PERBANDINGAN EMISI GAS BUANG DAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR KENDARAAN BERMOTOR BERBAHAN BAKAR GAS PREMIUM DAN PERTAMAX

(1)

Jurnal mekanikal teknik mesin S-1, FTUP Vol. 6, No. 2 Agustus 2010

1

PERBANDINGAN EMISI GAS BUANG DAN PEMAKAIAN BAHAN BAKAR

KENDARAAN BERMOTOR BERBAHAN BAKAR GAS PREMIUM DAN

PERTAMAX

Prawoto

Balai Termodinamika, Motor dan Propulsi (BTMP)-BPPT Kawasan Puspiptek, Gd. 230, Serpong, Tangerang 15314, Banten.

e-mail:prawoto@btmp-bppt.net

ABSTRAK

Makalah ini membahas hasil studi perbandingan uji emisi gas buang dan pemakaian bahan bakar kendaraan bermotor dengan bahan bakar gas (CNG), premium dan pertamax. Studi dilakukan atas hasil pengujian secara dinamik di atas chassis dynamometer di Balai Termodinamika, Motor dan Propulsi-BPPT. Pengujian emisi sesuai standar ECE R-83 pada kondisi hot start. Hasil pengujian menunjukkan bahwa untuk kendaraan yang sama penggunaan gas akan menambah polutan gas buang CO, HC, NOx, namun menurunkan CO2. Pemakaian bahan bakar dengan gas juga cenderung lebih tinggi dibandingkan kedua jenis bahan bakar yang lain. Untuk kendaraan yang diuji, emisi CO maupun HC+NOx dengan bahan bakar pertamax masih dalam ambang batas yang ditentukan, sedangkan emisi gas buang dengan bahan bakar premium, khususnya emisi CO lebih tinggi 47% dibandingkan dengan ambang batas yang ditentukan dalam kepmen LH No. 04 tahun 2009, dan emisi gas buang dengan bahan bakar gas semua berada di atas ambang batas yang ditentukan tersebut.

Kata kunci: BBG, pemakaian bahan bakar, emisi gas buang.

PENDAHULUAN

Meningkatnya jumlah penduduk dan pertumbuhan ekonomi mengakibatkan bertambahnya kebutuhan energi nasional. Di lain pihak, semakin menipisnya sumber cadangan minyak bumi diperlukan adanya terobosan mencari sumber energi alternatif sebagai pengganti bahan bakar minyak. Salah satu energi alternative untuk sistem transportasi adalah bahan bakar gas (BBG) setara gas alam CNG.

Dalam upaya mengevaluasi aspek kinerja kendaraan dibanding dua bahan bakar konvensional premium dan pertamax maka dilakukan pengujian pemakaian bahan bakar dan emisi gas buang serta evaluasinya di Balai Termodinamika, Motor, dan Propulsi (BTMP-BPPT).

METODE DAN ALAT UJI

2.1. METODE UJI EMISI GAS BUANG ECE R-83

Uji pertama adalah uji emisi standard ECE R83-04 (EURO 2), dimana alat ujinya meliputi kendaraan, bangku uji (chassis

dynamometer) (selanjutnya disingkat CD) dan

sistem pengambilan sampel serta analisis gas buang. Dalam pengujian ini digunakan tiga jenis bahan bakar berbeda yang diurutkan sesuai urutan tesnya, yaitu: bensin premium tanpa timbal, CNG, dan Pertamax. Rangkaian alat uji secara skematis dan siklus pengujian emisi dengan metode ECE R 83 ditunjukkan dalam Gambar 1. dan Gambar 2. Proses pengujian diberikan dalam Gambar 3. Pengujian dilakukan dengan pemanasan awal kendaraan selama 40s (hot test). Alat uji dan alat ukur utama yang dipergunakan adalah sebagai berikut:

a) Dinamometer dengan Single Roll Chassis

Dynamometer 48 inch diameter.

b) Sistem pengukuran aliran dengan Constant

(2)

c) Non-Dispersive Infra Red Analyzer untuk

analisa gas CO & CO2.

2 d) Chemiluminescent Analyzer untuk analisa

gas NOx.

e) Flame Ionization Detector Analyzer untuk

analisa gas HC.

