Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

PENGARUH VARIASI NORMALITAS AKTIVATOR PADAAKTIVASI NaOH-FISIK ADSORBEN FLY ASH BATUBARA

TERHADAP PRESTASI MESIN SEPEDA MOTOR 4-LANGKAH

Herry Wardono1,a * dan Mario2,b

1,2Jurusan Teknik Mesin Universitas Lampung, Jl. S. Brojonegoro no. 1

Bandar Lampung 35145, Indonesiaaherryw22@gmail.com, bmario.sagitarius.machine@gmail.com

AbstrakWaste of coal fly ash produced from the coal combustion in power plants (PLTU) is now amajor issue that must be addressed. On the other hand, the availability of fuel energy continuesto thin, and the amount of emissions released into the ambient air is sharply increase. Theactivated fly ash of coal as adsorbent pellets can be used to save fuel consumption and reduceemissions. This research was done with some tests namely stationary, road test, and emissiontest. Fly Ash pellets were packed in a frame and put in the air filter of a motorcycle. So beforethe air enterred into the combustion chamber, combustion air firstly contacted with the NaOH-activated pellets which were put in the air filter of the motorcycle. The normalities of NaOHused were 0.25, 0.5, and 0.75N. From the results, it was found that NaOH-activated pelletsgave higher engine performance. The best fuel save was 34.48% occurred at 1000 rpm(stationary test) for NaOH 0.25N and 0.50N, 22.38% (road test) for NaOH 0.50N, and reduced15.81% CO and 18.20% HC for NaOH 0.50N.

Kata kunci : Fly ash as adsorbent, activator normality, exhaust gas emission

Pendahuluan

Banyaknya masyarakat yang harus antri dibanyak SPBU di seluruh Indonesiamerupakan indikasi semakin langkanyaketersediaan bahan bakar. Selain itu, udaraatmosfir yang terasa mengganggu inderapenciuman dan saluran pernafasanmenandakan semakin tercemarnya udaralingkungan, terutama di kota-kota besar,termasuk kota Bandar Lampung. Kondisimemperihatinkan ini mayoritas disebabkanoleh penggunaan alat-alat transportasi,khususnya kendaraan bermotor, juga mesin-mesin industri. Pencemaran lainnya yang jugaperlu perhatian serius adalah dampak negarifbagi lingkungan yang ditimbulkan olehaktifitas proses pembakaran bahan bakarbatubara di area pembangkit listrik, sepertiPLTU, yang menghasilkan limbah fly ash danbottom ash. Dari pembakaran batubaradihasilkan sekitar 5% polutan padat yang

berupa abu (fly ash dan bottom ash), dimanasekitar 10-20% adalah bottom ash dan sekitar80-90% fly ash dari total abu yang dihasilkan(Wardani, 2008).

Dari data ini, maka limbah fly ash yangdihasilkan oleh PLTU sangatlah banyak.

Sebagai contoh, PLTU berkapasitas 100 MWmengkonsumsi batu bara sebanyak 40ton/jam, sehingga fly ash yang dihasilkanadalah sekitar 38 hingga 43 ton/hari atausekitar 40 ton/hari. Keadaan ini lamakelamaan tentu akan menimbulkan masalahbesar, karena lokasi penimbunan yangterbatas, disamping itu menyebabkanpencemaran udara lingkungan sekitar. Olehkarena itu, dirasa sangat perlu untuk mengkajilebih lanjut dan memasyarakatkanpemanfaatan fly ash dalam banyak terapan,seperti sebagai adsorben udara pembakaran.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

Namun demikian, fly ash batubara ternyatadapat dimanfaatkan untuk mengatasi krisisenergi dan mereduksi emisi gas buang. Flyash memiliki sifat mampu menarik air [5],dan rasio SiO2 dan Al2O3 nya rendah (dibawah 5) [6] sebagaimana halnya zeolit alamLampung. Sifat ini secara termodinamikasangat menguntungkan untuk meningkatkankualitas proses pembakaran. Dari hasilpenelitian yang telah dilakukan oleh HerryWardono [2, 3] diperoleh zeolit granular danzeolit pelet mampu mereduksi emisi gasbuang cukup signifikan dan mampumenghemat konsumsi bahan bakar cukupsignifikan. Di penelitian lainnya, DimasRilham dan Herry Wardono [1] juga telahmembuktikan kemampuan fly ash batubaradalam menghemat konsumsi bahan bakar danmereduksi emisi gas buang. Kemampuanadsorpsi fly ash batubara ini masih dapatditingkatkan, yaitu dengan memberikanperlakuan aktivasi kimia-fisik, seperti aktivasiNaOH-fisik. Pembuatan pelet fly ash inisangatlah mudah dan murah, begitu pulapemasangannya pada kendaraan bermotor,dan tidak memerlukan modifikasi pada mesin.

