PengaruhPemakaian Bio Ethanol (SautSiagian) 19

PENGARUH PEMAKAIAN BIO ETHANOL TERHADAP UNJUKKERJA MESIN BENSIN SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF

Saut Siagian

Abstract

In paper exploiting bio ethanol as gasoline substitution explain that our dependence upon fosssil fuel causedso many problems now, because of the limitation of fossil fuel in the world. This paper will give a study aboutthe usage of bio ethanol to substitute gasoline or as fuel additive. Bio ethanol is a clean burning, high-octanefuel that produced from renewable sources. Theoretically ethanol will increase the thermal effisiency. Alsodecrease the gasoline harnful emission and extend the availability of fossil fuel in the world especiallygasoline.

Keywords : ethanol, alternative fuel.

PENDAHULUAN.Kelangkaan bahan bakr minyak yang

terjadi belakangan ini dibeberapa daerahmemberikan dampak yang sangat luasdiberbagai sektor kehidupan . Sektor yangpaling cepat terkena dampaknya adalah sektortransportasi. Fluktuasi suplai dan harga minyakbumi seharusnya membuat kita sadar bahwajumlah cadangan minyak yang ada di bumisemakin menipis. Karena minyak bumi adalahbahan bakar yang tidak bisa diperbaharui makakita harus mulai memikirkan bahan bakarpenggantinya. Sebenarnya di Indonesia terdapatbeberapa energi terbarukan yang melimpah ,seperti bio diesel dari tanaman jarak pagar,kelapa sawit maupun kedelai. Atau methanoldan ethanol dari biomassa, tebu, jagung dllyang dapat dipergunakan sebagai penggantibahan bakar bensin.

Selain itu pembakaran bahanbakarfossil ini telah memberikan dampaknegatif terhadap lingkungan. Kulitas udarayang semakin menurun akibat asap pembakaranminyak bumi adalah salah satu efekyang dapatkita lihat dengan jelas. Kemudian efek gasrumah kacayang ditimbulkan oleh gas CO2hasil pembakaran minyak bumi. Seperti kitaketahui pembakaran bahan bakar fossil yangtidak sempurna akan menghasilkan gas CO2,yang lama kelamaan akan menumpuk diatmosfer. Radiasi sinar matahari yangdipancarkan ke bumi , seharusnya dipantulkankembali ke angkasa namun penumpukan CO2ini akan menghalangi pantulan tersebut.Akibatnya radiasi akan kembali diserap olehbumi yang akhirnya meningkatkan temperatur

udara di bumi. Kedua efek tersebut diatashanya sebagian dari efek negatif bahan baqkarfossil yang kemidian masih diikuti serangkaianefek negatif yang lain bagi kehidupan manusia.Oleh karena itu pemakaian suatu bahan bakarterbarukan yang lebih aman bagi lingkunganadalah suatu hal yang mutlak.

MESIN BENSINAda beberapa hal yang mempengaruhi

unjuk kerja mesin bensin, antara lain besarnyaperbanding kompresi, tingkat homogenitascampuran bahan bakar dengan udara, angkaoktan bensin sebagai bahan bakar, tekananudara masuk ruang bakar. Semakin besarperbandingan udara , maka mesin akansemakin efisien, akan tetapi semakin besarperbandingan kompresi akan menimbulkanknocking pada mesin yang berpotensimenurunkan daya mesin, bahkan bisamenimbulkan kerusakan serius pada komponenmesin. Untuk mengatasi hal ini, maka harusdipergunakan bahan bakar yang memilikiangka oktan yang tinggi. Angka oktan padabahan bakar mesin otto menunjukkankemampuannya menghindari terbakarnyacampuran udara bahan bakarsebelum waktunya(self ignition ) yang menimbulkan knockingtadi. Untuk memperbaiki kualitas campuranbahan bakar dengan udara, maka aliran udaradibuat turbulen sehingga diharapkan tingkathomogenitas campuran akan lebih baik.

Mesin bensin empat langkah menjalanisatu siklus tersusun atas empattahapan/langkah.Langkah-langkah tersebut dapat dilihat padagambar berkut ini.

