TESIS
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN
BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA
MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL
ARIS BUDI SULISTYO
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
i
TESIS
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR
SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR
SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin,
Program Pascasarjana Universitas Udayana
ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006
PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
iii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI
PADA TANGGAL : 04 JUNI 2016
Mengetahui
Pembimbing II,
Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. NIP. 19660222 199103 1 002 Pembimbing I,
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 002
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 002
Direktur Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji pada
Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Tanggal : 04 Juni 2016
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : 2304/UN 14. /HK/2016
Tanggal : 04 Juni 2016
Panitia Penguji Tesis adalah :
Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Sekretaris : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D.
Anggota :
1.Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT
v
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
NAMA : ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006
PROGRAM STUDI : PASCASARJANA TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA
JUDUL TESIS :
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan Perundang – undangan yang berlaku
Denpasar, 04 Juni 2016 Yang menyatakan
ARIS BUDI SULISTYO
UCAPAN TERIMA KASIH
Assalamualaikum Wr.Wb,
Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar LGV Terhadap Daya, Torsi, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dan Emisi Gas Buang Pada Mobil Dengan Transmisi Manual.Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Rektor Universitas Udayana Prof. DR. Dr Ketut Suastika, Sp.PD, KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang telah diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana.
2. Prof. DR. Dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana.
3. Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, selaku Pembimbing I dan Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin yang telah memberikan ide dan gagasan dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis mengikuti perkuliahan di Program Magister ini.
4. Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. selaku Pembimbing II dan Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan kesabarannya telah memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis.
vii
6. Segenap Tim Sekertariat dan Tata Usaha Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana.
7. Rekan-rekan mahasiswa Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana angkatan tahun 2014, yang telah memberikan dukungan dan kerjasamanya dalam penyelesaian Tesis ini.
8. Ayahanda Sugiyamto, Ibunda tercinta Enie Sri Lestari, saudara tersayang Aditya, Andika dan Ayu, atasan langsung Panji Firdaus, SE, M.Si, serta calon istri terkasih Anissa Wulan Cahaya, S.SiT yang turut memberikan dukungan yang luar biasa kepada penulis, serta seluruh pihak yang turut memberikan dukungan yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa apa yang dipaparkan dalam tesis ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari isi permasalahan, analisis, penyusunan maupun teknik penulisan. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penulis miliki, untuk itu penulis memohon kritik dan saran dari para pembaca guna mewujudkan karya tulis yang lebih baik di kemudian hari. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
ABSTRAK
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
Meningkatnya laju pertumbuhan perekonomian masyarakat Indonesia menyebabkan kebutuhan masyarakat juga semakin tinggi. Salah satunya adalah dalam bidang sarana transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG). Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual.
Metode Analisis data yang digunakan pada penelitian adalah ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13.
Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin. Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi.
ix
ABSTRACT
THE EFFECT OF UTILIZATION OF LGV FUEL TOWARD THE TORQUE, POWER, SPECIFIC FUEL CONSUMPTION AND EXHAUST GAS EMISSION
IN VEHICLES WITH MANUAL TRANSMISSION
The increase of economic growth rate of Indonesian people results in the increase of people’s necessity as well. One of them is in the transportation field. Liquefied Gas for Vehicle (LGV) is the development of Liquefied Petroleum Gas (LPG). The aim of this research is to find out the effect of utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel toward the torque, power, specific fuel consumption and exhaust gas emission in vehicles with manual transmission.
Data analysis method being used in this research consisted of two stages, namely data sampling phase and data processing phase. This analysis also discussed about specific fuel consumption, and then trend analysis, including optimization and factorial design analysis which was described in 3D graphic using Sigmaplot 13 software.
The result obtained is that utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel improves the torque, power, and reduces the specific fuel consumption as well as reducing vehicle's exhaust gas emission. LGV is working well in rotation above 2000 rpm and below 9000 rpm. It means that LGV is only suitable to be used in moderate loading and high machine rotation. The usage of vigas fuel tends to yield a better power and torque compared to gasoline. The advantage of LGV compared to octane 88 gasoline on high spin indicates that fuel saving will be better achieved in the usage of LGV compared than octane 88 gasoline on high speed.
RINGKASAN
Krisis energi yang terjadi telah mendorong pemerintah Indonesia untuk terus menggalakkan penggunaan bahan bakar gas baik untuk sektor industri maupun transportasi. Keseriusan pemerintah dalam menangani krisis energi adalah dengan menerbitkan Keputusan Mentri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 0983 K/16/MEM/2004 tentang Kebijakan Energi Nasional. Tujuan diterbitkannya Kebijakan Energi Nasional adalah untuk menjamin penyediaan energi nasional. Untuk itu, pemanfaatan sumber energi baru dan energi terbarukan yang mempunyai potensi yang cukup besar dimaksimalkan sehingga terjadi peningkatan terhadap penyediaan energi secara nasional.
Hal ini menyebabkan masyarakat mulai melirik energi alternatif yang lebih hemat dan lebih murah. Saat ini pemerintah pun sudah mulai memperkenalkan Bahan Bakar Gas yaitu Liquefied Gas Vehicle (LGV) kepada masyarakat, sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar minyak disektor transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG) dengan cara mengubah komposisi perbandingan antara Propana (C3) dan Butana (C4) dalam LPG, yang nantinya akan di gunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor, terutama mobil penumpang.
Mengacu pada hal tersebut, maka penulis merumuskan bagaimanakah pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual. Analisis data pada penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Pengumpulan data meliputi kegiatan pengujian dan pengambilan data. Pengolahan data meliputi pengelompokan data identifikasi faktor-level dominan, dan memperkirakan hasil yang optimum. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis dibahas dalam penelitian ini, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13.
Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin.
Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi. Dari hasil penelitian didapat bahwa Liquefied Gas Vehicle (LGV) merupakan salah satu energi alternatif yang murah dan ramah lingkungan. Keunggulan menggunakan Liquefied Gas
xi
DAFTAR ISI
2.1.3. Proses Pembakaran pada Motor Bensin ... 14
xiii
2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ... 19
2.3. Bahan Bakar Bensin ... 21
2.4. Angka Oktan ... 22
2.5. Liquefied Gas for Vehicle (LGV) ... 22
2.6. Regulator ... 25
2.7. Converter kits ... 28
2.8. Parameter Pengukur Tenaga Mesin ... 30
2.8.1. Dinamometer ... 30
2.9. Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran Dalam ... 31
2.9.1. Proses Pembakaran... 31
2.9.2. Daya Poros Efektif ... 32
2.9.3. Torsi ... 32
2.9.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 33
2.9.5. Pengukuran Gas Buang ... 33
2.9.6. Emisi Gas Buang Motor Bensin ... 35
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN 3.1. Kerangka Berpikir ... 41
3.2. Konsep Penelitian ... 42
3.3. Hipotesis Penelitian ... 43
BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Persiapan Pengujian ... 45
4.1.1. Bahan dan Peralatan Pengujian ... 46
4.1.2. Lokasi Pengujian ... 46
4.2. Rancangan Penelitian ... 47
4.3. Prosedur Pengujian ... 47
4.4. Skema Pengujian ... 49
4.5. Parameter Penelitian dan Variabel Bebas ... 50
4.6. Analisis Data ... 50
4.8. Jadwal dan Tempat Pengujian ... 53
BAB V DATA PENELITIAN 5.1. Data Pengujian ... 54
5.1.1. Data Hasil Penelitian Uji Torsi ... 54
5.1.2. Data Hasil Penelitian Daya ... 58
5.1.3. Perhitungan untuk Mencari rata-rata ... 60
5.1.4. Data Hasil Penelitian Uji Emisi ... 63
5.1.5. Data Hasil Penelitian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 65
5.1.6. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 67
BAB VI PEMBAHASAN 6.1. Grafik Hasil Penelitian dan Pembahasan ... 69
6.1.1. Analisa Uji Torsi dan Daya... 69
6.1.2. Analisa Massa Bahan Bakar ... 79
6.1.3. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 82
6.1.4. Analisa Emisi Gas Buang ... 85
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan ... 93
7.2. Saran ... 94
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi Oksigen dan Nitrogen ... 15
Tabel 4.1. Parameter dan variabel penelitian ... 50
Tabel 4.2. Jadwal penelitian ... 53
Tabel 5.1. Data Pengujian Torsi bahan bakar bensin ... 56
Tabel 5.2. Data Pengujian Torsi bahan bakar Vigas ... 57
Tabel 5.3. Data Pengujian Daya bahan bakar Bensin ... 58
Tabel 5.4. Data Pengujian Daya bahan bakar Vigas ... 59
Tabel 5.5. Data rata-rata pengujian daya bahan bakar bensin dan vigas (Hp) ... 61
Tabel 5.6. Data rata-rata pengujian torsi bahan bakar bensin dan vigas (Hp) ... 62
Tabel 5.7. Data rata-rata pengujian CO2 bahan bakar bensin dan vigas ... 63
Tabel 5.8. Data rata-rata pengujian CO bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.9. Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.10. Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.11. Data rata- pengujian massa bahan bakar bahan bakar bensin dan vigas ... 66
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. (a) P-V , (b) T-S Diagram, (c) P-V dan T-S diagram... 12
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah... 19
Gambar 2.3. Bentuk fisik coverter kits LPG ... 29
Gambar 3.1. Skema pengujian konsumsi bahan bakar ... 43
Gambar 4.1. Alat Uji Dyno Test ... 46
Gambar 4.2. Skema pengujian torsi ... 49
Gambar 4.3. Skema pengujian emisi gas buang ... 50
Gambar 4.4. Diagram alir penelitian ... 52
Gambar 5.1. Pelaksanaan Uji Torsi dan Daya ... 55
Gambar 5.2. Display Uji Daya dan Torsi ... 55
Gambar 5.3. Display Grafik Uji Torsi ... 55
Gambar 5.4. Tampilan pengukuran emisi ... 63
Gambar 6.1. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar bensin ... 69
Gambar 6.2. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar vigas ... 70
Gambar 6.3. Grafik perbandingan daya bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 72
Gambar 6.4. Grafik perbandingan torsi bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 73
Gambar 6.5. Grafik trend pengukuran daya pada bensin ... 76
Gambar 6.6. Grafik trend pengukuran daya pada vigas ... 77
Gambar 6.7. Grafik trend pengukuran torsi pada bensin. ... 77
Gambar 6.8. Grafik trend pengukuran torsi pada vigas ... 78
Gambar 6.9. Grafik perbandingan massa bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 80
Gambar 6.10. Grafik trend massa bahan bakar bensin... 81
Gambar 6.11. Grafik trend massa bahan bakar vigas... 81
xvii
Gambar 6.13. Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik bensin... 84 Gambar 6.14. Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik vigas... 85 Gambar 6.15 Gambar 6.19. Grafik perbandingan pengukuran emisi CO2 bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e). ... 86 Gambar 6.16. Grafik perbandingan pengukuran emisi HC bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 87 Gambar 6.17. Grafik perbandingan pengukuran emisi CO bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 87 Gambar 6.18. Grafik perbandingan pengukuran emisi O2 bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 90 Gambar 6.19. Grafik trendline pengukuran emisi CO2 bensin (a) dan vigas (b)
xix
DAFTAR ARTI SINGKATAN
BBM = Bahan Bakar Minyak LGV = Liquefied Gas for Vehicle LPG = Liquefied Petroleum Gas CNG = Compressed Natural Gas PVT = Pressure, Volume, Temperature TMA = Titik mati atas
TMB = titik mati bawah HP = Horse Power
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Data Umum Bahan Bakar Lampiran B. Pelaksanaan Pengujian Lampiran C. Grafik Hasil display
1
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Meningkatnya laju pertumbuhan perekonomian masyarakat Indonesia menyebabkan kebutuhan masyarakat juga semakin tinggi. Salah satunya adalah dalam bidang sarana transportasi.Sektor transportasi merupakan salah satu sektor yang mempunyai peran sangat penting dalam membantu proses berlangsungnya pembangunan di sebuah daerah.
Penggunaan energi di sektor transportasi di sisi lain meningkatkan
konsumsi bahan bakar. Konsumsi bahan bakar minyak (BBM) untuk sektor
transportasi cenderung meningkat 8,6% per tahun yang lebih besar daripada
pertumbuhan konsumsi untuk rumah tangga 3,7%, pembangkit listrik 4,6%, tetapi
sedikit lebih kecil dari pertumbuhan konsumsi industri 9,1% (Sitorus, 2014).
Kebutuhan energi untuk sektor transportasi saat ini masih dipenuhi oleh bahan bakar minyak (BBM) seperti premium dan diesel. Disisi lain dengan meningkatnya hargaminyak mentah di dunia maka harga bahan bakar minyak (BBM) dalam negeri juga ikut meningkat sehingga pemerintah indonesia akan semakin terbebani dengan subsidi BBM untuk jenis premium dan diesel.
2
Peneliti LIPI dari Pusat Penelitian Tenaga Listrik dan Mekatonik Agus Hartanto mengatakan Indonesia salah satu yang memiliki cadangan gas terbesar di dunia (GATRA NEWS). Selama 22 tahun jumlah kendaraan yang telah menggunakan BBG masih di bawah 0,01 %, maka jika 10% dari cadangan gas tersebut dialokasikan untuk sektor transportasi, maka sudah mencukupi kebutuhan dalam negeri selama lebih dari 90 tahun.