Dilatarbelakangi berbagai keunggulan flyash sebagai adsorben udara pada motor bakardan mesin skala besar/industri danketersediaan fly ash yang melimpah diIndonesia (khususnya di Propinsi Lampung)seperti telah diuraikan di atas, maka penelitianpeningkatan kinerja fly ash menjadi sangatpenting untuk dilakukan, sehingga diperolehadsorben udara pembakaran yang ekonomis,efektif, dan ramah lingkungan, serta dapatdijadikan potensi unggulan daerah dalamrangka mendukung otonomi daerah,pembangunan nasional, terutama dalammenanggulangi masalah krisis energi bahanbakar, pencemaran udara (khususnyaperkotaan), dan bahkan pengentasankemiskinan serta pengangguran yang kianhari kian meningkat.

Tujuan dari penelitian ini adalahpemanfaatan limbah industri, khususnyaPLTU, yang hari demi hari menimbulkanpolemik bagi industri dan masyarakat, karenasemakin menumpuk. Pemanfaatan Limbahyang melimpah ini sebagai adsorben udarapembakaran hemat bahan bakar dan ramahlingkungan nantinya dapat diaplikasikan tidakhanya pada kendaraan bermotor, tapi jugapada mesin skala besar/industri, sehinggayang tadinya limbah akan memiliki nilaiekonomis yang tinggi. Sedangkan tujuankhususnya adalah agar diperoleh data prosesaktivasi NaOH-fisik yang tepat/ optimaluntuk aplikasi pada kendaraan bermotor,dalam hal ini motor bensin 4-langkah.

Metode Penelitian

Persiapan Pelet Fly Ash Batubara

Bahan dan alat yang digunakan dalampembuatan pelet fly ash batubara ini adalah flyash batubara, air rendaman zeolit, perekattepung tapioka, NaOH, saringan mesh,timbangan digital, kompor, pengaduk, ampia,cetakan pelet 10 mm, dan oven.

Setelah bahan dan alat dipersiapkan,pertama-tama air rendaman zeolit harusdibuat terlebih dahulu, yaitu dengan caramerendam zeolit di dalam air sumur denganperbandingan 20% zeolit : 80% air sumurselama 12 jam. Langkah selanjutnya adalahmembuat larutan aktivator NaOH padaberbagai normalitas (0,25N, 0,5N, dan0,75N), dengan ketentuan: Larutan NaOH 0,25N membutuhkan 10gram per liter larutan. Larutan NaOH 0,50N membutuhkan 20gram per liter larutan. Larutan NaOH 0,75N membutuhkan 30gram per liter larutan.

Sebagai contoh, untuk membuat larutanNaOH 0,25N, maka 10 gr NaOH dimasukkanke dalam gelas berisi air rendaman zeolit, laludiaduk hingga larut seluruhnya sambil

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

menambahkan air hingga volume total larutanmenjadi 1 lt. Setelah larutan dibuat, fly ashdicampurkan ke dalam larutan tersebutdengan perbandingan rasio fly ash - larutanNaOH 1:1 (1 gr fly ash : 1 ml larutan NaOH),lalu diaduk selama 45 menit agarpencampuran keduanya merata. Fly ash yangtelah selesai diaktivasi ini dicuci terlebihdahulu, dengan tujuan untuk menetralkankembali pH fly ash. Proses pencucian inimenggunakan air rendaman zeolit hingga aircucian fly ash mendekati pH 7.

