09E02482.pdf

Ridho Daniel Sihaloho : Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Berbahan Bakar Premium Dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol Be-5 Dan Be-10), 2009.

UJI EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN UNJUK KERJA MOTOR

BAKAR BERBAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN

PREMIUM-BIOETANOL (GASOHOL BE-5 DAN BE-10)

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RIDHO DANIEL SIHALOHO NIM. 05 0401 055

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2009


KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, atas

segala karunia dan rahmatNya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga

penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik

di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun

Skripsi yang dipilih, diambil dari mata kuliah Motor Bakar, yaitu

Uji Eksperimental Perbandingan Unjuk Kerja Motor Bakar Barbahan Bakar

Premium dengan Campuran Premium-Bioetanol (Gasohol BE-5 dan BE-10).

Dalam penulisan Skripsi ini, penulis telah berupaya dengan segala

kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh

dari perkuliahan, menggunakan literatur serta bimbingan dan arahan dari Dosen

Pembimbing.

Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Kedua Orang Tua penulis, Ayahanda tercinta H. Sihaloho dan Ibunda S. A. Sijabat

yang terus membimbing dan mengarahkan penulis.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H Napitupulu, DEA, selaku dosen pembimbing yang

telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan

Skripsi ini.

3. Bapak Dr.-Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST.

MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

USU.

4. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc. dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitoru, ST. MT,

selaku dosen pembanding I dan II.

5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik USU.


6. Staff Laboratorium Motor Bakar Deparetemen Teknik Mesin USU, Bang Atin

yang telah banyak membantu dan membimbing penulis selama penelitian ini

berjalan.

7. Kakakku dan adikku tersayang (dr. Kristina Sihaloho, Lestarina Veronika

Sihaloho, S.Ked., Benny Sihaloho dan Evan Josep Sihaloho), terima kasih atas

segala bantuan dan dukungan yang telah diberikan baik berupa moril dan materil

selama kuliah hingga menyelesaikan Skripsi ini.

8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 2005 yang tidak

dapat disebutkan namanya satu persatu,Solidarity Forever.

9. Rekan-rekan Polisi Toba, Andriko Silitonga, Ronny Z. P Situmeang, Gunawan

Simanjuntak, terima kasih atas segala kebersamaan dalam suka dan duka yang

telah kita lalui bersama.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi

penyempurnaan di masa mendatang.

Akhir kata, penulis berharap semoga tulisan ini berguna bagi kita semua.

Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu menyertai kita.

Medan, Juli 2009

Penulis,

NIM. 05 0401 055

Ridho Daniel Sihaloho


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ............................................................................................ i

DAFTAR ISI ......................................................................................................... iii

DAFTAR TABEL ................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................. vi

DAFTAR NOTASI.............................................................................................. viii

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................... 1

1.1 Latar Belakang.......................................................................................... 1

1.2 Tujuan Pengujian ...................................................................................... 3

1.3 Manfaat Pengujian .................................................................................... 3

1.4 Ruang Lingkup Pengujian ......................................................................... 3

1.5 Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................... 5

2.1 Bioetanol .................................................................................................. 5

2.2 Pembuatan Bioetanol ................................................................................ 6

2.3 Manfaat Bioetanol ................................................................................... 12

2.4 Bioetanol Ramah Lingkungan .................................................................. 15

2.5 Motor Bensin ........................................................................................... 18

2.5.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah ........................................................ 19

2.5.2 Performansi Motor Bensin ....................................................................... 20

2.5.3 Teori Pembakaran .................................................................................... 24

2.5.4 Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................................... 25

2.6 Emisi Gas Buang ..................................................................................... 26

2.7 Harga Premium di Indonesia .................................................................... 30

BAB III METODOLOGI PENULISAN ............................................................. 32

3.1 Waktu dan Tempat ................................................................................... 32

3.2 Bahan dan Alat ........................................................................................ 32

3.2.1 Bahan ...................................................................................................... 32

3.2.2 Alat .......................................................................................................... 32


3.3 Metode Pengumpulan Data ...................................................................... 33

3.4 Pengamatan dan Tahap Pengujian ............................................................ 33

3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ........................................... 34

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin ........................................ 37

3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ...................................................... 42

BAB IV ANALISA HASIL DAN PENGUJIAN ................................................. 44

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ......................................................... 44

4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin ............................................. 47

4.2.1 Torsi ........................................................................................................ 47

4.2.2 Daya ........................................................................................................ 52

4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 55

4.2.4 Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) ....................................... 59

4.2.5 Effisiensi Volumetris ............................................................................... 63

4.2.6 Effisiensi Thermal Brake ......................................................................... 66

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang ..................................................................... 70

4.3.1 Kadar Carbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang .................................. 70

4.3.2 Kadar Carbon Dioksida (CO2) Dalam Gas Buang .................................... 72

4.3.3 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) Dalam Gas Buang........................ 74

4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) Dalam Gas Buang ............................................. 77

4.4 Analisa Perhitungan Harga Gasohol BE-5 dan BE-10 .............................. 79

4.5 Hasil Pengujian ........................................................................................ 80

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................... 83

5.1 Kesimpulan ............................................................................................... 83

5.2 Saran ......................................................................................................... 84

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati

atau karbohidrat dan tetes menjadi bioetanol ........................................ 6

Tabel 2.2 Sifat-sifat bahan bakar dari bioetanol, gasoline, dan butil eter ................ 13

Tabel 2.3 Perbandingan emisi bahan pencemar dari campuran bioetanol

dan premium .......................................................................................... 17

Tabel 2.4 Perbandingan harga premium di Amerika Serikat dan Indonesia ............ 17

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Bensin TD4A 024 4-langkah ..................................... 38

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 241 Instrumen Unit ................................................... 39

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter .......................... 45

Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung langsung unit instrumentasi

untuk bahan bakar premium pada putaran yang bervariasi ...................... 47


untuk bahan bakar gasohol BE-5 pada putaran yang bervariasi ............... 48


untuk bahan bakar gasohol BE-10 pada putaran yang bervariasi ............. 49

Tabel 4.5 Hasil perhitungan daya .......................................................................... 53

Tabel 4.6 Hasil perhitungan konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) ......................... 57

Tabel 4.7 Hasil perhitungan perbandingan udara dan bahan bakar (AFR) .............. 61

Tabel 4.8 Hasil perhitungan efisiensi volumetris ................................................... 64

Tabel 4.9 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake .............................................. 67

Tabel 4.10 Kadar CO dalam emisi gas buang ........................................................ 70

Tabel 4.11 Kadar CO2 dalam gas buang ................................................................ 72

Tabel 4.12 Kadar UHC dalam gas buang ............................................................... 75

Tabel 4.11 Kadar sisa oksigen O2 dalam gas buang ............................................... 77

Tabel 4.14 Hasil uji nilai kalor atas bahan bakar (HHV) ....................................... 80

Tabel 4.15 Hasil uji performansi untuk beban 10 kg .............................................. 80

Tabel 4.13 Hasil uji performansi untuk beban 25 kg .............................................. 80

Tabel 4.13 Perbandingan kondisi performansi ....................................................... 81


Tabel 4.13 Hasil uji emisi gas buang untuk beban 10 kg........................................ 81

Tabel 4.13 Hasil uji emisi gas buang untuk beban 25 kg........................................ 82

Tabel 4.13 Perbandingan kondisi emisi gas buang ................................................ 82


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol ..................................... 9

Gambar 2.2 Proses Produksi Bioetanol dari bahan berpati .................................. 11

Gambar 2.3 Diagram alir proses pembuatan Bioetanol dari ubi kayu .................. 11

Gambar 2.4 Daur ulang karbondioksida pada siklus Bioetanol ........................... 17