3
Rata-rata bahan bakar yang digunakan oleh kendaraan bermotor di Denpasar berupa bahan bakar minyak. Penggunaan bahan bakar minyak untuk sektor transportasi terutama kota besar seperti Denpasar akan menimbulkan beberapa masalah, diantaranya :
a. Kelangkaan bahan bakar minyak di pasaran.
b. Pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh emisi kendaraan yang menggunakan bahan bakar minyak.
c. Bertambahnya beban pemerintah dalam menanggung subsidi bahan bakar minyak terutama solar dan premium.
4
telah mencanangkan program "Denpasar Clean and Green" yang mulai Pencanangannya pada tanggal 14 Februari 2009 oleh Menteri Negara Lingkungan Hidup. Pemerintah mengimplementasikan program ini untuk sektor transportasi dengan caradiversifikasi energi yaitu dengan penggunaan CNG dan LPG, serta penggunaan bahan bakar bensin yang bebas timbal dan Solar yang berkadar sulful rendah. Program diversifikasi penggunaan CNG dan LPG di sektor transportasi kurang berhasil karena harga konverter kit yang mahal, pengembangan stasiun pengisibahan bakar gas yang kurang memadai, minimnya kesadaran pengguna transportasi akan keberadaan dan kelangsungan energi serta pencemaran lingkungan (Pertamina, 2009).
5
dikurangi.Besar harapan kesadaran akan pencemaran dan kelangsungan energi bagi pengguna kendaraan roda tiga atau lebih yang semula menggunakan bahan bakar minyak beralih kebahan bakar gas. Apabila kesadaran penggunaan gas sebagai bahan bakar di sektor transportasi meningkat, maka keberadaan serta kelangsungan energi untuk masa depan dapat terjaga dan pencemaran lingkungan yang disebabkan oleh sektor transportasi yang menggunakan bahan bakar minyak dapat berkurang.
Hal ini menyebabkan masyarakat mulai melirik energi alternatif yang lebih hemat dan lebih murah. Saat ini pemerintah pun sudah mulai memperkenalkan Bahan Bakar Gas yaitu Liquefied Gas Vehicle (LGV) kepada masyarakat, sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar minyak disektor transportasi.
Liquefied Gas Vehicle (LGV)yang merupakan pengembangan dari
Liquefied Petroleum Gas (LPG) dengan cara mengubah komposisi perbandingan antara Propana (C3) dan Butana (C4) dalam LPG, yang nantinya akan di gunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor, terutama mobil penumpang.
6
Peningkatan penggunaan gas sebagai bahan bakar di Kota Denpasar harus di dukung oleh infrastruktur BBG baik. Salah satu infrastruktur yang perlu diperhatikan adalah Stasiun Pengisi Bahan Bakar. Analisis peningkatan infrastruktur Bahan Bakar Gas merupakan sebuah penelitian yang bertujuan untuk meningkatkan penggunan bahan bakar gas di sektor trasnsportasi (Wang, 2008).
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Aryadi (2010), dengan menggunakan bahan bakar LPG yang dikombinasikan dengan bensin (dual fuel), diperoleh penurunan konsumsi bahan bakar pada putaran idle sebesar 20 %. Sedangkan pada pengujian emisi gas buang didapatkan persentase penurunan CO dan HC, masing-masing sebesar 7,5 % dan 9,5 %.
7
bahan bakar yang lebih ekonomis, mengurangi biaya pemeliharaan mesin, dan harga bahan bakar gas yang lebih murah dibandingkan Bahan Bakar Minyak. Akan tetapi, dapat diketahui sebelumnya bahwa Liquefied Gas for Vehicle(LGV) merupakan cairan dan bukan gas maka dalam penelitian ini pengujian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifikdan emisi gas buang yang meliputi kadar karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2), serta membandingkannya dengan bahan bakar premium, yang diuji pada putaran idle.
Berdasarkan latar belakang tersebut, maka penulis berkeinginan untuk melakukan penelitian terhadap pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) pada mobil bertransmisi manual dengan judul “Pengaruh Penggunaan
Bahan Bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap Torsi, Daya, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik dan Emisi Gas Buang Pada Mobil dengan
Transmisi Manual”.
1.2 Rumusan Masalah
Mengacu pada latar belakang masalah di atas, maka rumusan masalah adalah bagaimanakah pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual.
1.3 Batasan Masalah
8
agar dapat memberikan arah yang jelas pada penelitian awal ini, sebagai berikut: Mobil yang digunakan adalah dalam kondisi mesin standar, dengan volume
silinder 2.000 cc.
Mobil yang digunakan yaitu mobil dengan transmisi manual. Hal ini disebabkan karena perpindahan transmisi atau beban bisa diatur sesuai dengan tujuan penelitian. Apabila dengan menggunakan transmisi otomatis maka tidak bisa dirancang perputaran engine dan bebannya.
Kondisi kendaraan dalam keadaan normal.
Jenis bahan bakar standar adalah bensin yang dijual di SPBU.
Pengujian dilakukan pada kondisi stasioner untuk menguji torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual berbahan bakar Liquefied Gas Vehicle (LGV) dan membandingkannya dengan bahan bakar bensin.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
9
transmisi manual dengan menggunakan bahan bakar Liquefied Gas Vehicle (LGV) dan bahan bakar bensin.
2. Memberi informasi tentang bahan bakar Liquefied Gas Vehicle (LGV) sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar bensin dan diharapkan dapat menjadi sumbangan pemikiran bagi ilmu pengetahuan serta dapat memberi informasi seluas-luasnya kepada masyarakat tentang pengaruh perbedaan penggunaan bahan bakar LGV dengan bensin oktan 88 terhadap karakteristik mesin mobil. Selain itu penelitian ini diharapkan dapat lebih mendukung penelitian terdahulu tentang pemanfaatan LGV.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Motor Bensin 2.1.1 Penjelasan Umum
Motor bensin merupakan suatu motor yang menghasilkan tenaga dari proses pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar. Karena pembakaran ini berlangsung di dalam ruang bakar maka motor ini dikategorikan pesawat kalor dengan pembakaran dalam (Iternal Combustion Engine).
11
Motor bensin dibedakan menjadi dua jenis yaitu motor bensin 4 langkah dan motor bensin 2 langkah. Motor bensin 2 langkah adalah motor bensin yang memerlukan dua kali langkah torak atau satu kali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu kali pembakaran dan satu kali langkah kerja.Sedangkan motor bensin 4 langkah adalah motor bensin yang memerlukan 4 kali langkah torak atau dua kali putaran poros engkol untuk menghasilkan satu pembakaran dan satu langkah kerja. Siklus kerja 4 langkah ini dipertemukan pertama kali oleh seorang ilmuan Jerman Nicholas August Otto pada tahun 1876.
