analisa performa mesin dan kadar emisi gas buang …eprints.ums.ac.id/60793/2/halaman depan...
TRANSCRIPT
i
ANALISA PERFORMA MESIN DAN KADAR EMISI GAS
BUANG KENDARAAN BERMOTOR DENGAN
MEMANFAATKAN BIOETANOL DARI BAHAN BAKU
SINGKONG SEBAGAI BAHAN BAKAR ALTERNATIF
CAMPURAN PERTALITE
TESIS
Diajukan Kepada
Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah Surakarta
Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Guna Memperoleh
Gelar Magister Dalam Ilmu Teknik Mesin
Oleh :
Imam Prasetyo
NIM. U.100.15.0005
PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2018
ii
iii
iv
v
vi
vii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Motto
Jadilah orang yang pantang menyerah dan tak kenal putus asa.
Berharaplah karena dengan harapan pasti ada jalan kehidupan.
Percayalah bahwa yang diberikan Tuhan adalah yang terbaik, yang harus kita
lakukan selanjutnya adalah bersyukur dan menjaganya.
Persembahan
Dengan mengucapkan syukur Kepada-Nya, Tesis ini saya persembahkan kepada :
Ibunda tercinta yang selalu memberikan kasih sayang dan dukungan serta doa
dalam setiap sujud – sujudnya.
Istri dan anakku tersayang yang menjadi penyemangat dalam hidupku.
Almamaterku yang aku banggakan.
viii
ANALISA PERFORMA MESIN DAN KADAR EMISI GAS BUANG
KENDARAAN BERMOTOR DENGAN MEMANFAATKAN BIOETANOL
DARI BAHAN BAKU SINGKONG SEBAGAI BAHAN BAKAR
ALTERNATIF CAMPURAN PERTALITE
Imam Prasetyo¹, Sarjito², Marwan Effendy³
Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A, Yani, Pabelan, Kartasura, Tromol Pos 1, Surakarta, Indonesia
Abstrak
Bahan bakar fosil saat ini keberadaannya semakin langka, dan diperlukan
langkah-langkah pencarian bahan bakar alternatif yang layak untuk menggantikan
bahan bakar minyak, terutama bensin, yang kebutuhannya sangat banyak untuk
kendaraan bermotor. Salah satu bahan bakar alternatif pengganti bensin adalah
bioetanol (BE). Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa bagaimana
performa mesin dan kadar emisi gas buang kendaraan dari variasi jenis busi yang
paling optimal dengan menggunakan bahan bakar campuran bioetanol dari bahan
baku singkong. Dari hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan menggunakan
bahan bakar bioetanol, daya dan torsi yang dihasilkan dari mesin semakin
meningkat seiring meningkatnya kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar.
Lalu pada konsumsi bahan bakar semakin hemat dengan menggunakan bahan
bakar BE 30%, hal ini didasarkan jarak tempuh dengan memakai bahan bakar BE
30% lebih jauh dari pada memakai bahan bakar pertalite 100%. Sedangkan hasil
emisi gas buang pada kendaraan menunjukkan bahwa dengan menggunakan
bahan bakar bioetanol emisi gas buang yang dihasilkan semakin menurun seiring
meningkatnya kadar bioetanol dalam campuran bahan bakar dari pada emisi gas
buang yang dihasilkan dengan menggunakan bahan bakar pertalite 100%. Dan
dibuktikan melalui metode analisa data statistik dengan Varian ANOVA satu jalan
(Uji F) untuk daya, torsi dan kadar emisi HC, didapat nilai F hitung < F tabel,
maka Ho diterima, sehingga hasil dari setiap variasi bahan bakar tidak ada
perbedaan yang signifikan. Namun untuk kadar CO, didapat nilai F hitung > F
tabel, maka Ho ditolak, sehingga hasil dari setiap variasi bahan bakar ada
perbedaan yang signifikan.
