temperatur gas buang rendah, daya tinggi dan konsumsi bahan bakar yang rendah (namun lebih tinggi dari pembakaran dalam kondisi miskin). Hasil terbaik yang diperoleh adalah kondisi pembakaran miskin dalam tingkat yang masih diterima, yaitu campuran bahan bakar no. 2 dan 3.
Hasil yang ditunjukkan oleh campuran bahan bakar No. 1, yaitu Premium dengan angka Oktan 88 ditambah 10% OB merupakan tipikal pembakaran pada mesin dengan Oktan bahan bakar lebih rendah dari yang diperlukan oleh mesin.
Pembakaran dengan Oktan rendah bisa menghasilkan auto ignition, daya rendah dan konsumsi bahan bakar tinggi, sehingga CO dan HC yang dihasilkan tinggi karena pembakaran tidak berjalan dalam kondisi yang baik. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa penambahan 10% Octane booster pada Premium belum cukup untuk meningkatkan angka Oktan yang memenuhi kebutuhan mesin ini.
Campuran bahan bakar No. 2 dan 3 merupakan tipikal pembakaran yang terjadi pada kondisi miskin, konsumsi bahan bakar paling rendah dan daya mesin yang tinggi.
Kondisi ini dapat diterima meskipun dalam pembakaran yang miskin, temperatur gas buang cenderung tinggi.
Campuran bahan bakar No. 4 menunjukkan hasil yang mirip dengan campuran bahan bakar no. 1; namun disebabkan oleh hal yang berbeda, yaitu pembakaran dengan Oktan bahan bakar yang lebih tinggi dari yang dibutuhkan. Meskipun campuran udara-bahan bakar tidak ekstrem kaya, tapi Oktan yang terlalu tinggi (dari yang dibutuhkan) mengakibatkan pembakaran terjadi secara lebih lambat, sehingga pembakaran belum selesai saat katup buang sudah terbuka. Hal ini mengakibatkan nilai CO dan HC tinggi, dan konsumsi bahan bakar juga tinggi.
Selain hasil-hasil tersebut, terdapat beberapa data yang sulit diinterpretasikan terutama pada putaran mesin rendah atau sangat tinggi. Hal ini memerlukan penelitian lebih lanjut dengan pengujian pendahuluan sifat bahan bakar campuran, maupun dengan pengamatan data yang lebih luas (misalnya juga mengukur daya mesin dan konsumsi bahan bakar).
IV. KESIMPULAN
Pengujian campuran bahan bakar bensing dengan Octane booster telah dilakukan menggunakan mesin bensin 2000 cc berasio kompresi 10 pada kecepatan putaran mesin 1000 sapai 5000 rpm. Pengujian dilakukan untuk menguji efek Octane booster terhadap kualitas bahan bakar, terhadap gas buang yang dihasilkan kemudian dilakukan analisis terhadap pembakaran yang terjadi. Secara keseluruhan pengujian menghasilkan campuran bahan bakar yang stoikiometris, namun pengamatan rentang sempit menghasilkan analisis yang lebih detail dan bermakna. Pengujian campuran Premium RON 88 dan 10% Octane booster menghasilkan tipikal pembakaran pada mesin bensin dengan Oktan bahan bakar lebih rendah dari yang diperlukan mesin, yaitu pembakaran campura kaya, CO dan HC tinggi. Campuran
Octane booster 10% pada Pertalite RON 90 juga menghasilkan hasil yang serupa, namun lebih disebabkan Oktan terlalu tinggi dari yang dibutuhkan. Sedangkan campuran Premium dengan 20% Octane booster dan Pertalite dengan 5% Octane booster, menghasilkan kondisi yang bisa diterima yaitu campuran miskin, CO dan HC rendah.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Koordinator Program Studi Teknik Mesin, Universitas Udayana yang telah mengijinkan penggunaan fasilitas Laboratorium Pembakaran dan Mesin Pembakaran Dalam untuk penelitian ini.
REFERENSI
[11] Ganesan, V., Internal Combustion Engine, 2nd edition, McGraw Hiil, Singapore, 2004.
[12] Maleeve, V.L., Internal Combustion Engine, McGraw Hiil, Singapore, 1995.
[13] John Heywood, Internal Combustion Engine Fundamentals, McGraw Hill, 1988.
[14] Saud Binjuwair, Taib Iskandar Moh., AhmedAlmaleki, Abdullah Alkudsi, Ibrahim Alshunaifi, The effects of research octane number and fuel systems on the performance and emissions of a spark ignition engine: A study on Saudi Arabian RON91 and RON95 with port injection and direct injection systems, Fuel 158 (2015) 351-360.
[15] Chongming Wang, Arjun Prakash, Allen Aradi, Roger Cracknell, Hongming Xu, Significance of RON and MON to a modern DISI engine, Fuel 2009 (2017) 172-183.
[16] Cenk Sayin, The impact of varying spark timing at different octane numbers on the performance and emission characteristcs in a gasoline engine, Fuel 97 (2012) 856-861.
[17] Cenk Sayin, Ibrahim Kilicaslan, Mustafa Canakci, Necati Ozsezen, An experimental study of the effect of octane number higher than engine requirement on the engine performance and emissions, Applied thermal engineering 25 (2005) 1315-1324.