Ambient & Sample Gas Collection Bags

Raw Bench Dyno Control Ambient Air Filters CVS Sampler Turbine Exhauster Unit

Autotest Environmental & Auxiliary Input Tailpipe Sample Dilute Sample Driver Aid Fan CVS Control Unit

Light Duty Gasoline

Short Modal

Typical System Schematic

Gambar 1. Skema uji unjuk kerja dan emisi gas buang dg chassis dynamometer

Gambar 2. Siklus uji emisi dengan standar UN-ECE No. 83-04[1]. MS

Urban Drive Cycle (UDC) LP

20 40 60 80 100 120 0 ₁₉₅ ₁₉₅ ₁₉₅ ₁₉₅ ₄₀₀ Waktu LP : Lo 122 w-powered MS : Mulai sampling AS : Akhir sampling Bagian 1 Bagian 2 Kecepatan (km/h) 40 0

Siklus Uji Standar ECE No. 83-04

Extra Urban Drive Cycle

AS 40

(3)

Gambar 3. Foto rangkaian uji unjuk kerja dan emisi gas buang dg chassis dynamometer

Alat uji dan alat ukur utama yang dipergunakan adalah sebagai berikut :

f) Dinamometer dengan Single Roll

Chassis Dynamometer 48 inch diameter.

g) Sistem pengukuran aliran dengan

Constant Volume Sampling – Critical Flow Venturi.

h) Non-Dispersive Infra Red Analyzer untuk analisa gas CO & CO2.

i) Chemiluminescent Analyzer untuk

analisa gas NOx.

j) Flame Ionization Detector Analyzer

untuk analisa gas HC, dan

k) Sistem akuisisi data secara otomatis

Autotest.

Massa emisi dari gas buang yang dihasilkan dihitung dengan menggunakan persamaan sbb:

)

/

(

10

6

g

test

Ci

kH

i

Vmix

mi

=

×

ρ

×

− (1) (2.1.1) Untuk menyatakan massa emisi gas buang

dalam g/km, maka:

)

/

(

g

km

d

mi

Mi

=

(2) Dengan:

Mi : masssa emisi gas polutan i dalam g/km

mi : massa emisi gas polutan i dalam g/test

Vmix : Volume dari gas buang yang terencerkan, dinyatakan dalam liter pertest dan dikoreksi terhadap standar temperatur dan tekanan(273.2 K dan 101.33 kPa)

ρi : densitas dari gas polutan i yang dinyatakan dalam satuan gram perliter pada

temperatur dan tekanan normal (273.2 K dan 101.33 kPa)

kH : Faktor koreksi untuk kelembaban yang khusus digunakan untuk menghitung massa koreksi emisi gas buang nitrogen oksida (HC dan CO nilai kH = 1)

3 Ci : konsentrasi dari gas polutan i

dalam gas buang yang terencerkan yang dinyatakan dalam ppm dan dikoreksi dengan jumlah gas polutan i yang terdapat pada udara pengencer.

(4)

4 d : jarak yang ditempuh selama

pengetesan dalam km

2.2. METODE UJI KONSUMSI BAHAN BAKAR ECE R 101

Pengukuran konsumsi bahan bakar pada chassis dynamometer menggunakan siklus sebagaimana dijelaskan diatas (Gambar 2). Berdasar carbon balance dari hasil emisi gas buang dapat dilakukan perhitungan konsumsi bahan bakarnya yang tergantung dari jenis bahan bakar dan motor penggeraknya. Persamaan matematis untuk motor penggerak penyalaan busi untuk bahan bakar bensin dan BBG (CNG) masing – masing diberikan berikut[2]:

• Bahan bakar bensin

FC = (0,1155/D) x [(0,866 x HC) + (0,429 x CO)+(0,273 x CO2)]...(3)

• Bahan bakar Gas

FC = (0,1212/D) x [(0,825 x HC) + (0,429 x CO)+(0,273 x CO2)]...(4)

Dimana,

FC : Konsumsi bahan bakar dalam ltr/100 km

HC : Emisi HC dalam gram/km CO : Emisi CO dalam gram/km CO2 : Emisi CO2 dalam gram/km