Kata Kunci : Bioetanol, Singkong, Performa Mesin, Emisi Gas Buang
¹ Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
² Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
³ Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
ix
ANALISA PERFORMA MESIN DAN KADAR EMISI GAS BUANG
KENDARAAN BERMOTOR DENGAN MEMANFAATKAN BIOETANOL
DARI BAHAN BAKU SINGKONG SEBAGAI BAHAN BAKAR
ALTERNATIF CAMPURAN PERTALITE
Imam Prasetyo¹, Sarjito², Marwan Effendy³
Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A, Yani, Pabelan, Kartasura, Tromol Pos 1, Surakarta, Indonesia
Abstract
Fossil fuels currently its existence is increasingly rare, and necessary steps are
search for fuels to replace petroleum fuels, especially gasoline, which needs very
much to a motor vehicle. One of the alternative fuel substitute for gasoline is
bioethanol (BE). The purpose of this research is to analyze how engine
performance and level exhaust emission of vehicle from variation in the most
optimal spark plug type by using bioethanol fuel from cassava raw material. From
the test results show that by using bioethanol fuel, power and torque generated
from the engine increases with the increase of bioethanol content in the fuel
mixture. Then on fuel consumption is more efficient by using fuel 30% BE, this is
based on distance by using fuel 30% BE farther than using fuel 100% pertalite.
While the results of the exhaust emission on the vehicle show that by using fuel
bioethanol exhaust emissions genereted decreases the increasing as the increase of
bioethanol in fuel mixture than on the exhaust emissions generated by using fuel
100% pertalite. And proved by statistical data analysis method with one way
ANOVA Varian (F test) for power, torque and HC emissions levels, got F value
count < F table, then Ho is accepted, so that the result of each variation of fuel
there is no difference significant. But for the CO, we get F count > F table, then
Ho is rejected, so the result of each variation of fuel there is a difference
significant.
Keywords: Bioethanol, Cassava, Engine Performance, Exhaust Emission
¹ Mahasiswa Magister Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
² Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
³ Dosen Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta
x
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan yang Maha Esa penulis ucapkan karena telah
dapat menyelesaikan naskah tesis yang berjudul “Analisa Performa Mesin Dan
Kadar Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dengan Memanfaatkan Bioetanol
Dari Bahan Baku Singkong Sebagai Bahan Bakar Alternatif Campuran Pertalite”
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Teknik di Program
Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih yang sebesar-
besarnya kepada :
1. Dr. Sofyan Arif, selaku Rektor Universitas Muhammmadiyah Surakarta.
2. Prof. Dr. Bambang Sumardjoko, M.Pd, selaku Direktur Pascasarjana.
3. Tri Widodo Besar Riyadi, ST., M.Sc., Ph.D., selaku Kaprogdi Magister
Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta.
4. Ir. Sarjito, M.T., Ph.D., selaku Pembimbing Utama yang telah
memberikan bimbingan dan motivasi sampai selesainya tesis ini.
5. Marwan Effendy, ST., M.T., Ph.D., selaku Pembimbing Kedua yang telah
memberikan bimbingan dan motivasi sampai selesainya tesis ini.
6. Ir. Hendra, selaku pemilik balai pelatihan Indobioetanol yang telah
memberikan pengetahuan dan pengalaman pembuatan bioetanol.
7. Mas Boby, selaku pemilik bengkel Taruna Motorsport yang telah
memberikan ijin untuk pengujian performa motor dalam pengambilan
data.
8. Pimpinan Perpustakaan yang telah memberikan fasilitas dalam studi
kepustakaan.
9. Dosen-Dosen Program Studi Magister Teknik Mesin Sekolah Pascasarjana
Universitas Muhammadiyah Surakarta yang telah memberikan bekal ilmu
pengetahuan.
10. Segenap Staf Administrasi Sekolah Pascasarjana Universitas
muhammadiyah Surakarta yang telah membantu kelancaran hingga
selesainya tesis ini.
xi
11. Kedua orang tua dan keluarga tercinta yang selalu memotivasi untuk terus
maju.
12. Rekan-rekan Mahasiswa S-2 Program Studi Magister Teknik Mesin
Sekolah Pascasarjana universitas Muhammadiyah Surakarta.
Semoga tesis ini dapat memberikan manfaat bagi pihak-pihak yang
membutuhkannya.