Gambar 2.5 Siklus Otto Ideal ............................................................................. 19

Gambar 3.1 Bom Kalorimeter ............................................................................ 34

Gambar 3.2 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar ............................... 36

Gambar 3.3 Mesin Uji TD4A 024 ...................................................................... 37

Gambar 3.4 TD4A 024 4-Stroke Bensin Engine ................................................. 37

Gambar 3.5 TD4A 024 Instrumentatio Unit ....................................................... 38

Gambar 3.6 Diagram alir pengujian performansi motor bakar bensin ................. 41

Gambar 3.7 Autologic gas analyzer .................................................................... 42

Gambar 3.8 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar bensin ........... 43

Gambar 4.1 Grafik hasil pengujian bom kalorimeter .......................................... 46

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg ...................................... 50

Gambar 4.3 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 25 kg ...................................... 51

Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg ...................................... 53

Gambar 4.5 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg ...................................... 54

Gambar 4.6 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg ......................................... 57

Gambar 4.7 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg ......................................... 58

Gambar 4.8 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ........................................... 60

Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg ...................................... 62

Gambar 4.10 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg ...................................... 62

Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 10 kg .............. 65

Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran untuk beban 25 kg .............. 65

Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran untuk beban 10 kg ........ 68

Gambar 4.14 Grafik Efisiensi Thermal Brake vs Putaran untuk beban 25 kg ........ 68

Gambar 4.15 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 10 kg .............................. 71


Gambar 4.16 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 25 kg .............................. 71

Gambar 4.17 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 10 kg ............................. 73

Gambar 4.18 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 25 kg ............................. 73

Gambar 4.19 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 10 kg ........................... 75

Gambar 4.20 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 25 kg ........................... 76

Gambar 4.21 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg ............................... 77

Gambar 4.22 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 25 kg ............................... 78


DAFTAR NOTASI

Simbol Arti Satuan

AFR Air Fuel Ratio

Cv Panas jenis bom kalorimeter kJ/kg 0C

HHV Nilai kalor atas kJ/kg

LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kJ/kg

M Persentase kandungan air dalam bahan

bakar (moisture) .

fm laju aliran bahan bakar kg/jam

ma laju aliran masa udara kg/jam

n Putaran mesin rpm

GP Daya keluaran Watt

Qin Kalor masuk ke ruang bakar J/kg

Qout Kalor yg dibuang pada proses exhaust. J/kg

R konstanta gas J/ kg.K

Sfc konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h

fsg Spesific gravity

T Torsi N.m

Ta Temperatur udara K

Tkp Kenaikan temperatur akibat kawat penyala 0C

T1 Temperatur air pendingin sebelum penyalaan 0C

T2 Temperatur air pendingin sesudah penyalaan 0C

ft Waktu untuk menghabiskan bahan

bakar sebanyak volume uji s

Pa Tekanan udara Pa

Vs Volume langkah torak m3

Vf Volume bahan bakar yang diuji ml


Simbol Yunani

Simbol Arti Satuan

a Kerapatan udara kg/m3

v Efisiensi volumetrik %

b Effisiensi thermal brake %


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Suatu saat bahan bakar fosil yang ditambang dari perut bumi akan habis,

mengingat bahwa bahan bakar fosil merupakan bahan bakar yang tidak dapat

diperbarui (unrenewable). Minyak bumi merupakan salah satu bahan bakar fosil,

dimana suplai sudah semakin berkurang. Hal ini yang membuktikan bahwa cadangan

minyak bumi sudah semakin menipis. Penggunaan bahan bakar fosil juga telah

menimbulkan dampak negatif pada lingkungan. Perubahan suhu yang semakin

meningkat merupakan permasalahan yang sangat mengkhawatirkan bagi dunia pada

saat ini. Hal ini disebut dengan pemanasan global (global warming) yaitu adanya

proses peningkatan suhu rata-rata atmosfer, laut, dan daratan bumi. Suhu rata-rata

global pada permukaan bumi telah meningkat 0,74 0,18C (1,33 0,32F) selama

seratus tahun terakhir. Pemanasan global juga disebabkan peningkatan jumlah emisi

gas rumah kaca di atmosfer. Dimana yang termasuk dalam kelompok gas rumah kaca

adalah karbondioksida (CO2), metana (CH4), dinitro oksida (N2O), hidrofluorokarbon

(HFC), perfluorokarbon (PFC), dan sulfur heksafluorida (SF6). Jenis gas rumah kaca

yang memberikan sumbangan paling besar bagi emisi gas rumah kaca adalah

karbondioksida (CO2). Sementara, untuk gas rumah kaca lainnya (HFC, PFC, dan

SF6) hanya menyumbang kurang dari 1% [38].

Salah satu sumber penyumbang karbondioksida adalah pembakaran bahan

bakar fosil. Penggunaan bahan bakar fosil mulai meningkat pesat sejak revolusi

industri pada abad ke-18. Pada saat itu, batu bara menjadi sumber energi dominan

untuk kemudian digantikan oleh minyak bumi pada pertengahan abad ke-19. Sumber

utama penghasil emisi karbondioksida secara global ada 2 macam. Pertama,

pembangkit listrik bertenaga batu bara. Kedua, pembakaran kendaraan bermotor.

Emisi gas rumah kaca harus dikurangi, jadi harus dibangun sistem industri dan

transportasi yang tidak bergantung pada bahan bakar fosil yaitu minyak bumi dan

batu bara. Maka untuk mengatasi hal ini diperlukan sumber energi alternatif yang


dapat mengurangi penggunaan bahan bakar fosil sekaligus dapat mengurangi emisi

karbondioksida. Salah satu sumber energi yang dapat mengurangi pengunaan bahan

bakar fosil adalah bahan bakar nabati yaitu bioetanol [39].

Bioetanol adalah alkohol yang diproduksi dari tumbuh-tumbuhan dengan

menggunakan mikroorganisme melalui proses fermentasi. Pengenalan energi

alternatif ini juga merupakan upaya untuk mengurangi penggunaan bahan bakar

minyak di Indonesia. Bioetanol merupakan bentuk sumber energi alternatif yang

menarik untuk dikembangkan karena kelimpahannya di Indonesia dan sifatnya yang

dapat diperbarui. Ada 3 kelompok bahan penghasil bioetanol yaitu nira bergula, pati,

dan bahan serat alias lignoselulosa. Semua bahan baku bioetanol itu mudah

didapatkan dan dikembangkan di Indonesia yang memiliki lahan luas dan subur [2].

Di Indonesia saat ini, penggunaan etanol sudah digunakan secara luas. Selain

digunakan sebagai campuran premium, etanol juga digunakan dalam dunia industri

sebagai pelarut (solven) dan juga sebagai bahan baku industri kimia yang lain seperti

pembuatan etil asetat [28].

Hampir semua industri memerlukan etanol antara lain industri makanan dan

minuman, bidang kedokteran, farmasi, dan lain-lain. Data perkembangan konsumsi

etanol dunia dari tahun 1975, menunjukkan bahwa peningkatan konsumsi terbesar

diakibatkan penggunaan etanol sebagai bahan bakar. Saat ini konsumsi etanol sebagai

bahan bakar terutama di Brazil, Amerika Serikat, Kanada, Uni Eropa dan Australia

berkisar 63-67% dari total penggunaan bahan bakar di dunia. Perlu pula dicatat

bahwa 95% dari etanol yang diproduksi di dunia sekarang ini adalah bioetanol [6].