2.1.2 Siklus Otto
Siklus mesin 4 langkah dapat dijabarkan dalam siklus Otto udara standar yang terdiri dari 6 fase yaitu: pemasukan, pemampatan, pemanasan, pendayaan, pendinginan dan pembuangan. Enam fase siklus ini dapat digambarkan dalam diagram PVT (Pressure, Volume, Temprature) sebagai berikut.
12
Gambar 2.1 (a) P-V, (b) T-S Diagram, (c) P-V dan T-S diagram Fase Pemasukan (Campuran Bahan Bakar dan Udara)
Garis T0 – T1 adalah garis fase proses tekanan tetap dan suhu tetap yang menggambarkan langkah pemasukan gas campuran udara dan bahan bakar pada tekanan dan suhu tetap dari karburator ke silinder mesin, ketika katup masuk membuka dan piston turun 180 derajat, ruang silinder membesar. Dalam proses ini, tekanan gas P dan suhu gas T tetap dan setara tekanan dan suhu standar normal udara luar, karena katup masuk terbuka. Volume silinder V membesar dar V1 ke V2, sehingga bobot molekul gas campuran bahan bakar dan udara dalam silinder bertambah.
Fase Pemampatan (Kompresi Gas)
Garis T1 – T2 adalah garis fase proses yang menggambarkan langkah pemampatan gas campuran udara dan bahan bakar dalam silinder, ketika
13
katup masuk tertutup dan katup buang tertutup dan piston naik 180 derajat, ruang silinder mengecil. Dalam proses ini volume silinder dan volume gas V mengecil dari V1 ke V2, bobot molekul gas campuran bahan bakar dan udara tetap.Tekanan gas P meningkat dari P1 ke P2 dan suhu gas T meningkat dari T1 ke T2.
Fase Pemanasan dan Pembakaran Gas
Garis T2 – T3 adalah proses pada volume tetap yang mengambarkan proses pemanasan dan penyalaan dan pembakaran gas campuran bahan bakar dan udara oleh percikan api busi, ketika kedua katup tertutup. Dalam proses ini volume gas tetap pada V1, tetapi karena pemanasan, tekanan gas meningkat naik dari P2 ke P3, sehingga suhu meningkat naik dari T2 ke T3 dan terjadi peledakan gas campuran bahan bakar dan udara oleh percikan api busi. Fase Pendayaan (Usaha)
Garis T3 – T4 adalah garis proses yang menggambarkan langkah pendayaan karena pembakaran gas campuran udara dan bahan bakar dalam silinder ketika kedua katup tertutup sehingga silinder turun 180 derajat, ruang silinder membesar. Dalam proses ini volume silinder V membesar dari V1 ke V2, bobot gas campuran tetap, tekanan gas V merosot turun dari P3 ke P4 dan suhu gas T merosot turun dari T3 ke T4.
Fase Pendinginan Gas Sisa Pembakaran.
14
buang terbuka. dalam proses ini, volume gas tetap pada V2, bobot gas campuran tetap tekanan gas turun dari P4 ke P1 sehingga suhu gas merosot turun dari T4 ke T1.
Fase Pembuangan (Pengeluaran Gas Sisa Pembakaran).
Garis T1 – T0 adalah fase proses tekanan tetap yang menggambarkan langkah pembuangan sisa pembakaran, piston naik, ruang silinder mengecil, dimana tekanan gas P dan suhu gas T tetap setara tekanan atmosfer (udara luar) karena katup buang terbuka. Volume silinder V mengecil dari V2 ke V1, sehingga bobot gas sisa pembakaran berkurang.
2.1.3 Proses Pembakaran pada Motor Bensin
15
Tabel 2.1 Komposisi Oksigen dan Nitrogen
Unsur Persentasi Volume(%) Persentasi Berat(%)
Oksigen (O2) 20,99 23,15
Nitrogen (N2) 78,03 76,85
Lain-lain 0,98 0
Di dalam suatu pembakaran, energi kimia diubah menjadi energi panas dimana pada setiap terjadi pembakaran akan selalu menghasilkan gas buang yang meliputi komponen-komponen gas buang antara lain: CO2, NO2, H2O, SO2, dan CO. Proses pembakaran menghasilkan perubahan energi bahan bakar menjadi tenaga gerak, perubahan energi bersumber dari hasil pembakaran bahan bakar. Dalam pembakaran yang sempurna secara teoritis, reaksi pembakaran adalah sebagai berikut:
C8H18 + 12,5O2 8CO2 + 9H2O + Energi………… …….(2.1)
Tetapi dalam prakteknya, udara mengandung ± 21 % O2 dan ± 79% N2. Serta pembakaran yang 100 % sempurna hanya didapat dalam laboratorium. Sehingga dalam prakteknya, pembakaran akan berlangsung :
C8H18 + 12,5(O2 + 79/21N2) 8CO2 + 9H2O +
2,5(79/21N2)+Energi ………..(2.2)
16
menuju ruang bakar lewat katup masuk yang kemudian dinyalakan oleh percikan nyala api dari busi pada tekanan tertentu. Percikan nyala api busi tersebut kemudian membakar campuran yang telah siap untuk terbakar dengan kecepatan yang sangat tinggi. Sehingga terjadilah suatu pembakaran yang kemudian bisa mendorong torak dari Titik Mati Atas ke Titik Mati Bawah untuk menggerakkan poros engkol dan terjadilah putaran atau usaha pada motor.
2.1.4 Rasio Udara Bahan Bakar
Rasio udara adalah suatu perbandingan antara udara dengan bahan bakar yang akan masuk ke ruang bakar. Rasio udara dan bahan bakar dapat dirumuskan dengan skema sebagai berikut :
Dapat diketahui sebelumnya bahwa Bensin merupakan campuran dari isomer-isomer heptana (C7H16), oktana (C8H18) dan unsur mikro lainnya. Perbandingan antara heptana dengan oktana tergantung dari jenis bensin, sebagai contoh bensin dengan RON 88.
Untuk mempermudah perhitungan bensin RON 88 terdiri atas 12% heptana dan 88% oktana, dengan Ar. O=16, H=1 dan C=12, maka Mr. C7H16=100; C8H18=114. Anggap massa jenis bensin 0.95 g/cm³, g/cc. Satu liter bensin massanya = massa jenis bensin x volume = 0.95 g/cc x 1000 cc = 950 g.
Massa heptana = 12% x 950 g = 114 g. Jumlah mol heptana = massa heptana/Mr.heptana = 114/100 = 1,14 mol.
