PENGUJIAN KINERJA DAN EMISI GAS BUANG GENSET BENSIN GENERAL 1000 WATT MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIOGAS DARI KOTORAN HEWAN TERNAK

Testing of general gasoline generator 1000 watt performance and exhaust emissions using biogas fuel from animal manure

Proposal ini disusun untuk memenuhi mata kuliah tugas akhir

Disusun oleh :Azhar Fadhilah K.121711006

DEPARTEMEN TEKNIK KONVERSI ENERGIPOLITEKNIK NEGERI BANDUNG2015

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangKebutuhan masyarakat akan energi sangatlah tinggi, baik masyarakat perkotaan maupun masyarakat di daerah pedesaan. Bagi masyarakat perkotaan untuk mendapatkan energi seperti listrik ataupun bahan bakar bukanlah hal sulit, tapi berbeda dengan yang terjadi di pedesaan. Untuk memenuhi kebutuhan energi di pedesaan bisa dilakukan dengan memanfaatkan sumber energi alternatif yang ada di daerahnya.Salah satu sumber energi alternatif yang bisa didapatkan di daerah pedesaan yaitu biogas, karena biasanya di daerah pedesaan masih banyak terdapat peternakan. Sehingga kotoran dari ternak tersebut bisa dimanfaatkan menjadi biogas. Biogas merupakan campuran dari gas metana dan karbon dioksida sehingga bisa dibakar seperti halnya gas elpiji, sehingga biogas ini bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar.Seperti yang telah diketahui bahwa biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar, dan dalam kasus ini biogas digunakan sebagai bahan bakar genset. Sebelum biogas digunakan, terlebih dahulu biogas ditampung didalam tabung bertekanan. Dan untuk mengetahui potensi biogas sebagai bahan bakar alternatif, akan dilakukan pengujian kinerja dan emisi gas buang dari genset yang menggunakan bahan bakar biogas sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar fosil.

1.2 TujuanAdapun tujuan dalam pelaksanaan tugas akhir ini adalah:1. Menghitung dan membandingkan konsumsi bahan bakar dari genset ketika menggunakan bahan bakar biogas dan bensin.2. Mengetahui kinerja (durasi kerja, konsumsi energi, dan efisiensi) dari genset general 1000 watt ketika menggunakan bahan bakar biogas dan bensin.3. Mengetahui emisi gas buang dari genset ketika menggunakan bahan bakar biogas dan bensin.

1.3 Rumusan MasalahMasih banyaknya sumber energi biogas di Indonesia khususnya di pedesaan bisa dimanfaatkan sebagai bahan bakar genset yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan listrik di pedesaan. Permasalahan yang akan dibahas yaitu mengenai konsumsi bahan bakar dari genset yang telah dimodifikasi agar bisa menggunakan bahan bakar biogas. Pengujian yang dilakukan pada genset ini yaitu dengan membandingkan penggunaan dari bahan bakar (konsumsi bahan bakar dan kerja). Serta mengetahui penghematan yang bisa diperoleh dari penggunaan biogas dibanding dengan bensin.

1.4 Batasan MasalahAdapun batasan masalah dalam pelaksaaan tugas akhir ini adalah:1. Pengujian dilakukan pada genset dengan mesin bensin yang telah dimodifikasi agar bisa menggunakan bahan bakar biogas.2. Biogas yang digunakan merupakan biogas yang dihasilkan dari hewan ternak.3. Bensin yang digunakan adalah bensin premium produksi pertamina.4. Rugi-rugi yang ada di genset diabaikan.

1.6 Metodologi1. Studi literaturKegiatan ini dilakukan untuk menambah pengetahuan dan memperkuat dasar pemikiran dalam pengerjaan tugas akhir ini.2. BimbinganDiskusi yang dilakukan dengan pembimbing dari awal pengerjaan hingga akhir penyusunan laporan tugas akhir.3. Pengambilan dataPengambilan data dilakukan secara langsung pada objek yang akan di teliti. Dengan menggunakan alat ukur yang ada di laboratorium, untuk mengetahui beban genset digunakan volt meter dan ampere meter. Dan untuk mengetahui konsumsi bahan bakar menggunakan newton meter, gelas ukur, dan stopwatch. Sedangkan untuk mengetahui putaran generator digunakan tacho meter.4. Analisa dataSetelah data didapatkan kemudian dianalisa untuk mengetahui konsumsi energi dan mengetahui kerja dari genset general 1000 watt.5. Penyusunan laporanLaporan disusun berdasarkan kegiatan yang dilaksanakan di lapangan beserta referensi yang relevan.