D : Densitas bahan bakar pada suhu 15oC

HASIL DAN ANALISA HASIL PENGUJIAN

Tabel 1. Hasil Uji Emisi Gas Buang dan Pemakaian Bahan Bakar

Jenis Bahan Bakar Jenis Emisi Premium CNG Pertamax CO (g/km) 4,42 10,54 2,67 HC (g/km) 0,38 0,79 0,58 NOx (g/km) 0,06 0,45 0,09 CO2 (g/km) 1,29 1,10 1,35 Pemakaian Bahan Bakar (l/100 km) 5,90 7,91 6,01

Hasil uji emisi gas buang dengan metode ECE R-83 dan konsumsi bahan bakar dengan metode ECE R-101 diberikan pada Tabel 1 dan Gambar 4. Secara umum penggunaan CNG akan menaikkan CO, HC dan NOx, namun menurunkan CO2 dibanding dua bahan bakar konvensional yang lain (premium dan pertamax). Dengan bahan bakar gas CO dan HC bertambah lebih dari 100% terhadap premium, lebih dari 200% untuk CO dan sekitar 35% untuk HC dibandingkan dengan bahan bakar pertamax. Kenaikan lebih mencolok terjadi untuk NOx yang besarnya lebih dari 400% baik terhadap premium maupun pertamax. Perlu kita catat bahwa pengujian dilakukan terhadap kendaraan dengan standar premium tanpa modifikasi dan penyetelan ulang untuk bahan bakar gas. Pembakaran yang tidak sempurna untuk bahan bakar gas mengakibatkan tingginya emisi CO dan HC serta rendahnya emisi CO2. Emisi gas buang dengan bahan bakar pertamax lebih ramah lingkungan dibanding premium dengan indikator emisi CO dengan rasio terhadap limit sesuai KepMen LH No. 04 tahun 2009 (limit CO=2.2 g/km) yang dihasilkan jauh lebih rendah (sekitar 80%) dibandingkan akumulasi gas HC dan NOx (limit THC+NOx = 0.5 g/km)[7] yang lebih tinggi sekitar 47% dibanding premium. CO2 dan konsumsi bahan bakar kedua jenis bahan bakar ini relatif hampir sama. Sedangkan konsumsi bahan bakar dengan CNG 34% lebih besar dibanding premium dan 31% lebih besar

(5)

Gambar 4. Hasil Uji Emisi dan Konsumsi Bahan Bakar dengan Siklus R-83 dan R-101 (Combined Cycle).

III. KESIMPULAN

Dari hasil pengujian dapat diambil beberapa kesimpulan berikut:

a. Penggunaan CNG tanpa penyetelan ulang kendaraan akan meningkatkan kadar gas buang (CO, HC, NOx kecuali CO2) dan konsumsi bahan bakar.

b. Untuk kendaraan yang diuji dengan pertamax relatif lebih ramah lingkungan dibanding premium dan CNG dengan konsumsi bahan bakar yang realatif sama. c. Dengan pengaturan sistem pemasukan

bahan bakar yang lebih baik, maka penggunaan bahan bakar gas akan mengurangi dampak terhadap lingkungan, karena tingkat emisi CO2 yang lebih rendah dibandingkan kedua jenis bahan bakar yang lain. Hal ini normal mengingat rangkaian karbon CNG lebih pendek.

d. Untuk memperbaiki emisi CO, HC dan NOx dengan bahan bakar CNG diperlukan sistem pencampuran udara-bahan bakar yang lebih baik.

IV. DAFTAR PUSTAKA

[1] Anonim, UN ECE No. R-83-04, 2000. [2] Anonim, UN ECE No. R-101, 2000. [3] Bosch Robert, 2007, Automotive

[4] Prawoto, L. Shalahuddin dan Hari Sumartono, 2006, Karakteristik Unjuk

Kerja Motor Diesel Injeksi Langsung Berbahan Bakar Ganda CNG-Solar

Jurnal Ilmiah Teknik Mesin, Vol. 8 No. 2, Mei 2006.

[5] Fajar Rizqon, 2002, Studi Tentang

Perkembangan Penggunaan Bahan Bakar Gas (BBG) pada Kendaraan Bermotor Tahun, Laporan teknis

BTMP-BPPT.

[6] Heywood John B. 1988, Internal

Combustion Engine Fundamentals.

McGraw Hill International Editions.

[7] KepMen LH No. 04 Tahun 2009 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Tipe Baru.