17
Reaksi pembakaran :
... C7H16 ....+ 11 O2 ---> 7 CO2 . + 8 H2O ... 2 C8H18 .+ 25 O2 ---> 16 CO2 + 18 H2O
Kebutuhan udara (O2) pembakaran heptana = mol heptana x koefisien reaksi O2/koefisien reaksi heptana = 1,14 x 11/1 = 12,54 mol. Kebutuhan udara (O2) pembakaran oktana = mol oktana x koefisien reaksi O2/koefisien reaksi oktana = 7,3 x 25/2 = 91,25 mol. Jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran = 12,54 + 91,25 = 103,79 mol.
Oksigen untuk pembakaran diambil dari udara, anggap udara mengandung 20% oksigen. Maka jumlah mol udara yang dibutuhkan = 103,79/20% = 519 mol. Pada keadaan STP 1 mol udara volumenya 22,4 liter. Maka volume udara yang dibutuhkan untuk membakar 1 liter bensin = 521 x 22,4 liter = 11624,4 liter = 11, 62 meter kubik. Jadi berat udara : berat bahan bakar = 11.62 : 1
Untuk bahan bakar LGV:
LGV merupakan senyawa hydrokarbon yang dikenal sebagai butana, propana, isobutana atau campuran antara butana dengan propana. Perbandingan komposisi propana dengan butana adalah 30 : 70. Berat jenis LPG lebih besar dari udara yaitu, butana memiliki berat jenis dua kali berat udara dan propana memiliki berat jenis satu setengah kali berat udara. Secara kimia, reaksi pembakaran LGV adalah sebagai berikut:
2,16(0,3 C3H8+0,7 C4H10) + 13,07(02+3,76N2) 8 CO2+ 10,15
18
Maka rasio bahan bakar - udara untuk LPG: 1 : 6,05
Berdasarkan rasio bahan bakar di atas, maka diameter saluran udara pada karburator untuk pemakaian bahan bakar LGV dihitung dengan persamaan di bawah. Ukuran diameter saluran udara untuk standar bensin adalah: 3.7 cm
Maka: Ukuran untuk saluran udara untuk LGV:
19
D1 : Diameter saluran udara untuk karburator memakai bahan bakar bensin.
A2 : Luas Penampang pada saluran udara untuk karburator memakai bahan bakar LGV.
D2 : Diameter saluran udara untuk karburator memakai bahan bakar LGV.
2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah
Prinsip kerja dari motor bensin empat langkah adalah mengikuti siklus Otto yaitu untuk menghasilkan satu kali tenaga kerja memerlukan empat kali langkah torak dua kali putaran poros engkol.
Berikut ini adalah skema langkah keja motor bensin empat langkah:
1) langkah isap 2) langkah kompresi 3) langkah usaha 4) langkah buang
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah (Toyota, 1998) 1. Langkah Isap
20
dalam silinder. Selama langkah ini katup isap membuka dan katup buang dalam keadaan menutup. Poros engkol membuat setengah putaran pertama.
2. Langkah Kompresi
Torak bergerak dari TMB ke TMA memampatkan campuran udara dan bensin yang berada dalam silinder. Campuran udara dan bensin ini dimampatkan diantara torak dan dasar atas silinder (ruang bakar). Selama langkah ini katup isap dan katup buang berada dalam keadaan tertutup. Pada gerak kompresi ini poros engkol membuat setengah putaran yang kedua.
3. Langkah Kerja
Bila telah mencapai TMA, campuran udara dan bensin yang dimampatkan tadi dibakar oleh percikan api listrik yang keluar dari busi, menyebabkan terbakarnya gas-gas dan menimbulkan tenaga yang mendorong torak ke TMB. Selama gerak ini katup-katup isap dan buang dalam keadaan tertutup. Poros engkol membuat setengah putaran yang ketiga.
4. Langkah Buang
21
sepenuhnya. Dan kemudian akan kembali melakukan proses yang sama secara berulang-ulang.
2.3 Bahan Bakar Bensin
Bahan bakar bensin atau minyak bakar yang dipakai untuk motor bensin adalah jenis gasoline atau petrol. Bensin pada umumnya merupakan suatu campuran dari hasil pengilangan yang mengandung parafin,naphthene dan aromatic dengan perbandingan yang bervariasi.Dewasa ini tersedia tiga jenis bensin, yaitu premium, pertamax, dan pertamax plus. Ketiganya mempunyai mutu atau prilaku (perfomance) yang berbeda. Mutu bensin dipergunakan dengan istilah bilangan oktana (Octane Number). Bensin disebut juga dengan kata lain Petrol atau Gasoline yaitu campuran berbagai hidrokarbon yang diperoleh melalui proses destilasi/pengilangan dari minyak mentah (Crude Oil). Ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi bensin sebagai bahan bakar mesin pembakaran dalam yaitu :
Mudah bercampur dengan udara Tahan terhadap knocking.
Tidak mudah terbakar sendiri sebelum waktu yang ditentukan.
Tidak memiliki kecenderungan menurunkan efisiensi volumetris mesin. Murah dan mudah didapat.
Menghasilkan pembakaran bersih, tanpa menyisakan korosi pada komponen peralatan mesin.
22
2.4 Angka Oktan
Angka oktan pada bensin adalah suatu bilangan yang menunjukan kemampuan bertahan terhadap knocking (detonasi). Makin besar angka oktannya, makin besar pula kemampuan bertahan mesin terhadap knocking.Dengan berkurangnya intensitas untuk berdetonasi, maka campuran udara dan bahan bakar yang di kompresikan oleh torak dapat terbakar lebih baik. Sehingga kadar karbon monoksida pada gas buang akan berkurang, dan pemakaian bahan bakar menjadi hemat. Angka oktan tergantung pada struktur senyawa hidrokarbon yang terdapat pada bensin tersebut.
Besarnya angka oktan suatu bahan bakar ini tergantung pada prosentase iso oktan dan normal heptana yang terkandung didalamnya. Kalau di dalam suatu bahan bakar terkandung 80 % iso oktan dan 20 % normal heptana maka dapat dikatakan bahwa angka oktan bahan bakar tersebut adalah 80. Iso oktan (C8H18) mempunyai sifat tahan terhadap knocking dan tingkat oktannya adalah 100, sedangkan normal heptana (C7H16) cenderung menambah terhadap terjadinya knocking dan tingkat oktannya adalah nol. Penambahan iso oktan didalam bensin akan menghemat bahan bakar. Dengan bertambahnya isooktan bertambah pula angka oktan. Untuk mesin yang mempunyai perbandingan kompresi yang tinggi memerlukan bahan bakar bensin yang mempunyai kadar oktan yang tinggi untuk menghilangkan terjadinya detonasi.
2.5 Liquefied Gas Vehicle (LGV)
23
Definisi tentang LGV
LGV merupakan bahan bakar gas yang diformulasikan untuk kendaraan bermotor yang menggunakan spark ignition engine terdiri dari campuran propane (C3) dan butane (C4). Singkatnya, LGV merupakan LPG untuk kendaraan. Adapun kualitas pembakaran LGV setara dengan bensin berkualitas RON 98 (pertamax plus) dan ramah lingkungan. Tekanannya berkisar antara 8-12 bar, jauh lebih kecil ketimbang CNG yang tekanannya mencapai 200 bar.