Surakarta, Januari 2018
Penulis
Imam Prasetyo
NIM : U.100.15.0005
xii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL .................................................................................. i
NOTA PEMBIMBING I ............................................................................ ii
NOTA PEMBIMBING II .......................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... v
SURAT PERNYATAAN KEASLIAN TESIS ........................................... vi
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ............................................................ vii
ABSTRAK .................................................................................................. viii
KATA PENGANTAR ................................................................................ x
DAFTAR ISI .............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiv
DAFTAR TABEL ...................................................................................... xvi
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xvii
BAB I PENDAHULUAN ........................................................................... 1
1.1 Latar Belakang ................................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................ 5
1.3 Tujuan Penelitian .............................................................................. 5
1.4 Batasan Masalah ............................................................................... 5
1.5 Manfaat Penelitian ............................................................................ 6
1.6 Sistematika Penulisan ....................................................................... 7
BAB II KAJIAN TEORI ........................................................................... 8
2.1 . Tinjauan Pustaka .................................................................................. 8
2.2 . Kerangka Teori .................................................................................... 13
2.2.1 Pembuatan Bioetanol.............................................................. 15
2.2.2 Manfaat Bioetanol ................................................................. 20
2.2.3 Bioetanol Ramah Lingkungan ............................................... 22
2.2.4 Motor Bakar .......................................................................... 24
2.2.5 Klasifikasi Motor Bakar ........................................................ 25
2.2.5.1. Ditinjau dari Lokasi Pembakarannya ................................
2.2.5.2. Ditinjau dari Gerakannya ..................................................
2.2.5.3. Ditinjau dari Siklusnya .....................................................
25
25
26
xiii
2.2.5.4. Ditinjau dari Bahan Bakarnya ...........................................
2.2.6 Prinsip Kerja Motor Bakar Bensin 4 Langkah ........................ 28
2.2.7 Bahan Bakar Bensin .............................................................. 30
2.2.8 Busi ....................................................................................... 32
2.2.9 Teori Pembakaran ................................................................. 36
2.2.10 Emisi Gas Buang ................................................................... 36
2.2.11 Parameter Performa Mesin Bensin ......................................... 40
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................ 42
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ........................................................... 42
3.2. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................. 42
3.3. Variabel Penelitian ........................................................................... 51
3.4. Diagram Alir Penelitian .................................................................... 51
3.5. Metode Pengumpulan Data ............................................................... 53
3.6. Prosedur Pengujian ........................................................................... 53
3.7. Teknik Analisa Data ......................................................................... 68
BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................. 69
4.1 . Hasil Penelitian ....................................................................................
4.1.1 Hasil Pengujian Performa Mesin ...............................................
4.1.2 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang .............................................
4.2 Pembahasan .....................................................................................
4.2.1 Daya dan Torsi ...........................................................................
4.2.2 Konsumsi Bahan Bakar .............................................................
4.2.3 Emisi Gas Buang .......................................................................
BAB V PENUTUP ................................................................................... 97
5.1. Kesimpulan .........................................................................................
5.2. Saran ....................................................................................................
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
82
27
69
69
89
89
92
93
97
97
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1. Reaksi pengubahan piruvat menjadi Alkohol ................................... 17
2.2. Proses produksi bioetanol dari bahan bakar berpati .......................... 19
2.3. Diagram alir proses pembuatan bioetanol dari ubi kayu ................... 19
2.4. Siklus motor bensin 4 langkah ......................................................... 28
2.5 Diagram P-v dri siklus ideal motor bakar bensin 4 langkah .............. 29
2.6 Busi ................................................................................................. 32
2.7 Busi tipe panas dan busi tipe dingin ................................................. 33
2.8 Diagram arti kode pada busi ............................................................. 35
3.1 Motor uji .......................................................................................... 43
3.2 Alat uji dynotest ............................................................................... 44
3.3 Alat uji emission gas analyzer .......................................................... 44
3.4 Tachometer ...................................................................................... 45