Setelah itu, fly ash tersebut dikeringkanmenggunakan panas matahari selama 3 jamatau dipanaskan di dalam oven pada suhu 110oC selama 1 jam. Fly ash yang telahdikeringkan, selanjutnya diayak kembaliuntuk mendapatkan partikel yang seragam,dan mudah dibentuk menjadi pelet. Fly ashyang telah diayak ukuran 100 mesh kemudianditimbang dengan berat 64 gram (a) dandituang ke wadah untuk membuat adonan.Setelah itu, aquades dan tapioka dimasakmenggunakan kompor listrik kurang lebih 5menit dengan perbandingan komposisi airaquades 32 ml (= 32 gr) dan tapioka 4 grhingga campuran tersebut berbentuk sepertilem. Kemudian pindahkan campuran tapiokadan aquades yang berbentuk lem tersebut kewadah berisi 64 gr fly ash. Campuran tersebutdiaduk hingga merata sampai terjadi sebuahcampuran adonan yang kalis. Campurantersebut kemudian diratakan menggunakanampia. Setelah merata bisa dilakukanpencetakan fly ash pelet dengan ukurandiameter lebar 10 mm dan tebal 3 mm (lihatGambar 1). Hasil cetakan fly ash yang telahberbentuk pelet tersebut didiamkan padatemperatur ruangan (secara alami) selamakurang lebih 24 jam. Setelah itu, barudilakukan aktivasi fisik menggunakan ovenpada temperatur 150oC selama 1 jam.

Gambar 1. Proses pembuatan Pelet Fly AshSetelah 1 (satu) jam berlalu, oven dibuka

kembali, pelet fly ash yang telah dipanaskandikeluarkan yang kemudian diletakkan ditemperatur ruangan (pendinginan secara

alami). Pelet fly ash yang sudah dingindimasukkan ke dalam plastik kedap udaraagar tidak terkontaminasi oleh udara luar.Setelah diaktivasi fisik pelet fly ash tersebutditimbang dan kemudian diletakkan di dalamframe kawat strimin untuk dibentuk sesuaidengan filter udara motor yang diuji. Pelet flyash yang digunakan dalam percobaan inimenggunakan variasi massa yaitu 40 gram, 30gram, dan 20 gram. Kemudian filter yangtelah dibentuk dan ditimbang sesuai variasimassanya, dijahit agar letak pelet fly ashmerata dan tidak bertumpukan. Selanjutnyapelet fly ash siap digunakan untuk pengujian.Persiapan Sepeda Motor Untuk Pengujian

Motor yang diuji dipasangkan tachometer,dan di selang bensin yang mengalirkan bensinmenuju karburator dipasangkan keran untukmenutup laju aliran bensin dari tangki,kemudian membuat tangki bahan bakarbuatan dari botol susu bayi sehingga dapatlebih mudah mengukur laju konsumsi bahanbakar (lihat Gambar 2).

Gambar 2. Persiapan Sepeda Motor UntukPengujian

Sebelum pengujian, motor di-tune up secaraberkala agar dalam kondisi baik. Menjelangpengujian mesin dipanaskan beberapa menitlalu pengujian dilakukan. Selamadilakukannya proses pengujian, sepeda motordiservis rutin dalam rentang waktu tertentuuntuk menjaga kondisinya agar selalu primapada setiap pengujian.

Prosedur PengujianPengujian Stasioner

Pengujian stasioner dilaksanakan padaputaran mesin 1000, 3000, dan 5000 rpm.

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

Pengujian ini dilakukan untuk melihatkonsumsi bahan bakar pada kondisi diam(idle). Persiapan pertama yang dilakukanadalah memanaskan mesin agar kondisi mesinpada saat pengujian sudah stabil. Kemudianputar setelan gas di bagian karburator untukmengatur putaran mesin yang diinginkan.Pengujian dimulai dengan mengisi bahanbakar ke dalam tangki , dimana bahan bakartersebut telah diukur terlebih dahulu melaluiskala yang ada pada tangki buatan. Pengujiandiawali dengan pengujian tanpa menggunakanpelet fly ash. Sepeda motor dihidupkanselama 5 menit, lalu bahan bakar yang tersisadalam tangki buatan tersebut dicatat. Daridata ini diperoleh jumlah bahan bakar yangdikonsumsi. Selanjutnya pengujiandilaksanakan menggunakan pelet fly ash yangdiletakkan pada saringan udara. Semua databahan bakar yang tersisa dalam tangki buatandicatat.