3P

2 4

0 1

TMA TMB V

0 1 : Langkag isap; Campuran udara bahanbakar diisap kedalam ruang bakar (silinder),dimana piston bergerak menuju titik matibawah (TMB) sedangkan katup isap terbuka.1 2 : Langkah kompresi; Piston bergerakmenuju titik mati atas (TMA) sedangkan keduakatup tertutup. Sesaat sebelum piston mencapaiTMA maka bunga api dari busi dipercikkan danbahan bakar mulai terbakar, sehingga terjadiproses pemasukan panas pada langkah 2-3

34 : Langkah expansi; Selama pembakaran,sejumlah energi dibebaskan sehingga suhu dantekanan dalam silinder naik dengan cepat.Setelah mencapai titik mati atas (TMA) pistonakan didorong oleh gas bertekanan tinggi inimenuju TMB ( langkah expansi ). Tenagamekanis ini diteruskan ke poros engkol. Saatsebelum mencapai TMBkatup buang terbuka,gas hasil pembakaran mengalir keluar dantekanan dalam silinder turun dengan cepat.

41 : Langkah pembuangan.Piston bergerakmenuju titik mati atas (TMA) mendorong gasdidalam silinder ke saluran buang.

Pada motor bakar torak, daya yangberguna adalah daya poros, karena poros itulahyang menggerakkan beban. Daya poros itusendiri dibangkitkan oleh daya indikator yangmerupakan daya gas pembakaran yangmenggerakkan torak. Sebagian daya indikatordibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik,misalnya gesekan antara torak dan dindingsilinder dan gesekan antara poros danbantalannya. Disamping itu, daya indikator

harus pula menggerakkan beberapa aksesori,seperti pompa pelumas, pompa air pendinginatau pompa udara pendingin dll.

KARAKTERISTIK BAHAN BAKARETHENOL

Salah satu bahan bakar yang dapatdigunakan untuk menggantikan bensin adalahethanol. Ethanol yang sering juga disebut etilalkohol rumus kimianya adalah CHOH, bersifatcair pada temperatur kamar. Ethanol dapatdibuat dari proses pemasakan fermentasi dandistilasi. Beberapa jenis tanaman seperti tebu,jagung, singkong atau tanaman lain yangkandungan karbohidratnya tinggi.Bahkandalam beberapa penelitian ternyataethanol jugadapat dibuat dari selulosa atau limbah pertanian( biomassa ). Sehingga ethanol memilikipotensi yang cukup cerah sebagai penggantibensin.Beberapa karakteristik bahan bakar yangmempengaruhi kerja mesin bensin adalah : 1).Bilangan oktan; Ethanol memiliki angka oktanyang lebih tinggi dari pada bensin yaituresearch octane 108 dan motor octane 92.Angka oktan pada bahan bakarmesin ottomenunjukkan kemampuannya menghindariterbakarnya campuran udara bahan bakarsebelum waktunya akan menimbulkanfenomena knocking yang berpotensimenurunkan daya mesin, bahkan bisamenimbulkan kerusakan serius pada komponenmesin, 2). Nilai kalor; Nilai kalor suatu bahanbakar menunjukkan seberapa besar energi yangdikandung didalamnya. Nilai kalor ethanolsekitar 67 % nilai kalor bensin, hal ini karenaadanya oksigen dalam struktur ethanol. BerartiPengaruhPemakaian Bio Ethanol (SautSiagian) 20

untuk mendapatkan energi yang sama jumlahethanol yang diperlukan akan lebih besar.Adanya oksigen dalam ethanol jugamengakibatkan campuran menjadi lebih miskin(lean). Jika dibandingkan dengan bensin ,sehingga campuran harus dibuat lebih kayauntuk mendapatkan unjuk kerja yangdiinginkan, 3). Volatility; Volatility suatubahan bakar menunjukkan kemampuannyauntuk menguap. Sifat ini penting karena jikabahan bakar tidak cepat menguap, maka bahanbakar akan sulit tercampur dengan udara padasaat terjadi pembakaran. Zat yang sulitmenguap tidak dapat digunakan sebagai bahanbakar mesin bensin meskipun memiliki nilaikalor yang besar. Namum demikian bahanbakar yang terlalu mudah menguap jugaberbahaya karena mudah terbakar, 4). PanasLaten Penguapan; Ethanol memiliki panaspenguapan (heat of vaporization ) yang tinggi.Ini berarti ketika menguap ethanol akanmemerlukan panas yang lebih besar, dimanapanas ini akan diserap dari silinder sehinggadikhawatirkan temperatur puncak akan rendah.Padahal agar pembakaran terjadi secara efisienmaka temperatur mesin tidak boleh terlalurendah. Pada kenyataanya karena pembakaranberlangsung sangat cepat, maka panas tersebuttidak akan sempat terserap, sehingga denganbahan bakar ethanol penurunan temperaturhanya berkisar antara 20 40 F, 5). Emisi Gasbuang; Ethanol memiliki satu molekul OHdalam susunan molekulnya. Oksigen yanginheren didalam molekul ethanol tersebutmembantu penyempurnaan pembakaran antaracampuran udara bahan bakar dalam silinder.Semakin sempurna pembakaran maka emisiUHC nya akan semakin rendah. Ditambahdengan rentang keterbakaran ( flammahibility )yang lebar yakni 4,3 19 vol.