Karena kualitasnya lebih tinggi, harga LGV memang lebih tinggi dibandingkan dengan BBM bersubsidi (premium), tetapi lebih rendah dari harga BBM non subsidi (pertamax cs). LGV lebih fleksibel digunakan untuk daerah-daerah yang jauh dari sumber gas atau tidak memiliki pipa gas bumi. Sementara Compressed Natural Gas (CNG) merupakan bahan bakar gas yang dibuat dengan melakukan kompresi metana (CH4) yang diekstrak dari gas alam. CNG disimpan dan didistribusikan dalam bejana tekan, biasanya berbentuk silinder. CNG memiliki tekanan 200 bar, dengan tangki yang lebih besar ketimbang LGV.
Ciri khas LGV
Bahan bakar gas LGV mempunyai ciri khas sebagai berikut : 1. Sensitif terhadap api.
24
Sifat khas LGV
Perlu diketahui, LGV bersifat FLAMMABLE (mudah terbakar). Dalam batas flammabality, LGV adalah sumber api yang terbuka sehingga letup (percikan api) yang sekecil mungkin dapat segera menyambar gas LGV. Sifat umum LGV
Sebagai bahan bakar gas, LGV mudah terbakar apabila terjadi persenyawaan di udara.
Untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan perlu diketahui beberpa sifat umumnya :
1. Tekanan LGV cukup besar, sehingga bila terjadi kebocoran LGV akan membentuk gas secara cepat, memuai dan sangat cepat terbakar. 2. LGV menghambur di udara secara berlahan sehingga sulit
mengetahuinya secara dini.
3. Berat jenis LGV lebih besar dari pada udara sehingga cenderung bergerak ke bawah.
4. LGV tidak mengandung racun.
5. Daya pemanasannya cukup tinggi, namun tidak meninggalkan debu (sisa pembakaran).
6. Cara penggunaannya cukup praktis dan mudah.
25
aman, LGV siap membantu mempermudah dan memperlancar pekerjaan sehari-hari dan tentunya dapat menghemat waktu dan energi.
2.6 Regulator
Regulator merupakan suatu alat untuk mengatur aliran gas yang keluar dari tabung. Regulator standar yang dipakai untuk kompor gas mempunyai laju aliran gas 3 kilogram/jam. Menurut penelitian yang dilakukan oleh salah satu mahasiswa Teknik Mesin Universitas Udayana yang menguji Bio Gas untuk bahan bakar pada sepeda motor 4 langkah 125 cc. (Hendra, 2008), pemakaian regulator standar (3kg/jam) untuk penyaluran bahan bakar gas ke ruang bakar mesin sepeda motor menghasilkan akselerasi yang kurang baik dan putaran idle mesin yang terlalu tinggi, karena kurangnya suplai bahan bakar ke ruang bakar. Untuk dapat menghasilkan akselerasi yang setara atau mendekati dengan akselerasi menggunakan bahan bakar bensin, maka harus menggunakan regulator yang mempunyai laju aliran yang lebih besar,jadi harus menggunakan regulator yang mempunyai laju aliran massa gas yang bervariasi dari 3-10 kg/jam,yang bila dihitung sama dengan 3-10000 gram/jam.Jadi untuk rasio udara dan bahan bakar untuk penggunaan bahan bakar LGV agar energi yang dihasilkan mendekati penggunaan bahan bakar bensin,maka rasio udara dan bahan bakar dapat dirumuskan sebagai berikut:
Untuk bahan bakar LGV :
2,16(0,3 C3H8+0,7 C4H10) + 13,07(02+3.76N2) 8 CO2 + 10,15
26
Sehingga untuk pemakaian bahan bakar LGV memerlukan 2,16 kali mol bensin agar sebanding dengan energi yang dihasilkan 1 mol bensin.Untuk mendapatkan massa bahan bakar dan oksigen untuk proses pembakaran bensin dan LGV digunakan rumus sebagai berikut:
Massa bahan bakar LGV:
Massa (0,3C3H8+0,7C4H10) = mol (0,3C3H8+0,7C4H10) X berat molekul (0,3C3H8+0,7C4H10) = 2,16 x (15+ 46,2)
= 2,16 x 61,2
= 132,19 gram...(2.6)
Massa udara untuk LGV :
Massa udara untuk LGV= mol udara untuk LGV X berat molekul udara untuk LGV
= 13,07 x 137,28
= 1794,25 gram...(2.7)
Massa bahan bakar bensin:
Massa C8H18= mol C8H18 X berat molekul C8H18 = 1 X114
=114gram... (2.8)
Mol udara untuk bensin :
27
= 12,5 x 137,28
= 1716 gram... (2.8)
Dan untuk mendapatkan volume dari bahan bakar dan udara pada proses pembakaran bahan bakar bensin dan bahan bakar LGV, digunakan rumus sebagi berikut:
Volume udara pada pembakaran bensin:
Volume = Massa udara untuk bensin
28
Volume = Massa udara untuk LGV
Massa jenis udara = 1,79425 kg 0,001125 kg/liter
= 1595 liter...(2.12)
Jadi rasio volume bahan bakar dengan udara pada proses pembakaran LGV adalah: 1 : 18,09
Jadi untuk mendapatkan hasil akselerasi yang lebih maksimal dari pemakaian bahan bakar LGV ,maka harus dilakukan pengujian bahan bakar LGV dengan laju aliran massa bahan bakar yang bervariasi,yaitu dari 3 kg/jam sampai dengan 10 kg/jam.Karena dari latar belakang diatas,pemakaian regulator standar(3kg/jam),suplai bahan bakar keruang bakar masih kurang.Sehingga untuk mendapatkan rasio bahan bakar dan udara 1: 18,09 pada proses pembakaran LGV,maka harus dilakukan variasi laju aliran massa bahan bakar yang masuk dalam ruang keruang bakar agar mendapatkan akselerasi kendaraan yang lebih maksimal.
2.7 Converter kits
29
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. Jumlah gas yang mengalir dari regulator tekanan ke ruang diafragma dipengaruhi oleh kekuatan pegas lever dan kevakuman ruang diafragma. Pegas lever dapat diatur dengan memutar baut penyetel yang terdapat pada bagian luar converter kits. kevakuman ruang diafragma tergantung dari kecepatan aliran udara pada throttle body.
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 ini dapat dilihat pada gambar berikut :
30
Untuk memasukkan LPG ke saluran manifold, digunakan sebuah diffuser yang dipasang pada sisi depan throtle body. Diffuser memiliki beberapa lubang memanjang yang mengelilingi lingkaran dalam. LPG dalam fasa gas mengalir dari converter kits ke diffuser melalui katup aliran gas ( katup akselerasi).