Penggunaan premium telah menimbulkan emisi berbagai gas-gas yang

menjadi polutan berbahaya di udara. Disamping itu, bahan aditif timbal yang selama

ini digunakan sebagai peningkat angka oktan (octane enhancer) pada premium ikut

berkontribusi terhadap pencemaran udara tersebut. Penggunaan MTBE (Methyl

Tertiary Buthyl Ether) sebagai pengganti TEL (Tetra Ethyl Lead) merupakan upaya

untuk mengurangi pencemaran lingkungan, namun bahan tersebut harus diimpor, dan

penggunaannya sudah mulai dilarang di berbagai negara. Bioetanol dapat

menggantikan fungsi dari TEL (Tetra Ethyl Lead) dan MTBE (Methyl Tertiary


Buthyl Ether) sebagai campuran pada premium. Bioetanol memiliki angka oktan 117

atau lebih tinggi dibanding bensin yang hanya 87-88, sehingga campuran

premium-bioetanol secara langsung akan meningkatkan angka oktan [42].

1.2 Tujuan Pengujian

1. Untuk memperoleh perbandingan nilai kalor pembakaran bahan bakar

premium dengan nilai kalor pembakaran bahan bakar campuran

premium-bioetanol (Gasohol BE-5 dan BE-10).

2. Untuk memperoleh perbandingan unjuk kerja motor bakar berbahan bakar

premium dengan campuran premium-bioetanol (Gasohol BE-5 dan BE-10).

3. Untuk memperoleh perbandingan komposisi dari beberapa emisi gas buang motor

bakar berbahan bakar premium dengan campuran premium-bioetanol (Gasohol

BE-5 dan BE-10).

1.3 Manfaat Pengujian

1. Untuk memperoleh campuran yang paling baik dari premium-bioetanol dengan

pertimbangan ekonomis dan ramah lingkungan.

2. Memotivasi masyarakat, para petani pada khususnya, dalam memanfaatkan lahan

kosong untuk areal penanaman bahan baku bioetanol.

3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa negara

terhadap anggaran subsidi bahan bakar premium.

4. Memberikan pertimbangan terhadap pemerintah untuk mengurangi

ketergantungan bahan bakar fosil khususnya premium.

1.4 Ruang lingkup Pengujian 1. Bioetanol yang digunakan adalah bioetanol yang berbahan baku ubi kayu.

2. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bahan bakar

adalah Bom Kalorimeter.


3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar bensin

adalah Mesin Bensin 4-langkah dengan 4-silinder (TecQuipment type.TD4A 024)

pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

4. Unjuk kerja mesin bensin yang dihitung adalah:

- Daya (Brake Power)

- Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio)

- Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumtion)

- Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency)

- Efisiensi termal brake (Brake Thermal Effeciency)

5. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui komposisi emisi gas buang motor

bakar bensin adalah Autologic Gas Analyzer

6. Senyawa gas buang motor bakar bensin yang diamati adalah karbon monoksida

(CO), karbon dioksida (CO2), unburned hidrokarbon (UHC) dan oksigen (O2).

7. Pada pengujian unjuk kerja dan pengamatan komposisi emisi gas buang motor

bakar bensin, dilakukan variasi putaran dan beban yang meliputi:

- Variasi putaran : 2000-rpm, 2500-rpm, 3000-rpm, 3500-rpm , 4000-rpm

- Variasi beban : 10 kg dan 25 kg.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tulisan ini, maka dilakukan

pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima bab,

BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup

pengujian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang diperoleh dari

literatur untuk mendukung pengujian. BAB III METODOLOGI PENGUJIAN, berisi

metode pengujian, peralatan dan perlengkapan yang digunakan serta prosedur kerja

dari pengujian yang dilakukan. BAB IV DATA DAN ANALISA, berisi data hasil

pengujian, perhitungan dan analisa terhadap data hasil pengujian.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan

saran-saran.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bioetanol

Bioetanol adalah etanol yang dihasilkan dari fermentasi glukosa yang

dilanjutkan dengan proses destilasi. Etanol merupakan kependekan dari etil alkohol

(C2H5OH); sering pula disebut grain alcohol atau alkohol. Wujud dari etanol berupa

cairan yang tidak berwarna, mudah menguap dan mempunyai bau yang khas. Berat

jenisnya adalah sebesar 0,7939 g/mL, dan titik didihnya 78,320oC pada tekanan

766 mmHg. Sifat lainnya adalah larut dalam air dan eter, serta mempunyai panas

pembakaran 7093.72 kkal. Etanol digunakan dalam beragam industri seperti sebagai

bahan baku industri turunan alkohol, campuran untuk minuman keras seperti sake

atau gin, bahan baku farmasi dan kosmetik, dan campuran bahan bakar kendaraan,

peningkat oktan, dan bensin alkohol (gasohol) [34].

Pemakaian etanol sebagai sumber energi dalam industri dan kendaraan akan

sangat mengurangi pembuangan gas CO2 yang mengakibatkan pemanasan

global. Cepat atau lambat sumber minyak (fosil fuel) akan habis karena depositnya

terbatas. Minyak bumi merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui.

Keterbatasan itu mendorong negara industri melirik etanol (biofuel) sebagai sumber

energi altenatif. Selain terus-menerus dapat diproduksi oleh mikroorganisme, etanol

juga ramah lingkungan [3].

Beberapa keunggulan dari penggunaan etanol sebagai bahan bakar [43] yaitu:

1. Diproduksi dari tanaman yang bersifat renewable.

2. Mengandung kadar oksigen sekitar 35% sehingga dapat terbakar lebih sempurna.

3. Penggunaan gasohol dapat menurunkan emisi gas rumah kaca.

4. Pembakaran tidak menghasilkan partikel timbal dan benzena yang bersifat

karsinogenik (penyebab kanker).

5. Mengurangi emisi fine-particulates yang membahayakan kesehatan manusia.

6. Mudah larut dalam air dan tidak mencemari air permukaan dan air tanah.


Proses destilasi dapat menghasilkan etanol dengan kadar 95%, untuk

digunakan sebagai bahan bakar perlu lebih dimurnikan lagi hingga mencapai 99,5%

yang sering disebut Fuel Grade Ethanol (FGE). Mengingat pemanfaatan etanol yang

beraneka ragam, maka kadar etanol yang dimanfaatkan harus berbeda sesuai dengan

penggunaannya. Etanol yang mempunyai kadar 90-96,5% dapat digunakan pada

industri, sedangkan etanol yang mempunyai kadar 96-99,5% dapat digunakan sebagai

campuran untuk miras dan bahan dasar industri farmasi. Etanol yang dimanfaatkan

sebagai campuran bahan bakar untuk kendaraan yang harus betul-betul kering dan

anhydrous supaya tidak korosif, sehingga etanol harus mempunyai kadar

sebesar 99,5-100%. Perbedaan besarnya kadar akan berpengaruh terhadap proses

pengolahan karbohidrat menjadi glukosa larut air [4].