Pengujian BerjalanPengujian berjalan (road test) dilaksanakan

pada kecepatan rata-rata 50 km/jam denganjarak tempuh sejauh 5 km. Pengujian diawalidengan mengisi bahan bakar ke dalam tangkibuatan. Kemudian dilakukan pengujiandengan kondisi tanpa menggunakan pelet flyash. Bahan bakar yang tersisa dalam tangkibuatan dicatat. Pengujian dilanjutkan denganpelet fly ash terpasang pada filter sepedamotor. Bensin yang tersisa langsung dicatat.

Menentukan Filter Fly Ash TerbaikSetelah dilakukan pengujian seluruhnya,

dengan pengulangan pengujian sebanyak 3kali, maka selanjutnya dianalisa untukmenentukan pelet fly ash terbaik. Selanjutnyapelet fly ash terbaik yang digunakan padapengujian emisi gas buang.Pengujian Emisi Gas Buang

Pada pengujian ini, sepeda motordioperasikan pada putaran mesin 1500 dan3500 rpm. Pengujian ini dilakukan dengancara menggunakan satu bentuk filter fly ashterbaik saja. Sebagaimana pengujiansebelumnya, pengujian emisi gas buang inidiawali dengan tanpa menggunakan pelet flyash. Sepeda motor dihidupkan pada kondisi

idle 1500 rpm dan probe sensor sudahdimasukkan ke dalam knalpot. Nilai yangterbaca pada fuel gas analyzer diprint outuntuk mendapatkan data hasil pengujian.Dengan langkah yang sama, pengujiandilaksanakan pada putaran mesin lainnyayaitu 3500 rpm. Pengulangan pengujian jugadilaksanakan sebanyak 3 kali.Analisa Data

Data yang diperoleh dari hasil pengujian,selanjutnya ditampilkan dalam bentuk grafikagar memudahkan dalam menganalisa, danmenentukan kondisi terbaik.

Hasil dan PembahasanHasil yang diperoleh dibagi ke dalam 2

kelompok, yaitu pengujian konsumsi bahanbakar, dan pengujian emisi gas buang.Pengujian Konsumsi Bahan Bakar

Konsumsi bahan bakar pada pengujianstasioner ditampilkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Konsumsi Bahan Bakar PengujianStasioner

Dari Gambar 3 terlihat bahwa pada seluruhpengujian menggunakan pelet fly ashmemberikan konsumsi bahan bakar yanglebih rendah (terjadi penghematan konsumsibahan bakar). Pada pengujian putaran rendah1000 dan 3000 rpm, peningkatan normalitasaktivator tidak memberikan pengaruh yangsignifikan, penghematan yang terjadi hampirsama, kecuali pada operasi putaran 1000 rpmdengan normalitas aktivator 0,75N dimanahampir tidak terjadi penghematan konsumsibahan bakar. Berbeda halnya pada kondisioperasi putaran tinggi 5000 rpm. Semakintinggi normalitas aktivator yang digunakan,semakin boros konsumsi bahan bakarnya.Penghematan konsumsi bahan bakar tertinggiterjadi pada operasi 1000 rpm menggunakanNaOH 0,25N massa 40 dan 30 gr, juga NaOH

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

0,5N massa 40 dan 20 gr, yaitu sebesar34,48%. Pada operasi 3000 rpm,penghematan tertinggi terjadi sebesar 31,75%menggunakan NaOH 0,75N (massa 20 gr).Sementara itu, NaOH 0,25N (massa 30 gr)mendominasi penghematan konsumsi bahanbakar pada operasi 5000 rpm, dimanapenghematan tertinggi terjadi sebesar 27,59%.