BAB IILANDASAN TEORI

2.1Bahan bakarBahan bakaradalah suatu materi apapun yang bisa diubah menjadi energi. Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui prosespembakarandimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas setelah direaksikan dengan oksigendi udara. Proses lain untuk melepaskan energi dari bahan bakar adalah melaluireaksi eksotermaldan reaksi nuklir (sepertiFisi nukliratauFusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnyabensindansolar) sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia. Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah bahan bakar alternatif seperti biomasa.2.1.1BiogasBiogas merupakan gas yang dihasilkan olehaktivitas anaerobikataufermentasidari bahan-bahanorganiktermasuk di antaranya; kotoranmanusiadanhewan, limbah domestik (rumah tangga), sampahbiodegradableatau setiap limbah organik yangbiodegradabledalam kondisi anaerobik. Kandungan utama dalam biogas adalahmetanadankarbon dioksida.Komposisi biogasKomponen%

Metana (CH4)55-75

Karbon dioksida (CO2)25-45

Nitrogen (N2)0-0.3

Hidrogen (H2)1-5

Hidrogen sulfida (H2S)0-3

Oksigen (O2)0.1-0.5

Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas sekitar 6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak diesel. Oleh karena itu Biogas sangat cocok digunakan sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan penggantiminyak tanah,LPG,butana, batu bara, maupun bahan-bahan lain yang berasal darifosil.2.1.2BensinBensinadalah salah satu jenisbahan bakar minyakyang dimaksudkan untukkendaraan bermotorroda dua, tiga, dan empat. Secara sederhana, bensin tersusun darihidrokarbonrantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul yang hanya terdiri darihidrogendankarbonyang terikat antara satu dengan yang lainnya sehingga membentuk rantai.Jika bensin dibakar pada kondisi ideal denganoksigenberlimpah, maka akan dihasilkan CO2, H2O, dan energipanas. Setiap kg bensin mengandung 42.4MJ.Bensin dibuat dariminyak mentah, cairan berwarna hitam yang dipompa dari perut bumi dan biasa disebut denganpetroleum. Cairan ini mengandung hidrokarbon; atom-atom karbon dalam minyak mentah ini berhubungan satu dengan yang lainnya dengan cara membentuk rantai yang panjangnya yang berbeda-beda. Molekul hidrokarbon dengan panjang yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda pula. CH4(metana) merupakan molekul paling ringan; bertambahnya atom C dalam rantai tersebut akan membuatnya semakin berat. Empat molekul pertama hidrokarbon adalahmetana,etana,propana, danbutana. Dalam temperatur dan tekanan kamar, keempatnya berwujud gas, dengantitik didihmasing-masing -107, -67,-43 dan -18 derajat C. Berikutnya, dari C5 sampai dengan C18 berwujud cair, dan mulai dari C19 ke atas berwujud padat.Dengan bertambah panjangnya rantai hidrokarbon akan menaikkan titik didihnya, sehingga pemisahan hidrokarbon ini dilakukan dengan caradistilasi. Prinsip inilah yang diterapkan dipengilangan minyakuntuk memisahkan berbagai fraksi hidrokarbon dari minyak mentah.Bensin memiliki berbagai nama, tergantung pada produsen danOktan. Beberapa jenis bensin yang dikenal diIndonesiadi antaranya: Premium, produksiPertaminayang memilikiOktan88. Pertamax, produksiPertaminayang memilikiOktan92. Pertamax Plus, produksiPertaminayang memilikiOktan95.

2.2Mesin bensinMesin bensinataumesin OttodariNikolaus Ottoadalah sebuah tipemesin pembakaran dalamyang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis. Mesin bensin berbeda denganmesin dieseldalam metode pencampuran bahan bakar dengan udara, dan mesin bensin selalu menggunakan penyalaan busi untuk proses pembakaran.

Gambar 2.1 Mesin bensinSumber: http://thofayox.blogspot.sg/2011/06/perbedaan-mesin-bensin-dan-diesel.html

Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi di luar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin.Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup: Sistem bahan bakar(fuel system). Sistem pengapian(ignition system). Sistem pemasukanudara dalam ruang bakar (intake system). Sistem pembuanganudara hasil pembakaran (exhaust system). Sistem katup(valve mechanism) Sistem pelumasan(lubricating system) Sistem pendinginan(cooling system). Sistem penyalaan(starting system).

2.2.1 Motor bakar 4 langkahMotor bakar empat langkahadalah mesin pembakaran dalam, yang dalam satu kali siklus pembakaran akan mengalami empat langkahpiston. Sekarang ini, mesin pembakaran dalam pada mobil, sepeda motor, truk, pesawat terbang, kapal, alat berat dan sebagainya, umumnya menggunakan siklus empat langkah.