Dibandingkan dengan gasoline yang memilikirentang keterbakaran 1,4 7,6 vol, pembakarancampuran udara ethanol menjadi lebih baik.Hal inilah yang dipercaya sebagai faktorpenyebab relatif rendahnya emisi COdibandingkan dengan pembakaran udaragasoline.Karena temperatur puncak dalamsilinder lebih rendah dibandingkan denganpembakaran bensin, maka emisi Nox yangdalam kondisi atmosfer akan membentuk NO2yang bersifat racun, juga akan turun. Selain itupendeknya rantai karbon pada ethanolmenyebabkan emisi UHC pada pembakaranethanol relatif lebih rendah dibandingkan

dengan bensin yakni berselisih hingga 130 ppm(Yuksel dkk, 2004 )CAMPURAN ETHANOL DENGANBENSIN

Pemakaian ethanol murni secaralangsung pada mesin bensin akan sulit karenadiperlukan banyak modifikasi. Pada temperaturrendah ethanol akan sulit terbakar sehinggadengan ethanol murni mesin akan sulit starting.Pencampuran ethanol dengan bensin akanmempermudah starting pada temperatur rendah.Sifat ethanol murni yang korosif dapat merusakkomponen mesin seperti aluminium, karet,timah, plastik dll. Mencampur ethanol denganbensin akan menghasilkan gasohol. Komposisicampuran dapat bervariasi. Selama ini pabrikmobil Ford telah mengembangkan mobilberbahan bakar ethanol mulai dari E20 sampaiE85, E20 berarti 20% ethanol dan 80 % bensin.Keuntungan dari pencampuran ini adalahbahwa ethanol cenderung akan menaikkanbilangan oktan dan mengurangi emisi CO2.Berdasarkan penelitian yang telah dilakukanoleh B2TP BPPT dimana gasohol dengan porsibioethanol hingga 20% bisa langsungdigunakan pada mesin ototmotif tanpamenimbulkan masalah teknis dan sangat ramahlingkungan. Kadar C dari hasil uji pada rpm2500 untuk gasohol tercatat 0,76% CO,sedangkan premium 3,66% dan pertamax 2,85%. Satu hal yang harus diteliti lagi adalah padakondisi tertentu bensin agak sulit bercampurdengan ethanol, karena molekul ethanol yangbersifat polar akan sulit tercampur secaramerata dengan bensin yang bersifat non polarterutama dalam kondisi cair Dan ethanol jugacenderung menyerap air yang juga bersifatpolar.

PENGARUH PEMAKAIAN ETHANOLTERHADAP UNJUK KERJA MESIN

Mesin yang berbahan bakar alkoholsecara teoritis akan memiliki unjuk kerja yanglebih tinggi atau minimal sama dengan yangmenggunakan bahan bakar bensin. Hal inidisebabkan oleh karena ethanol memilikibilangan oktan yang lebih tinggi sehinggamemungkinkan penggunaan ratio kompresiyang lebih tinggi pada mesin otto. Korelasiantara efisiensi dengan ratio kompresiberimplikasi pada fakta bahwa mesin ottoberbahan bakar ethanol (sebagian atauseluruhnya) memiliki efisiensi yang tinggidibandingkan dengan bahan bakar bensin(Yuksel dkk,2004). Untuk rasio campuranPengaruhPemakaian Bio Ethanol (SautSiagian) 21

ethanol dan bensin mencapai 60 : 40 tercatatpeningkatan efisiensi hingga 10 %.