2.2 Pembuatan Bioetanol

Pembuatan bioetanol yang menggunakan bahan baku tanaman yang

mengandung pati, dilakukan dengan cara mengubah pati menjadi gula (glukosa) larut

air. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat dan tetes

menjadi bioetanol ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau karbohidrat dan

tetes menjadi bioetanol

Bahan Baku Kandungan

Gula dalam

Bahan Baku

(kg)

Jumlah Hasil

Konversi

Bioetanol (liter)

Perbandingan

Bahan Baku

dan Bioetanol Jenis Konsumsi (kg)

Ubi Kayu 1000 250-300 166,6 6,5:1

Ubi Jalar 1000 150-200 125 8:1

Jagung 1000 600-700 200 5:1

Sagu 1000 120-160 90 12:1

Tetes 1000 500 250 4:1

Sumber : www.geocities.com


Pengubahan pati menjadi gula dapat dilakukan dengan dua metode yaitu

hidrolisa asam dan hidrolisa enzim. Namun, pada saat ini metode yang lebih banyak

digunakan adalah dengan hidrolisa enzim. Pada proses pengubahan pati menjadi gula

larut air yang menggunakan metode hidrolisa enzim dilakukan dengan penambahan

air dan enzim, selanjutnya dilakukan proses fermentasi gula menjadi etanol dengan

menambahkan ragi. Reaksi yang terjadi pada proses produksi bioetanol secara

sederhana ditujukkan pada reaksi 1 dan 2 [30] dibawah ini:

(C6H10O5)n + H2O N C6H12O6 (1)

(pati) enzim (glukosa)

(C6H12O6)n 2 C2H5OH + 2 CO2 (2)

(glukosa) ragi (etanol)

Secara sederhana teknologi proses produksi bioetanol yang menggunakan

bahan baku ubi kayu dapat dibagi dalam tiga tahap, yaitu gelatinasi, sakharifikasi, dan

fermentasi. Pada proses gelatinasi ubi kayu dihancurkan kemudian ditambahkan air

sehingga akan diperoleh bubur ubi kayu, dimana pati yang dihasilkan diperkirakan

mencapai 27-30 %. Kemudian pati yang telah diperoleh dari bubur ubi kayu tersebut

dipanaskan selama 2 jam sehingga berbentuk gel. Pada umumnya, proses gelatinasi

dapat dilakukan dengan 2 cara, yaitu:

1. Bubur pati dipanaskan sampai 130oC selama 30 menit, kemudian didinginkan

sampai mencapai temperatur 95oC yang diperkirakan memerlukan waktu

sekitar 15 menit. Kemudian selama sekitar 75 menit, kondisi temperatur 95oC

tersebut dipertahankan, sehingga total waktu yang dibutuhkan mencapai

2 jam.

2. Pati langsung ditambah enzim termamyl, kemudian dipanaskan sampai

mencapai temperatur 130oC selama 2 jam.


Gelatinasi cara pertama, yaitu cara pemanasan bertahap mempunyai

keuntungan yaitu pada suhu 95oC aktifitas termamyl merupakan yang paling tinggi,

sehingga mengakibatkan ragi cepat aktif. Pemanasan dengan suhu 130oC pada cara

pertama tersebut dimaksudkan untuk memecah granula pati, sehingga lebih mudah

terjadi kontak dengan air dan enzim serta dapat berfungsi untuk sterilisasi bahan,

sehingga bahan tersebut tidak mudah terkontaminasi. Gelatinasi cara kedua, yaitu

cara pemanasan langsung (gelatinasi dengan enzim termamyl) pada temperatur 130oC

menghasilkan hasil yang kurang baik, karena mengurangi dapat mengurangi aktifitas

dari ragi. Hal tersebut disebabkan gelatinasi dengan enzim pada suhu 130oC akan

terbentuk tri-phenyl-furane yang mempunyai sifat racun terhadap ragi. Gelatinasi

pada suhu tinggi tersebut juga akan berpengaruh terhadap penurunan aktifitas

termamyl, karena aktifitas termamyl akan semakin menurun setelah melewati suhu

95oC. Selain itu, tingginya temperature tersebut juga akan mengakibatkan half life

dari termamyl semakin pendek, sebagai contoh pada temperature 93oC, half life dari

termamyl adalah 1500 menit, sedangkan pada temperature 107oC, half life termamyl

tersebut adalah 40 menit. Hasil gelatinasi dari ke dua cara tersebut didinginkan

sampai mencapai temperatur 55oC, kemudian ditambah SAN untuk proses

sakharifikasi dan selanjutnya difermentasikan dengan menggunakan ragi. Ragi yang

sering digunakan dalam fermentasi alkohol adalah Saccharomyces cerevisiae, karena

jenis ini dapat berproduksi tinggi, toleran terhadap alkohol yang cukup tinggi

(12-18%), tahan terhadap kadar gula yang tinggi dan tetap aktif melakukan

fermentasi pada suhu 4-32oC [31].

Proses fermentasi dimaksudkan untuk mengubah glukosa menjadi bioetanol.

Mekanisme reaksi pada proses fermentasi dapat dilihat pada Gambar 2.1. Pada saat

keadaan aerob asam piruvat diubah menjadi asetil-koenzimA. Tetapi karena ragi

Saccharomyzes ceraviseze dalam keadaan anaerob, asam piruvat diubah menjadi

etanol dengan bantuan piruvat dekarboksilase dan alkohol dehidrogenase melalui

proses fermentasi alkohol [19].


C

O

O

C O

CH3

piruvat dekarboksilase

CO2

C

O

H

CH3

alcohol dehidrogenase

NADH NAD+

CH2 OH

CH3

Pyruvat Acetaldehida Ethanol Lehninger, A. L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia, hal 18.

Gambar 2.1 Reaksi pengubahan piruvat menjadi alkohol.

Bioetanol yang dihasilkan dari proses fermentasi biasanya masih mengandung

gas-gas antara lain CO2 dan aldehyde. Gas CO2 pada hasil fermentasi tersebut

biasanya mencapai 35 %, sehingga untuk memperoleh bioetanol yang berkualitas

baik, maka bioetanol tersebut harus dibersihkan dari gas tersebut. Proses pembersihan

CO2 dilakukan dengan menyaring bioetanol yang terikat oleh CO2, sehingga dapat

diperoleh bioetanol yang bersih dari gas CO2. Pada umumnya bioetanol atau alkohol

yang dihasilkan dari proses fermntasi yang mempunyai kemurnian sekitar 30 40%,

sehingga harus dimurnikan lagi. Agar mendapatkan kadar bioetanol lebih dari 95%

dan dapat dipergunakan sebagai bahan bakar, alkohol hasil fermentasi yang

mempunyai kemurnian sekitar 30 40% tersebut harus melewati proses destilasi

untuk memisahkan alkohol dengan air [32].

Destilasi merupakan pemisahan larutan berdasarkan titik didihnya. Titik didih

etanol murni adalah 78oC sedangkan air adalah 100oC. Dengan memanaskan larutan

pada suhu rentang 78 100oC akan mengakibatkan sebagian besar etanol menguap

[29]. Destilasi fraksinasi merupakan pemisahan atau pengambilan uap dari setiap

tingkat yang berbeda dalam kolom destilasi. Produk yang lebih berat diperoleh di

bagian bawah, sedangkan yang lebih ringan akan keluar dari bagian atas kolom. Dari

hasil destilasi ini, kadar bioetanolnya berkisar antara 95-96%. Namun, pada kondisi

tersebut campuran membentuk azeotrope, yang artinya campuran alkohol dan air

sukar untuk dipisahkan. Untuk memperoleh bioetanol dengan kemurnian lebih tinggi


dari 99,5% atau yang umum disebut Fuel Grade Ethanol, masalah yang timbul adalah

sulitnya memisahkan hidrogen yang terikat dalam struktur kimia alkohol dengan cara

destilasi biasa, oleh karena itu untuk mendapatkan Fuel Grade Etanol dilaksanakan

pemurnian lebih lanjut dengan cara azeotropic destilasi.