Gambar 4. Konsumsi Bahan Bakar PengujianBerjalan

Sama halnya seperti pengujian stasioner, padapengujian berjalan ini mampu memberikanpenghematan konsumsi bahan bakar, sepertiterlihat pada Gambar 4. Penghematantertinggi didominasi pada penggunaanaktivator 0,5N, terutama untuk massa 30 gr,yaitu sebesar 22,38%, dan sebesar 19,05%untuk massa 20 gr. Penghematan tertinggiberikutnya terjadi pada penggunaan aktivator0,25N dengan massa 20 dan 30 gr, yaitusebesar 17,62% dan 16,67%, secara berturut-turut. Sementara itu, penggunaan aktivatorNaOH 0,75N hanya mampu menghematsebesar di bawah 15%, bahkan di bawah 10%.Hal ini dapat disebabkan oleh semakin tingginormalitas aktivator yang digunakan mampumemberikan daya adsorpsi yang lebih tinggi.Namun, untuk normalitas aktivator yang lebihtinggi dikhawatirkan dapat merusak strukturpenyusun fly ash. Dari hasil yang diperoleh,disimpulkan bahwa pengggunaan massa flyash 30 gr mampu memberikan penghematankonsumsi bahan bakar tertinggi, oleh karenaitu, pada pengujian emisi gas buang hanyamenggunakan massa 30 gr untuk semuanormalitas.

Gambar 5. Konsentrasi gas CO

Sedikit berbeda dengan hasil pengujiankonsumsi bahan bakar tadi, penggunaanaktivator 0,75N operasi putaran rendah 1500rpm, menghasilkan emisi gas buang yanglebih tinggi, yaitu sebesar 10,30%. Reduksiemisi gas buang tertinggi terjadi padapenggunaan aktivator 0,5N, baik pada putaran3500 rpm, maupun putaran 1500 rpm, yaitusebesar 15,81% dan 14,70%, secara berturut-turut (lihat Gambar 5).

Gambar 6. Konsentrasi Gas HC

Konsentrasi gas HC pada operasi putarantinggi 3500 rpm tidak mampu direduksi padasaat menggunakan pelet fly ash keseluruhan(polusi lebih besar 10%). Namun demikian,pada operasi putaran rendah 1500 rpm,konsentrasi gas HC mampu direduksi sebesar18,20% dan 14,79% pada saat menggunakanaktivator 0,5N dan 0,25N (lihat gambar 6).

KesimpulanDari hasil pengujian yang telah dilakukan

terbukti bahwa penggunaan seluruh pelet flyash mampu meningkatkan prestasi mesinsepeda motor bensin 4-langkah. Hasil terbaik

Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XIV (SNTTM XIV)Banjarmasin, 7-8 Oktober 2015

KE-29

terjadi pada penggunaan aktivator NaOH0,5N, disusul NaOH 0,25N, dan NaOH0,75N. Massa pelet fly ash terbaik terjadi padaoperasi menggunakan 30 gr, disusul massa 20gr, dan 40 gr.

Referensi[1] D. Rilham dan H. Wardono, Pengaruh

Aplikasi Fly ash Bentuk Pelet PerekatYang Diaktivasi Fisik Terhadap PrestasiMesin dan Emisi Gas Buang SepedaMotor Bensin 4-Langkah, SkripsiSarjana, Jurusan Teknik Mesin FT Unila,Bandar Lampung, 2012.

[2] H. Wardono dan S. Br Ginting, Peman-faatan Zeolit Alam Lampung SebagaiAdsorben Udara Pembakaran RamahLingkungan Untuk meningkatkanPrestasi Kendaraan Bermotor Bensin 4-Langkah, Laporan Penelitian HibahBersaing-DIKTI, Bandar Lampung,2007.

[3] H. Wardono, S. Br Ginting, dan H.Supriadi, Pengembangan Filter UdaraAlternatif Hemat Bahan Bakar DariZeolit Asal Lampung Untuk AplikasiMesin Skala Besar Dan Industri, LaporanPenelitian Hibah Kebijakan Strategis-DIKTI, Bandar Lampung, 2010.

[4] Kementerian Ristek, Panduan InsentifRiset Edisi-5, Dewan Riset Nasional,Jakarta, 2010.

[5] L.K.A. Sear, The Properties and use ofcoal fly ash. Thomas Telford Ltd.,London, 2001, https://books.google.co.id/books?id=gtrMZpQn72QC&printsec=frontcover&hl=id&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q=absorb%20water&f=false.

[6] S.P.R. Wardani, Pemanfaatan LimbahBatubara (Fly ash) Untuk StabilisasiTanah Maupun Keperluan Teknik Sipil

Lainnya Dalam Mengurangi PencemaranLingkungan, Pidato Pengukuhan GuruBesar, Fakultas Teknik UniversitasDiponegoro, Semarang, 2008.