Tingkat keekonomian suatu bahanbakar secara langsung tergantung dari seberapakaya campuran udara dan bahan bakarnya danhal ini juga tergantung dari seberapa besarukuran main jet pada karburator. Ethanolmemerlukan campuran yang lebih kaya daripada bensin, tetapi karena bilangan oktannyayang lebih tinggi maka pembakaran ethanollebih efisien. Untuk mengetahui secara diteiltingkat keekonomian ethanol jika dibandingkandengan bensin tentunya diperlukan kajian danpenelitian yang lebih mendalam. Daripenelitian B2TP BPPT konsumsi bahan bakardengan menggunakan gasohol 20 % angkanyamencapai 23 gr / jam dan paramax 20,57gr/jam.MODIFIKASI MESIN

Secara umum ada beberapa modifikasiyang harus dilakukan pada mesin berbahanbakar ethanol atau gasohol salah satunya adalahpada karburator. Diameter main jet orifismenunjukkan seberapa miskin atau kayanyacampuran bahan bakar yang akan masukkedalam ruang bakar, semakin kecil lubangcampuran semakin miskin. Karena ethanolmemerlukan campuran yang lebih kaya makalubang tersebut harus diperbesar. Selain itumungkin akan diperlukan tambahan alat yangmemungkinkan percampuran ethanol denganbensin agar lebih merata.

Untuk memperoleh keuntungan darisifat antiknocking yang dimiliki ethanol makaignition timing harus diubah. Jika padaumumnya mesin yang berbahan bakar bensinwaktu penyalaan adalah 8 10 0 sebelum titikmati atas ( TMA), karena ethanol memilikibilangan oktan yang lebh tinggi, maka ignitiontiming dapat dimajukan.

Masih terkait dengan bilangan oktanhal lain yang dapat dimodifikasi adalahperbandingan kompresi. Agar lebih optimalperbandingan kompresi dapat dinaikkanmenjadi 14 15 atau minimal 12. Namunpengubahan perbandingan kompresi juga harusmemperhatikan kekuatan material lain seperticonecting rod, besring dll.

SIMPULAN1). Karena ethanol memiliki angka oktan yang

lebih tinggi dari pada bensin, makaperbandingan kompresi yang bisa dipakaiharus lebih tinggi sehingga efisiensithermal teoritisnya akan lebih tinggi,sehingga secar teoritis pencampuranethanol dengan bensin akan meningkatkanefisiensi mesin.

2). Kalau dilihat dari sifat fisisnya ethanoldapat terbakar lebih sempurna, sehinggagas buang lebih ramah lingkungan.

3). Karena mesin kendaraan pada umumnyadirancang untuk bahan bakar bensin atausolar, maka mengganti bahan bakardiperlukan penelitian tentang ketahananbahan mesin terhadap bahan bakar lain.

DAFTAR PUSTAKAArismunandar, Wiranto, 2000, Penggerak mula

Motor Bakar Torak, Penerbit ITB,Edisikelima cetakan kesatu, Bandung

Arends, BPM, dan Barendschot, H, 2000,Motor Bensin, Penerbit Erlangga Jakarta.

Cengel, Yunus A, dan Boles, Michael A, 1994Thermodynamika: An EngineringApproach, Mc.Graw-Hill Inc, UnitedState of America.

Anomin, 2004, Petunjuk Praktikum MotorBakar, laboratorium Konversi Energi,jurusan Teknik Mesin, Fakultas TeknikUGM.

Indartono, Yuli,2005 , Bio- Ethanol AlternatifEnergi Terbarukan : Kajian PrestasiMesin dan Implementasi di Lapangan ,http;/www.energi.lipi.go.id

www.wikipedia.com.Alcohol Fuelswww.afde.doe.gov.www.energi.lipi.go.idwww.ethanol.orghttp:/journeytoforever.org/biofuel.library/ethanol.motherearth.

PengaruhPemakaian Bio Ethanol (SautSiagian) 22

Tabel perbandingan beberapa sifat ethanol dengan bensin.

Property Ethanol GasolineChemical formulaComposition % weight

CarbonHydrogenOxygen

Octane NumberResearch OctaneMotor OctaneDensity ( lb / gal )Boiling temp ( F )Freezing point ( F )Flash point ( F )Autoignition Temp ( F )Heating ValueHigher ( BTU / gal )Lower ( BTU / gal )Specific heat ( BTU / lb F )Stoichiometric air / fuel, weight

C2H5OH

52.213.134.7

10892

6.61172

- 173.255793

84100760000,57

9

C4 s/d C10

85 - 8812 - 15

0

90 - 10081 - 90

6.0 6.580 437

- 40- 45495

124800115000

0.4814.7

Sumber : www.afde.doe.gov

PengaruhPemakaian Bio Ethanol (SautSiagian) 23