Untuk menghasilkan anhydrous alcohol, kondisi azeotrope harus dipecahkan

dengan bahan pelarut lain. Bahan pelarut yang biasa digunakan adalah benzene atau

n-hexane. Cara lain yang umum dipakai adalah desiccants process dan molecular

sieves. Pada proses desiccant, untuk mendapatkan anhydrous alcohol digunakan

bahan kimia yang sifatnya stabil yang bereaksi hanya dengan air, dan tidak bereaksi

dengan alkohol. Contohnya adalah kalsium oksida. Reaksi antara CaO dengan air

mengeluarkan panas, sehingga perlu rancangan khusus pada kolomnya. Selain itu

berbagai macam pati juga dapat dipakai sebagai dessicant. Molecular sieves adalah

kristal aluminosilikat, merupakan bahan penyaring yang tidak mengalami hidrasi

maupun dehidrasi pada struktur kristalnya. Molekul penyaring ini secara selektif

menyerap air, karena lubang kristalnya mempunyai ukuran lebih kecil dibanding

ukuran molekul alkohol, dan lebih besar dibandingkan molekul air. Alkohol yang

berbentuk cair maupun uap dilewatkan kolom yang berisi bahan penyaring, air akan

tertahan dalam bahan tersebut dan akan diperoleh alkohol murni. Biasanya proses ini

menggunakan dua kolom, kolom kedua untuk aliran uap alkohol sedangkan pada

kolom pertama setelah proses dialirkan udara atau gas panas untuk menguapkan

air [40].

Pada industri pembuatan etanol, juga akan diperoleh hasil lain, baik yang

dapat dimanfaatkan langsung maupun harus diproses lebih lanjut. Hasil samping

tersebut antara lain stillage, karbondioksida, dan minyak fusel. Stillage adalah sisa

destilasi yang tertinggal dalam kolom bagian bawah dan masih bercampur dengan air.

Stillage tersebut masih banyak mengandung bahan-bahan organik yang tidak

terfermentasikan. Stillage dari proses destilasi jumlahnya cukup besar, yaitu 10-13

kali jumlah alkohol yang dihasilkan. Mengingat bahan yang terkandung di dalamnya,

maka stillage dapat dimanfaatkan sebagai pupuk, makanan ternak dan biogas.

Sedangkan gas karbondioksida yang dihasilkan selama proses fermentasi biasanya


diserap dan dimurnikan kemudian ditekan menjadi bentuk cair. Minyak fusel yang

pada prinsipnya merupakan campuran n-amyl, n-butyl, isobutyl, n-propyl dan iso-

propyl alkohol juga asam-asam, ester maupul aldehid, dapat digunakan sebagai bahan

baku kimia, bahan pelarut dan bahan bakar [41].

Sumber: www.agribisnis.deptan.go.id

Gambar 2.2 Proses produksi bioetanol dari bahan berpati.

Sumber: www.agribisnis.deptan.go.id

Gambar 2.3 Diagram alir proses pembuatan bioetanol dari ubi kayu.


2.4 Manfaat Bioetanol

Pada dasarnya etanol dapat diperoleh melalui 2 cara. Pertama, etanol yang

diperoleh melalui proses fermentasi dengan bantuan mikroorganisme. Kedua, etanol

diperoleh dari hasil sintesa etilen. Bioetanol dapat digunakan untuk berbagai

keperluan. Bioetanol banyak digunakan dalam industri minuman, kosmetik dan

industri farmasi seperti deterjen, desinfektan dan lain-lain. Alkohol dari produk

petroleum atau dikenal sebagai alkohol sintetis banyak dipakai untuk bahan baku

pada industri acetaldehyde, derivat acetyl dan lain-lain. Selain bioetanol dikenal pula

gasohol, yang merupakan campuran bioetanol dengan premium yang digunakan

sebagai bahan bakar. Brazil, Amerika Serikat, Argentina, Australia, Kuba, Jepang,

Selandia Baru, Afrika Selatan, Swiss dan lain-lain telah mengunakan bahan bakar

alternatif ini untuk digunakan pada kendaraan bermotor [14].

Campuran bioetanol dan premium dapat divariasikan kadarnya. Misalnya

Gasohol BE-10, yang mengandung 10% bioetanol, sisanya premium. Kualitas etanol

yang digunakan tergolong fuel grade etanol yang kadar etanolnya 99%. Etanol

mengandung 35% oksigen dapat meningkatkan efisiensi pembakaran dan mengurangi

emisi gas rumah kaca. Rendahnya biaya produksi bioetanol karena sumber bahan

bakunya merupakan limbah pertanian yang tidak bernilai ekonomis dan berasal dari

hasil pertanian budidaya yang dapat diambil dengan mudah. Dilihat dari proses

produksinya juga relatif sederhana dan murah [15].

Keuntungan lain dari bioetanol adalah nilai oktannya lebih tinggi dari premium

sehingga dapat menggantikan fungsi bahan aditif, seperti Metil Tertiary Butyl Ether

(MTBE) dan Tetra Ethyl Lead (TEL). Kedua zat aditif tersebut telah dipilih

menggantikan timbal pada premium. Etanol absolut memiliki angka oktan (ON) 117,

sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol BE-10 secara proporsional memiliki

ON 92 atau setara Pertamax. Pada komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan

enhancer (aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-negara maju telah

menggeser penggunaan Tetra Ethyl Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl

Ether (MTBE). Hal tersebut terlihat pada Tabel 2.2.


Tabel 2.4 Sifat-sifat bahan bakar dari bioetanol, gasoline dan butil eter.

Sumber : McCormick. 2001. Technical Barriers to the Use of Ethanol in Diesel Fuel. hal 27.

Konsep ini pada awalnya berasal dari keinginan beberapa ahli untuk

mengganti octan booster (zat yang yang dapat menaikkan nilai oktan) dimana pada

awalnya octan booster yang digunakan tersebut adalah dari senyawa timbal, yang kita

kenal dengan TEL (Tetra Ethyl Lead), kemudian mengingat timbal yang digunakan

tidak begitu aman bahkan membahayakan bagi kesehatan manusia, maka muncullah

apa yang kita kenal dengan sebutan MTBE (Methyl Terthier Buthyl Ethylen), dan ada

beberapa senyawa octan booster lainnya yang berasal dari turunan senyawa aromatik,

diperoleh korelasi antara bensin murni dengan bensin yang ditambah (octan booster)

yaitu diketahui dengan penambahan 0,1 gram timbal per 1 liter gasoline mampu

menaikkan angka oktan sebesar 1,52 satuan angka oktan dan diketahui juga bahwa

timbal adalah merupakan komponen dengan harga relatif murah untuk kebutuhan

peningkatan 1 satuan angka oktan dibandingkan dengan menggunakan senyawa

lainnya. Berdasarkan sifat-sifat fisik dari metanol dan etanol, diperoleh bahwa etanol

lebih disukai dibanding metanol karena metanol lebih korosif daripada etanol serta

metanol juga dapat menyebabkan kesukaran untuk starting pada kondisi cuaca dingin

atau vapor lock ketika panas. Oktan metanol dan etanol lebih tinggi dari bensin,

sehingga dengan pencampuran bensin dengan metanol dan etanol diharapkan akan


menaikkan nilai oktan dari bensin dan diharapkan efisiensi mesin juga akan lebih

baik [27].

Perhitungan berikut menunjukkan bahwa kenaikan angka oktan saja belum

tentu menjamin bahwa efisiensi mesin akan lebih baik, berikut analisisnya.

Nilai kalor : Energi yg dilepaskan pada proses pembakaran bahan bakar per-

satuan volume atau per-satuan massanya.

Efisiensi thermal Engine = 1 - (Qout / Qin)

Qout = Kalor yg dibuang pada proses blowdown diruang bakar engine.

Qin = Kalor masuk ke ruang bakar (terjadi pada proses pembakaran bahan bakar).

Semakin besar nilai Qin, maka nilai efisiensi thermal semakin tinggi. Nilai kalor

semakin besar maka nilai Qin semakin besar sehingga semakin tinggi tekanan

pendorong piston di dalam ruang bakar. (nilai kalor untuk etanol = 29,7 MJ/Kg, dan

nilai kalor untuk bensin = 47,3 MJ/Kg).