Gambar 2.2 Mesin 4 langkahSumber: http://jangkasorongsteamsago.blogspot.sg/2014/07/motor-bakar-4-tak-dan-2-tak.html

Empat langkah tersebut meliputi langkah hisap (pemasukan), kompresi, tenaga dan langkah buang. Yang secara keseluruhan memerlukan dua putaran poros engkol (crankshaft) per satu siklus padamesin bensinataumesin diesel.Prinsip kerja

Gambar 2.3 Prinsip kerja mesin 4 langkahSumber: http://www.vedcmalang.com/pppptkboemlg/index.php/menuutama/otomotif/1037-daya-efektif-pengapian-konvensional-pengapian-elektronik-mesin-5k

Istilah-istilah baku yang berlaku dalam teknik otomotif yang harus diketahui untuk bisa memahami prinsip kerja mesin ini: TMA (titik mati atas) atau TDC (top dead centre):Posisi piston berada pada titik paling atas dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling jauh dari poros engkol (crankshaft). TMB (titik mati bawah) atau BDC (bottom dead centre):Posisi piston berada pada titik paling bawah dalam silinder mesin atau piston berada pada titik paling dekat dengan poros engkol (crankshaft).

Langkah kerja :

Gambar 2.4 Diagram P-V Siklus ottoSumber: http://marwanard.blogspot.sg/2011/11/dasar-kerja-motor-bakar-dalam.html

Langkah ke 1Piston bergerak dari TMA ke TMB, posisi katup masuk terbuka dan katup keluar tertutup, mengakibatkan udara (mesin diesel) atau gas (sebagian besar mesin bensin) terhisap masuk ke dalam ruang bakar. Proses udara atau gas sebelum masuk ke ruang bakar dapat dilihat padasistem pemasukan.Langkah ke 2Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk dan keluar tertutup, mengakibatkan udara atau gas dalam ruang bakar terkompresi. Beberapa saat sebelum piston sampai pada posisi TMA, waktu penyalaan (timing ignition) terjadi (pada mesin bensin berupa nyala busi sedangkan pada mesin diesel berupa semprotan (suntikan) bahan bakar).Langkah ke 3Gas yang terbakar dalam ruang bakar akan meningkatkan tekanan dalam ruang bakar, mengakibatkan piston terdorong dari TMA ke TMB. Langkah ini adalah proses yang akan menghasilkan tenaga.Langkah ke 4Piston bergerak dari TMB ke TMA, posisi katup masuk tertutup dan katup keluar terbuka, mendorong sisa gas pembakaran menuju ke katup keluar yang sedang terbuka untuk diteruskan kelubang pembuangan.

2.3Generator set (Genset)Genset atau kepanjangan dari generator set adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut sebagai generator set dengan pengertian adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu engine dan generator atau alternator. Engine sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.

Engine dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator ( kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar). Gambar 2.5 Genset Sumber: www.shanghaisunshow.cn/product/50404093-210059271/Gasoline_Generator_Set.html

Dalam ilmu fisikia yang sederhana dapat dijelaskan bahwa engine memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnit pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz. Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban akan menghasilkan daya listrik, atau dalam rumusan fisika sebagai P (daya) = V (tegangan) x I (arus), dengan satuan adalah VA atau Volt Ampere. Rumusan fisika yang lebih kompleks lagi dijelaskan bahwa P (daya) = V (tegangan) x I (arus) x CosPhi (faktor daya) dengan satuan Watt.

BAB IIIRENCANA PELAKSANAAN

3.1Rencana Pelaksanaan Tugas AkhirNo. KegiatanJadwal Pelaksanaan Tugas Akhir

Bulan FebruariBulan MaretBulan AprilBulan MeiBulan JuniBulan Juli

123412341234123412341234

1.Studi Literatur

2.Bimbingan

3.Pengujian bahan bakar

4.Pembuatan Laporan

Pelaksanaan tugas akhir akan dilakukan di Laboratorium Departemen Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Bandung.

3.2Parameter PengujianDalam pengujian genset dengan bahan bakar biogas ini dibutuhkan beberapa parameter untuk selanjutnya di analisa, yaitu: Arus keluaran genset [ampere] Tegangan keluaran genset [volt] Putaran generator [rpm] Volume bahan bakar [liter] Waktu pengoperasian

LEMBAR PENGESAHAN PROPOSAL TUGAS AKHIR

PENGUJIAN KINERJA DAN EMISI GAS BUANG GENSET BENSIN GENERAL 1000 WATT MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIOGAS DARI KOTORAN HEWAN TERNAK

Oleh : Azhar Fadhilah K.121711006

Menyetujui :

Pembimbing

TINA MULYA GANTINA, Dra., MTNIP. 19640323 199512 1 001Koordinator Tugas Akhir

I MADE WIWIT KASTAWAN, MTNIP. 19740421 200312 1 002