3.5 Kipas angin ...................................................................................... 45
3.6 Gelas ukur kaca 250 ml .................................................................... 46
3.7 Gelas ukur plastik 1 liter .................................................................. 46
3.8 Botol bekas ...................................................................................... 47
3.9 Tangki bahan bakar buatan 500 ml ................................................... 47
3.10 Tool kit ............................................................................................ 48
3.11 Pertalite ........................................................................................... 48
3.12 Bioetanol ......................................................................................... 49
3.13 Busi standar ..................................................................................... 50
3.14 Busi platinum ................................................................................... 50
3.15 Skema diagram alir penelitian .......................................................... 52
3.16 Bahan baku singkong ....................................................................... 55
3.17 Adonan singkong ............................................................................. 55
3.18 Bahan baku di masukan kedalam drum kecil .................................... 56
3.19 Adonan diaduk sampai suhu 90-95°C .............................................. 56
3.20 Mengecek suhu adonan .................................................................... 57
3.21 Pemberian enzym gluco amylaze pada suhu adonan 55-60°C ........... 57
3.22 Pemberian ragi pada suhu adonan 27-30°C ...................................... 58
xv
3.23 Proses anaerob dalam fermentasi cairan ........................................... 59
3.24 Penyaringan cairan hasil fermentasi ................................................. 59
3.25 Cairan hasil fermentasi ..................................................................... 59
3.26 Limbah padat ................................................................................... 59
3.27 Penyulingan bioetanol dengan alat destillator model kolom reflux ... 60
3.28 Hasil penyulingan menghasilkan cairan bioetanol ............................ 60
3.29 Pengukuran kadar bioetanol menggunakan alkohol meter ................ 61
3.30 Pemurniaan bioetanol dengan alat dehidrator ................................... 62
3.31 Pengukuran kadar bioetanol setelah melalui proses pemurnian ......... 62
3.32 Pengujian daya dan torsi sepeda motor ............................................. 65
3.33 Pengujian konsumsi bahan bakar sepeda motor ................................ 66
3.34 Pengujian emisi gas buang kendaraan .............................................. 68
4.1 Hubungan Daya terhadap Putaran Mesin dengan Menggunakan Variasi
Jenis Busi .......................................................................................... 69
4.2 Hubungan Torsi terhadap Putaran Mesin dengan Menggunakan Variasi
Jenis Busi .......................................................................................... 72
4.3 Hubungan Daya terhadap Putaran Mesin dengan Menggunakan Variasi
Bahan Bakar Bioetanol ....................................................................... 75
4.4 Hubungan Torsi terhadap Putaran Mesin dengan Menggunakan Variasi
Bahan Bakar Bioetanol ....................................................................... 77
4.5 Perbandingan jarak tempuh terhadap variasi bahan bakar ................. 80
4.6 Perbandingan hubungan kadar CO terhadap putaran mesin dengan
menggunakan variasi bahan bakar ..................................................... 83
4.7 Perbandingan hubungan kadar HC terhadap putaran mesin dengan
menggunakan variasi bahan bakar ..................................................... 86
4.8 Perbandingan daya dan torsi dengan variasi bahan bakar................... 89
4.9 Perbandingan jarak tempuh dengan variasi bahan bakar .................... 92
4.10 Perbandingan kadar CO dengan variasi bahan bakar ......................... 94
4.11 Perbandingan kadar HC dengan variasi bahan bakar ......................... 95
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1. Konversi bahan baku tanaman yang mengandung pati atau
karbohidrat dan tetes menjadi bioetanol ........................................... 15
2.2 Ambang batas emisi gas buang kendaraan bermotor ......................... 37
3.1 Alat................................................................................................... 54
3.2 Bahan .............................................................................................. 54
4.1 Hasil uji daya terhadap variasi busi dengan regresi ganda (uji t) ....... 70
4.2 Hasil uji torsi terhadap variasi busi dengan regresi ganda (uji t) ....... 73
4.3 Hasil uji daya terhadap variasi bahan bakar dengan varian anova
satu jalan (uji f) ................................................................................ 76
4.4 Hasil uji torsi terhadap variasi bahan bakar dengan varian anova satu
jalan (uji f) ....................................................................................... 78
4.5 Hasil uji konsumsi bahan bakar terhadap variasi bahan bakar dengan
one sample t tes ................................................................................ 81
4.6 Kadar CO dalam emisi gas buang kendaraan .................................... 83
4.7 Hasil uji kadar CO terhadap variasi bahan bakar dengan varian
anova satu jalan (uji f)....................................................................... 84
4.8 Kadar HC dalam emisi gas buang kendaraan .................................... 86
4.9 Hasil uji kadar HC terhadap variasi bahan bakar dengan varian
anova satu jalan (uji f) ...................................................................... 87
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran
1. Dokumentasi pembuatan bioetanol
2. Dokumentasi pengujian performa motor
3. Hasil uji daya dan torsi
4. Dokumentasi konsumsi bahan bakar
5. Hasil uji konsumsi bahan bakar
6. Dokumentasi pengujian emisi gas buang kendaraan
7. Hasil uji emisi gas buang kendaraan
8. Data sekunder dari hasil pengujian yang akan diolah dengan program SPSS
9. Hasil uji analisa data dengan program SPSS
10. Hasil uji turnitin