Hasil perhitungan itu dapat dijelaskan sebagai berikut:

1. Pada bahan bakar dengan nilai oktan rendah, proses penyalaan terjadi ketika

posisi piston masih agak jauh dari TMA (Titik Mati Atas) sehingga arah gerak

piston sempat beberapa saat berlawanan dengan arah tekanan gas pembakaran.

Setelah melewati TMA, maka arah gerak keduanya menjadi searah dan

melakukan kerja positif. Jadi sempat terjadi losses. Proses penyalaan ini terjadi

dengan sendirinya karena tekanan yang tinggi di ruang bakar, dikenal dengan

istilah self ignition/knocking.

2. Pada bahan bakar dengan nilai oktan yang tinggi, proses penyalaan bahan bakar

terjadi ketika piston sudah sangat dekat dengan posisi TMA. Karena itu tekanan

dari gas pembakaran benar-benar digunakan untuk mendorong piston melakukan

kerja positif (dalam hal ini mendorong mobil) karena arah tekanan gas dan gerak

piston searah.


Dengan demikian untuk etanol yang mempunyai nilai oktan tinggi, tekanan

hasil pembakarannya benar-benar digunakan untuk mendorong piston melakukan

kerja positif. Bioetanol dapat langsung dicampur dengan bensin pada berbagai

komposisi untuk meningkatkan efisiensi dan emisi gas buang yang lebih ramah

lingkungan [1].

2. 5 Bioetanol Ramah Lingkungan

Mesin bensin (Otto) dan diesel adalah dua jenis mesin pembakaran dalam

yang paling banyak digunakan di dunia. Mesin diesel memiliki efisiensi lebih tinggi,

tetapi mempunyai tingkat polusi sulfur yang tinggi apabila dibandingkan dengan

mesin bensin. Etanol yang secara teoritik memiliki nilai oktan di atas standar

maksimal bensin, cocok diterapkan sebagai substitusi sebagian ataupun keseluruhan

pada mesin bensin. Terdapat beberapa karakteristik internal etanol yang

menyebabkan penggunaan etanol pada mesin Otto lebih baik daripada bensin. Etanol

memiliki angka research octane 108,6 dan motor octane 89,7. Angka tersebut

(terutama research octane) melampaui nilai maksimal yang mungkin dicapai oleh

bensin (meski setelah ditambahkan aditif tertentu pada bensin). Sebagai catatan,

bensin yang dijual Pertamina memiliki angka research octane 88 [16].

Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya

menghindari terbakarnya campuran udara-bahan bakar sebelum waktunya

(self-ignition). Terbakarnya campuran udara-bahan bakar di dalam mesin Otto

sebelum waktunya akan menimbulkan fenomena ketuk (knocking) yang berpotensi

menurunkan daya mesin, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen

mesin. Selama ini, fenomena ketuk membatasi penggunaan rasio kompresi

(perbandingan antara volume silinder terhadap volume sisa) yang tinggi pada mesin

bensin. Tingginya angka oktan pada etanol memungkinkan penggunaan rasio

kompresi yang tinggi pada mesin Otto. Korelasi antara efisiensi dengan rasio

kompresi berimplikasi pada fakta bahwa mesin Otto berbahan bakar etanol (sebagian

atau seluruhnya) memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan bahan


bakar gasoline. Untuk rasio campuran etanol:gasoline mencapai 60:40 tercatat

peningkatan efisiensi hingga 10 [12].

Etanol memiliki satu molekul OH dalam susunan molekulnya. Oksigen yang

inheren di dalam molekul etanol tersebut membantu penyempurnaan pembakaran

antara campuran udara-bahan bakar di dalam silinder. Ditambah dengan rentang

keterbakaran (flammability) yang lebar, yakni 4,3 19 vol dibandingkan dengan

bensin yang memiliki rentang keterbakaran 1,4 7,6 vol pembakaran campuran

udara-bahan bakar etanol menjadi lebih baik ini dipercaya sebagai faktor penyebab

relatif rendahnya emisi CO dibandingkan dengan pembakaran udara-gasolin, yakni

sekitar 4%. Etanol juga memiliki panas penguapan (heat of vaporization) yang tinggi,

yakni 842 kJ/kg. Tingginya panas penguapan ini menyebabkan energi yang

dipergunakan untuk menguapkan etanol lebih besar dibandingkan gasolin.

Konsekuensi lanjut dari hal tersebut adalah temperatur puncak di dalam silinder akan

lebih rendah pada pembakaran etanol dibandingkan dengan gasolin. Rendahnya emisi

NO, yang dalam kondisi atmosfer akan membentuk NO2 yang bersifat racun,

dipercaya sebagai akibat relatif rendahnya temperatur puncak pembakaran etanol di

dalam silinder. Pada rasio kompresi 7, penurunan emisi NOx tersebut bisa mencapai

33 dibandingkan terhadap emisi NOx yang dihasilkan pembakaran gasolin pada rasio

kompresi yang sama. Dari susunan molekulnya, etanol memiliki rantai karbon yang

lebih pendek dibandingkan bensin, rumus molekul etanol adalah C2H5OH, sedangkan

gasolin memiliki rantai C6-C12 dengan perbandingan antara atom H dan C adalah 2:1.

Pendeknya rantai atom karbon pada etanol menyebabkan emisi UHC pada

pembakaran etanol relatif lebih rendah dibandingkan dengan gasolin, yakni berselisih

hingga 130 ppm. Penggunaan etanol (sebagian atau seluruhnya) pada mesin Otto,

positif menyebabkan kenaikan efisiensi mesin dan turunnya emisi CO, NOx, dan

UHC dibandingkan dengan penggunaan gasolin [17].

Namun perlu dicatat bahwa emisi aldehida lebih tinggi pada penggunaan

etanol, sepeti yang ditunjukkan pada Tabel 2.5. Meskipun demikian bahaya emisi

aldehida terhadap lingkungan lebih rendah daripada berbagai bahaya emisi yang

ditimbulkan dari pembakaran premium.


Tabel 2.5 Perbandingan emisi bahan pencemar dari campuran bioetanol dan premium Emisi E10 E85

Carbon Monoxide (CO) Berkurang 25-30 % Berkurang 40%

Carbo Dioxide (CO2) Berkurang 10% Berkurang 14-102 %

Nitrogen Oxides Berkurang 5% Berkurang 30%

Voltile Organic Compound (VOCs) Berkurang 7% Berkurang 30% lebih

Sulfur Dioxides Beberapa pengurangan Berkurang sampai 80%

Particulates Beberapa pengurangan Berkurang 20%

Aldehydes Meningkat 30-50% Tidak cukup data

Aromatic (benzene dan butadiene) Beberapa pengurangan Berkurang lebih 50% Sumber: www.renewableenergypartners.org

Selain itu, pada prinsipnya emisi CO2 yang dihasilkan pada pembakaran

etanol juga akan dipergunakan oleh tumbuhan penghasil etanol tersebut. Sehingga

berbeda dengan bahan bakar fosil, pembakaran etanol tidak menciptakan sejumlah

CO2 baru ke lingkungan [37].

Sumber: Sheehan, J. 1998. Energy and Environmental Aspects of Using Corn Stover

for Fuel Ethanol, hal 17.

Gambar 2.4 Daur ulang karbondioksida pada siklus bioetanol.


Di Indonesia, bensin yang dijual masih mengandung timbal (TEL) sebesar

0,3 g/L serta sulfur 0,2 % berat, penggunaan etanol jelas lebih baik dari bensin.

Seperti diketahui, TEL adalah salah satu zat aditif yang digunakan untuk

meningkatkan angka oktan bensin dan zat ini telah dilarang di berbagai negara di

dunia karena sifat racunnya. Etanol murni akan bereaksi dengan karet dan plastik.