2.8 Parameter Pengukur Tenaga Mesin 2.8.1 Dinamometer
Dinamometer adalah alat untuk mengukur daya mekanik (kecepatan dan torsi) yang di keluarkan mesin.Dinamometer menggunakan sensor untuk mengindikasikan kecepatan dan torsi. Untuk mengukur tenaga mesin secara langsung belum bisa digunakan .Dua metode yang biasa digunakan dalam industri mesin adalah :
1. Dinamometer mesin
Jika kita ingin mengetahui tenaga dari mesin,maka kita menggunakan dinamometer yang dikhususkan untuk mesin. Ini menyerupai pada manufaktur outputshaft dari mesin kendaraan. Mesin diletakan pada dudukan kemudian dihubungkan pada dinamometer,biasanya menggunakan propeler shaft (as kopel ) yang di hubungkan pada bagian belakang dari poros engkol (atau pada roda gila). Hasil dari power yang diukur dengan cara ini umumnya disebut sebagai “flywheelpower”dinamometer ini membutuhkan pengereman dimana
31
oleh dinamometer kemudian torsi yang telah diberikan oleh dinamometer harus dengan tepat menyamakan dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin. Dari sini akan mendapatkan grafik torsi dari keseluruhan putaran mesin. 2. Rolling road Dynamometer (Chassis Dynamometer)
Rolling road dynamometer dipergunakan untuk mengukur daya output
mesin dengan mengetes kendaraan dalam bentuk seutuhnya,digunakan untuk mengetahui performa output,effisiensi energi maksimum dan tingkat kebisingan.
Cara kerja rolling road dinamometer:
Kendaraan dinaikan ke atas chassis dyno dan letakkan roda di roller kemudian di ikat menggunakan strap. Beban pengereman dihasilkan oleh salah satu roller dengan menggunakan hidrolik atau dengan sistem elektrik sama pada engine-dyno yang mengaplikasikan torsi pada crankshaft dari mesin. Perhitungan umum yang sama, BHP = torsi(ft/lbs) x rpm /5252, bisa digunakan untuk menghitung bhp pada roller dengan mengetahui torsi dan rpm pada roller (bukan rpm pada mesin).
2.9 Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran Dalam 2.9.1 Proses Pembakaran
32
sekelilingnya ( Faisal Dasuki; 1977 ). Untuk menghasilkan suatu proses pembakaran, minimal harus ada tiga komponen utama, yaitu bahan bakar, oksigen (udara), dan panas. Panas didapat dari letikan bunga api listrik pada motor bensin ( Spark Ignition Engine) atau tekanan kompresi yang tinggi pada motor diesel (Compression Ignition Engine). Tanpa salah satu komponen diatas mustahil proses pembakaran akan terjadi. Secara praktis prestasi mesin ditunjukkan oleh torsi dan daya. Parameter ini relatif penting untuk mesin dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya poros maksimum menggambarkan sebagai kemampuan maksimum mesin. Torsi poros maksimum pada putaran mesin tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (campuran bahan bakar dan udara) yang masuk ke dalam mesin pada putaran mesin tersebut. Tujuan utama dari penggunaan engine adalah daya (mechanical power).
2.9.2 Daya poros efektif
Tujuan utama dari penggunaan engine adalah daya (mechanical power). Daya didefinisikan sebagai laju kerja dan sama dengan perkalian antara gaya dengan kecepatan linear atau torsi dengan kecepatan angular. Sehingga dalam pengukuran daya melibatkan pengukuran gaya atau torsi dan kecepatan. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan dinamometer dan tachometer atau alat lain dengan fungsi yang sama.
Daya (Bhp) = [HP]……….(2.13)
2.9.3 Torsi
33
dihasilkan dari tekanan hasil pembakaran pada torak dikalikan dengan jari-jari lingkar poros engkol. Semakin sempurna pembakaran suatu motor, maka torsi yang terbangkit akan semakin maksimal. Bila radius tenaga yang bekerja adalah “r” (m) dan tenaga yang diberikan adalah “F” (kgf) maka momennya adalah:
T = F.r (kgf.m)………...(2.14)
2.9.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
Konsumsi bahan bakar spesifik (spesific fuel consumption) didefenisikan sebagai jumlah bahan bakar yang dipakai untuk menghasilkan satu satuan daya dalam waktu satu jam dan dirumuskan sebagai:
SFC = [ L/HP.h] ……….. ……….(2.15)
Dimana untuk FC dapat dirumuskan sebagai :
FC = [L/h]……….(2.16)
2.9.5 Pengukuran Gas Buang
Proses pembakaran yang terjadi didalam ruang bakar merupakan serangkaian kimia yang melibatkan campuran bahan bakar berupa HC dengan oksigen. Proses pembakaran menghasilkan empat macam gas buang berupa CO2, CO, NOX dan HC. Keempat macam gas buang ini terbentuk pada proses pembakaran sempurna dan tidak sempurna. Pada proses pembakaran sempurna, hasil pembakaran yang terbentuk adalah CO2 dan H2O. Proses pembakaran sempurna dapat dinyatakan dalam reaksi berikut:
34
Sedangkan proses pembakaran tidak sempurna menghasilkan gas buang berupa CO, NOX, HC dan partikulat pengotor lainnya. Proses pembakaran tidak sempurna dapat dituliskan dalam reaksi sebagai berikut:
P CXHY + q (O2 + 3.76 N2) → a CO2 + b H2O + c CO + d HC + e NOX + 3,76 n N2 + partikulat pengotor lainnya
HC merupakan sisa bahan bakar yang tidak ikut terbakar. CO terbentuk akibat kurangnya kadar O2 dalam proses pembakaran, sehingga yang terbentuk bukanlah CO2 melainkan CO karena HC yang ada berikatan dengan O2. NOX terbentuk pada temperatur tinggi disaat campuran udara dengan bahan bakar berlebihan. Gas analyzer merupakan rangkaian peralatan yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan gas buang dalam bentuk CO2, CO, NOX, HC dan juga kadar O2 yang ikut terbuang. Metode yang umum digunakan dalam proses pendekteksian keberadaan gas buang adalah melalui metode ionisasi. Hasil keluaran gas analyzer berupa konsentrasi gas- gas CO2,CO,NOX,O2 dan HC. Dari hasil yang didapatkan, ternyata terdapat korelasi antara rasio A/F dengan konsentrasi keluaran gas-gas tersebut. Pertimbangan pengujian suatu engine ditentukan oleh unjuk kerja engine dan kadar emisi gas buang hasil pembakaran. Unjuk kerja menjadi pentingkarena berkaitan dengan tujuan penggunaan engine dan faktor ekonomisnya sedangkan tinggi rendahnya emisi gas buang berhubungan dengan faktor lingkungan.