Oleh karena itu, etanol murni hanya bisa digunakan pada mesin yang telah

dimodifikasi. Dianjurkan untuk menggunakan karet fluorokarbon sebagai pengganti

komponen karet pada mesin Otto konvensional. Selain itu, molekul etanol yang

bersifat polar akan sulit bercampur secara sempurna dengan gasolin yang relatif non-

polar, terutama dalam kondisi cair. Oleh karena itu, modifikasi perlu dilakukan pada

mesin yang menggunakan campuran bahan bakar etanol-gasolin agar kedua jenis

bahan bakar tersebut bisa tercampur secara merata di dalam ruang bakar. Salah satu

inovasi pada permasalahan ini adalah pembuatan karburator tambahan khusus untuk

etanol. Pada saat langkah hisap, uap etanol dan gasolin akan tercampur selama

perjalanan dari karburator hingga ruang bakar memberikan tingkat pencampuran yang

lebih baik [18].

2.5 Motor Bensin

Motor bensin yang mengerakkan mobil penumpang, truk, sepeda motor,

skuter, dan jenis kendaraan lain saat ini merupakan perkembangan dan perbaikan

mesin yang sejak semula dikenal dengan motor Otto. Motor bensin dilengkapi dengan

busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api yang akan

menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini maka motor bensin

disebut juga sebagai Spark Ignition Engine. Sedangkan karburator merupakan tempat

pencampuran udara dan bahan bakar [5].

Pada motor bensin, campuran udara dan bahan bakar yang dihisap ke dalam

silinder dimampatkan dengan torak kemudian dibakar untuk memperoleh tenaga

panas. Gas-gas yang terbakar akan meningkatkan suhu dan tekanan di dalam silinder,

sehingga torak yang berada di dalam silinder akan bergerak turun-naik (bertranslasi)

akibat menerima tekanan yang tinggi.


2.5.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah

Motor bensin dapat dibedakan atas 2 jenis yaitu motor bensin 2-langkah dan

motor bensin 4-langkah. Pada motor bensin 2-langkah, siklus terjadi dalam dua

gerakan torak atau dalam satu putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin

4-langkah, pada satu siklus tejadi dalam 4-langkah. Langkah langkah yang terjadi

pada motor bensin 4 langkah dapat dilihat pada gambar 2.3 dibawah ini:

Gambar 2.5 Siklus Otto Ideal

Langkah-langkah yang terjadi pada motor bensin 4 langkah adalah :

1. Langkah Isap

Pada langkah isap (0 1), campuran udara yang telah bercampur pada

karburator dihisap ke dalam silinder (ruang bakar). Hal ini akan disebabkan

tekanan di dalam silinder lebih rendah dari tekanan udara luar. Pada saat yang

sama, torak akan bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah

(TMB) yang akan menyebabkan kehampaan (vacum) di dalam silinder, maka

dengan demikian campuran udara dan bahan bakar (bensin) akan dihisap ke

dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan menutup dan katup

buang akan menutup.


2. Langkah Kompresi

Pada langkah kompresi (1 2), campuran udara dan bahan bakar yang berada

di dalam silinder dimampatkan oleh torak, dimana torak akan bergerak dari

TMB ke TMA dan kedua katup isap dan buang akan menutup, sedangkan busi

akan memercikan bunga api dan bahan bakar mulai terbakar akibatnya terjadi

proses pemasukan panas pada langkah 2-3.

3. Langkah Ekspansi

Pada langkah ekspansi (3 4), campuran udara dan bahan bakar yang dihisap

telah terbakar. Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga

suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA,

piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga

mekanis ini diteruskan ke poros engkol. Saat sebelum mencapai TMB, katup

buang terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam

silinder turun dengan cepat.

4. Langkah Pembuangan

Pada langkah pembuangan (4 1), torak terdorong ke bawah menuju TMB

dan naik kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah

terbakar di dalam silinder. Selama langkah ini, katup buang membuka

sedangkan katup isap menutup.

Pada motor bensin 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran

penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga [13].

2.5.2 Performansi Motor Bensin

Ada beberapa hal yang mempengaruhi performansi motor bensin, antara lain

besarnya perbandingan kompresi, tingkat homogenitas campuran bahan bakar dengan

udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar.

Semakin besar perbandingan udara motor akan semakin efisien, akan tetapi semakin

besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada motor yang

berpotensi menurunkan daya motor, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada

komponen motor. Untuk mengatasi hal ini maka harus dipergunakan bahan bakar


yang memiliki angka oktan tinggi. Angka oktan pada bahan bakar motor Otto

menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar

sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi. Untuk

memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat

turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.

1. Torsi dan Daya Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

torquemeter yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat torquemeter

yang bertindak seolaholah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang

dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power) [20].

eP = Tn

60..2 ................................................................... (2.1)

dimana: eP = Daya keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm)

T = Torsi (N.m)

2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang

berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan

mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam

satuan kg/jam [25], maka:

Sfc = e

f

Pxm 3

.10 .............................................................. (2.2)

dimana: Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

.

fm = laju aliran bahan bakar (kg/jam).


Besarnya laju aliran massa bahan bakar (.

fm ) dihitung dengan persamaan

[24] berikut:

360010.. 3

xt

Vsgm

f

fff

= ........................................... (2.3)

dimana: fsg = spesific gravity.

fV = volume bahan bakar yang diuji.

ft = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

3. Perbandingan Udara Bahan Bakar (AFR) Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur

dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini

disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan [21] sebagai berikut:

AFR = .

.

f

a

m

m .................................................................... (2.4)

dimana: ma = laju aliran masa udara (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan

membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter

calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara

1013 mbar dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang

diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) [22] berikut:

fC = 3564 x aP x 5,2)114(

a

a

TT +

............................. (2.5)

dimana: Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K)


4. Effisiensi Volumetris Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi

isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu

merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan

sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari

perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada

sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika

memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik ( v ) dirumuskan dengan

persamaan [23] berikut:

v = raklangkah to olumesebanyak v udaraBerat terisapyangsegar udaraBerat

..... (2.6)

Berat udara segar yang terisap = n

ma 2.60

.

...................... (2.7)

Berat udara sebanyak langkah torak = a . sV ........... (2.8)

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi

volumetris:

v = nma.60

.2.

. sa V.

1

................................................... (2.9)

dengan : a = kerapatan udara (kg/m3)

sV = volume langkah torak (m3)

Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat

diperoleh dari persamaan berikut:

a = a

a

TRP.

.................................... (2.10)

dimana: R = konstanta gas (untuk udara = 29.3 kg.m/kg.K)


5. Effisiensi Thermal Brake Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugirugi mekanis

(mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang

dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut

sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, b ) [26].

b = masuk yang panasLaju aktualkeluaran Daya

........................................(2.11)

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut:

Q = .

fm . LHV ..............................................................(2.12)

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg).

Jika daya keluaran ( eP ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar .

fm dalam satuan

kg/jam, maka:

b = LHVm

P

f

e

..

. 3600 ....................................................(2.13)

2.5.3 Teori Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar

setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga

menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama

adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun

umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen

yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran

dari oksigen dan nitrogen. Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam

pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan

menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing

bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan

oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon


dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan

bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon

monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh

pembentukan karbon dioksida [8].

2.5.4 Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan

panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar

sempurna disebut nilai kalor bahan bakar. Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas

laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar,

maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor

bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang

diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan bom kalorimeter dimana hasil

pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar

uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas

latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom kalorimeter adalah temperatur

air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya untuk menghitung nilai

kalor atas, dapat dihitung dengan persamaan [35] berikut:

HHV = (T2 T1 Tkp) x Cv .........................................(2.14)

dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (0C).

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (0C).

Cv = Panas jenis bom kalorimeter (73529.6 kJ/kg 0C).

Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0.05 0C).

Sedangkan nilai kalor bawah dihitung dengan persamaan [36] berikut:

LHV = HHV 3240 ............................................................(2.15)


Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas dapat dihitung bila diketahui

komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong [9]:

HHV = 33950 C + 144200

82

2OH + 9400 S ..............(2.16)

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg).

C = Persentase karbon dalam bahan bakar.

H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar.

O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar.

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar.

Nilai kalor bawah (Low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya

kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu

satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran

sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari

jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses

pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam

bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial

20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg,

sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan

persamaan [10] berikut:

LHV = HHV 2400 (M + 9 H2)......................................(2.17)

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai

kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan

mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga menggunakan nilai kalor


atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian

berdasarkan ASME (American Society of Mechanical Enggineers) menentukan

penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive

Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV) [11].

2.6 Emisi Gas Buang

Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat

diklasifikasikan menjadi beberapa kategori [33] sebagai berikut:

1. Sumber Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer

seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara

bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan

sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang

terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.

2. Komposisi Kimia Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik

mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen,

sulfur atau fosfor, contohnya: hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan

inorganik seperti: karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan

lainnya.

3. Bahan Penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi

padatan dan cairan seperti: debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan

di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur

dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan

fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut

berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi

tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang


merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada

mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam

silinder motor terlalu besar atau apabila butirbutir berkumpul menjadi satu, maka

akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbonkarbon padat atau

angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi

penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder

tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saatsaat dimana terlalu banyak

bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya

untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang

terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan

bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena

campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila

suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang

pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak

hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu

pemanasan.

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang

meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon.

Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki

bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak

masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu).

Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang

mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh

campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.


c.) Carbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon

monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida

(CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa

yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak

berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar

(kirakira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena

kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk

dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau

pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran

udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d.) Nitrogen Oksida (NOx)

Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam

masalah polusi udara adalah NO dan NO2. Kedua senyawa ini terbuang langsung ke

udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO)

merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida

(NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang

berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2

dan O2 pada temperatur tinggi diatas 1210 0C. Persamaan reaksinya adalah sebagai

berikut:

O2 2O

N2 + O NO + N

N + O2 NO + O


2.7 Harga Premium di Indonesia

Harga premium di Indonesia saat ini Rp 4500/liter. Harga premium tersebut

merupakan harga premium yang telah disubsidi dari pemerintah. Pada saat ini, harga

Bahan Bakar Minyak (BBM) tanpa subsidi terus menurun hingga mendekati harga

BBM bersubsidi. Di sebagian lokasi pemasaran PT Pertamina, harga Premium tanpa

subsidi dijual seharga Rp 6043/liter pada awal November 2008.

Pada Tabel 2.4 berikut ditunjukkan perbandingan harga premiun yang dijual

di Stasiun Pengisian Bahan bakar Umum (SPBU) yang ada Amerika Serikat dengan

Indonesia sepanjang tahun 2008. Adapun asumsi yang digunakan adalah:

1. Harga rata-rata premium di AS diambil dari harga mingguan.

2. Harga premium di konversikan dengan rupiah dengan asumsi rata-rata kurs

rupiah terhadap dollar adalah sebagai berikut:

a. Kurs rupiah dari Januari September = Rp 9250/dollar.

b. Kers rupiah dari Oktober Desember = Rp 10800/dollar.

3. Pada bulan Mei, masih menggunakan acuan harga premium dari awal bualn

Januari hingga pertengahan Mei. Kenaikan BBM pada 24 Mei dimasukan

dalam kalkulasi bulan Juni 2008.

Jika harga premium di Amerika Serikat pada bulan Mei 2008 adalah sebesar

Rp 9342.50/liter, maka selisih harga premium di luar negeri dengan harga premium di

Indonesia, dimana harga premium di Indonesia sebesar Rp 4500/liter ini, adalah

Rp 4842.50/liter. Selisih antara harga premium di luar negeri dengan harga premium

di Indonesia inilah yang disebut sebagai subsidi pemerintah.


Tabel 2.4 Perbandingan harga premium di Amerika Serikat dengan Indonesia

Sumber : www.nusantara_news.com

Perbandingan

2008

Harga Amerika Serikat Harga Indonesia

$ /liter Rp/liter Rp/liter

Januari 0.82 7585.00 4500

Februari 0.81 7492.50 4500

Maret 0.87 8047.50 4500

April 0.93 8602.50 4500

Mei 1.01 9342.50 4500

Juni 1.08 9990.00 6000

Juli 1.09 10082.50 6000

Agustus 1.01 9342.50 6000

September 1.00 9250.00 6000

Oktober 0.85 9180.00 6000

November 0.58 6264.00 6000

Desember (minggu ke-1) 0.49 5335.20 5500





BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama kurang lebih 2 bulan.

3.2 Bahan dan Alat

3.2.1 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar premium dan

campuran premium-bioetanol dengan kadar:

1. BE-5 (95% Premium + 5% Bioetanol dalam campuran).

2. BE-10 (90% Premium + 10% Bioetanol dalam campuran).

3.2.2 Alat

Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari:

1. Mesin bensin 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 024 ) merupakan

mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar bensin.

2. Bom kalorimeter untuk menghitung nilai kalor bahan bakar.

3. Autologic gas analyzer untuk menguji emisi gas buang.

4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L,

obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya.

5. Stop watch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk

menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 50 ml.

6. Termometer untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum

masuk dan setelah keluar air cooler.


3.3 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:

a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan

pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian.

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik

bahan bakar bioetanol yang dilakukan oleh PT Medco Etanol Lampung dan data

mengenai karakteristik bahan bakar premium dari PT Pertamina.

Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam

rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan

grafik.

3.4 Pengamatan dan tahap pengujian

Pada penelitian yang akan diamati adalah:

1. Parameter torsi (T) dan parameter daya (PB).

2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc).

3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR).

4. Efisiensi volumetris ( v ).

5. Effisiensi thermal brake ( b ).

6. Parameter komposisi gas buang.

Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu:

1. Pengujian nilai kalor bahan bakar.

2. Pengujian unjuk kerja motor bensin dengan bahan bakar premium murni.

3. Pengujian unjuk kerja motor bensin dengan bahan bakar campuran

premium-bioetanol (gasohol BE-5 dan BE-10).


3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat

uji Bom Kalorimeter.

s

Gambar 3.1 Bom kalorimeter.

Peralatan yang digunakan meliputi :

- Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.

- Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.

- Tabung gas oksigen.

- Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan

ke dalam tabung bom.

- Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 0C.

- Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

- Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

- Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai

penyala pada tabung bom.

- Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji.

- Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

- Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada

dudukannya.

1

2 3

4

5

Keterangan :

1. Tabung gas oksigen 2. Termometer 3. Elektromotor 4. Kalorimeter 5. Tabung bom


Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.

2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada

penutup bom.

3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta

mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar

yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset.

4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi

bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring Osampai rapat.

5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).

6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml.

7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.

8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik.

9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk.

10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.

11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.

12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan

mencatat temperatur air pendingin pada termometer.

13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.

14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan

lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.

15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit

dari penyalaan berlangsung.

16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk

pengujian berikutnya.

17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturutturut.

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.2.


Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar.

Mulai

b Berat sampel bahan

bakar 0,20 gram Volume air

pendingin: 1250 ml Tekanan oksigen 30

Bar

Pengujian = 5 kali

HHVrata - rata = 5

5

1 iiHHV

=

( J/kg) Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat t

09E02482.pdf

Documents

Transcript of 09E02482.pdf