35
menjadi kerja efektif dari engine). Bahan bakar bensin mengandung campuran dari beberapa hidrokarbon dan jika terbakar secara sempurna, pada gas buang hanya akan mengandung karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O) serta udara yang tidak ikut dalam proses pembakaran. Namun untuk beberapa alasan, pembakaran yang terjadi adalah tidak sempurna dan akan menghasilkan karbon monoksida(CO), gas beracun yang mematikan dan hidrokarbon yang tidak terbakar (Unburned Hidrocarbon, UBHC) pada gas buang. Disamping CO dan HC, emisi utama yang ketiga adalah oksida dari nitrogen (NOX) yang terbentuk oleh reaksi antara nitrogen dengan oksigen karena temperatur pembakaran yang tinggi, yaitu lebih dari 1100o C [1].
2.9.6 Emisi Gas Buang Motor Bensin
Emisi gas yang dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Sehingga perlu diambil beberapa langkah untuk dapat mengendalikan gas buang yang dihasilkan tersebut. Salah satu caranya adalah dengan pemeriksaan atau uji emisi berkala untuk mengetahui kandungan gas buang kendaraan yang berpotensi mencemari lingkungan. Pada negara-negara yang memiliki standar emisi gas buang kendaraan yang ketat, ada 5 unsur dalam gas buang kendaraan yang akan diukur yaitu senyawa HC, CO, CO2, O2 dan senyawa NOx. Sedangkan pada negara-negara yang standar emisinya tidak terlalu ketat, hanya mengukur 4 unsur dalam gas buang yaitu senyawa HC, CO, CO2 dan O2.
36
Bahan bakar bensin mengandung campuran dari beberapa hidrokarbon dan jika terbakar secara sempurna, pada gas buang hanya akan mengandung karbon dioksida (CO2) dan uap air (H2O) serta udara yang tidak ikut dalam proses pembakaran. Namun untuk beberapa alasan, pembakaran yang terjadi adalah tidak sempurna dan akan menghasilkan karbon monoksida (CO), gas beracun yang mematikan dan hidrokarbon yang tidak terbakar (Unburned Hidrocarbon, UBHC) pada gas buang. Disamping CO dan HC, emisi utama yang ketiga adalah oksida dari nitrogen (NOX) yang terbentuk oleh reaksi antara nitrogen dengan oksigen karena pembakaran yang tinggi, yaitu lebih dari 1100oC.
1. Karbon Monoksida (CO)
37
berbau dan gas beracun. Gas ini timbul pada saat kondisi campuran di dalam mesin kaya. Dimana tidak tersedianya cukup oksigen untuk membentuk CO menjadi CO2, sehingga beberapa carbon berakhir menjadi CO. Biasanya untuk mesin bensin kadarnya 0,2% - 0,5%. Kekuatannya berkaitan dengan hemoglobin di dalam darah sangat lebij kuat dari pada oksigen. Bahkan konsentrasi yang rendah pun dapat menyebabkan terjadinya sufokasi. Konsentrasi didalam udara maksimal yang diijinkan adalah 33 mg/ m3.
2. Hidrokarbon (HC)
Bensin adalah senyawa hidrokarbon, jadi setiap HC yang didapat di gas buang kendaraan menunjukkan adanya bensin yang tidak terbakar dan terbuang bersama sisa pembakaran. Apabila suatu senyawa hidrokarbon terbakar sempurna (bereaksi dengan oksigen) maka hasil reaksi pembakaran tersebut adalah karbondioksida (CO2) dan air(H¬2O). Walaupun rasio perbandingan antara udara dan bensin (AFR=Air-to-Fuel-Ratio) sudah tepat dan didukung oleh desain ruang bakar mesin saat ini yang sudah mendekati ideal, tetapi tetap saja sebagian dari bensin seolah-olah tetap dapat “bersembunyi” dari api saat terjadi proses pembakaran dan menyebabkan emisi HC pada ujung knalpot cukup tinggi.
38
sudah dilengkapi dengan electronic air injection reaction pump yang langsung bekerja saat cold-start untuk menurunkan emisi HC sesaat sebelum CC mencapai suhu kerja ideal.
Apabila emisi HC tinggi, menunjukkan ada 3 kemungkinan penyebabnya yaitu CC yang tidak berfungsi, AFR yang tidak tepat (terlalu kaya) atau bensin tidak terbakar dengan sempurna di ruang bakar. Apabila mobil dilengkapi dengan CC, maka harus dilakukan pengujian terlebih dahulu terhadap CC denganc aramengukur perbedaan suhu antara inlet CC dan outletnya. Seharusnya suhu di outlet akan lebih tinggi minimal 10% daripada inletnya. Apabila CC bekerja dengan normal tapi HC tetap tinggi, maka hal ini menunjukkan gejala bahwa AFR yang tidak tepat atau terjadi misfire. AFR yang terlalu kaya akan menyebabkan emisi HC menjadi tinggi. Ini bias disebabkan antara lain kebocoran fuel pressure regulator, setelan karburator tidak tepat, filter udara yang tersumbat, sensor temperature mesin yang tidak normal dan sebagainya yang dapat membuat AFR terlalu kaya. Injector yang kotor atau fuel pressure yang terlalu rendah dapat membuat butiran bensin menjadi terlalu besar untuk terbakar dengna sempurna dan ini juga akan membuat emisi HC menjadi tinggi. Apapun alasannya, AFR yang terlalu kaya juga akan membuat emisi CO menjadi tinggi dan bahkan menyebabkan outlet dari “Cylinder Cap” mengalami overheat, tetapi CO dan HC
yang tinggi juga bisa disebabkan oleh rembasnya pelumas ke ruang bakar.
39
Pada mobil yang masih menggunakan karburator, penyebab misfire antara lain adalah kabel busi yang tidak baik, timing pengapian yang terlalu mundur, kebocoran udara disekitar intake manifold atau mechanical problem yang menyebabkan angka kompresi mesin rendah. Untuk mobil yang dilengkapi dengan sistem EFI, gejala misfire ini harus segera diatasi karena apabila didiamkan, ECU akan terus menerus berusaha membuat AFR menjadi kaya karena membaca bahwa masih ada oksigen yang tidak terbakar ini. Akibatnya
“Cylinder Cap” akan mengalami overheat. Gas buang hidrokarbon yang
dihasilkan pada SI engine mencapai 6000 ppm, komposisinya setara dengan 1-1,5 % bahan bakar. Pembentukan gas buang HC dipengaruhi oleh komposisi bahan bakar, geometri dari ruang bakar, dan parameter operasi mesin. Gas buang hidrokarbon dapat menyebabkan iritasi dan kanker.
3. Nitrogen Oxide (NOX)
40
