the influence of biogas converter variety toward genset machine
TRANSCRIPT
TESIS
PENGARUH VARIASI KONVERTER BIOGAS TERHADAP UNJUK KERJA PADA MESIN GENSET
BERKAPASITAS 1200 WATT
KETUT CATUR BUDI ARTAYANA
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR 2014
i
TESIS
PENGARUH VARIASI KONVERTER BIOGAS TERHADAP UNJUK KERJA PADA MESIN GENSET
BERKAPASITAS 1200 WATT
KETUT CATUR BUDI ARTAYANA
NIM 0991961004
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA
2014
ii
PENGARUH VARIASI KONVERTER BIOGAS TERHADAP UNJUK KERJA PADA MESIN GENSET
BERKAPASITAS 1200 WATT
Tesis untuk Memperoleh Gelar Magister pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin,
Program Pascasarjana Universitas Udayana
KETUT CATUR BUDI ARTAYANA NIM 0991961004
PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA
2014
iii
LEMBAR PENGESAHAN
TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL 8 JULI 2014
Pembimbing I,
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP : 19700607 199303 1 001
Pembimbing II,
Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg NIP. 19650706 199103 1 002
Mengetahui
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP : 19700607 199303 1 001
Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana
Prof. Dr. dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K). NIP : 19590215 198510 2 001
iv
Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji Pada Program Pascasarjana Universitas Udayana
Pada Hari/Tanggal : Selasa / 08 Juli 2014
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : 2127/UN14.4/HK/2014 Tanggal : 7 Juli 2014 Panitia Penguji Tesis adalah : Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Anggota :
1. Dr. Ir I Wayan Bandem Adnyana, MErg. 2. I Made Widiyarta, ST., MSc. PhD. 3. Ainul Ghurri, ST., MT., PhD. 4. Dr. Ir. I Gusti Ngurah Priambadi, MT.
v
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
NAMA : KETUT CATUR BUDI ARTAYANA
NIM : 099 196 1004
PROGRAMSTUDI : PASCA SARJANA TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS UDAYANA
JUDUL TESIS : PENGARUH VARIASI KONVERTER
BIOGAS TERHADAP UNJUK KERJA
PADA MESIN GENSET BERKAPASITAS
1200 WATT
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila
dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya
bersedia menerima sanksi sesuai peraturan Mendiknas RI No. 17 Tahun 2010 dan
Peraturan Perundang – Undangan yang berlaku.
Denpasar, 8 Juli 2014
Yang Membuat Pernyataan
(Ketut Catur Budi Artayana)
vi
UCAPAN TERIMA KASIH
Pertama-tama perkenankanlah penulis memanjatkan puji syukur
kehadapan Ida Sanghyang Widhi Wasa / Tuhan Yang Maha Esa, karena atas
asung wara nugraha-Nya/karunia-Nya, Tesis yang berjudul “Pengaruh Variasi
Konverter Biogas Terhadap Ujuk Kerja Pada Mesin Genset Berkapasitas 1200
Watt” ini dapat diselesaikan.
Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma . Selaku
Pembimbing I yang telah memberikan ide dan dengan penuh perhatian telah
memberikan dorongan, semangat , bimbingan serta saran selama penulis
mengikuti program magister, khususnya dalam menyelesaikan tesis ini. Terima
kasih sebesar-besarnya pula penulis sampaikan kepada Dr. Ir I Wayan Bandem
Adnyana, MErg, Pembimbing II yang dengan penuh perhatian dan kesabaran
telah memberikan bimbingan dan saran kepada penulis.
Ucapan yang sama juga ditujukan kepada Rektor Universitas Udayana
Prof. Dr.dr. Made Bakta, Sp.PD (KHOM), atas kesempatan dan fasilitas yang
diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan
Program Magister di Universitas Udayana. Ucapan Terima kasih ini juga
ditujukan kepada Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana yang
dijabat oleh Prof.Dr.dr.A.A. Raka Sudewi, Sp.S (K) atas kesempatan yang
diberikan kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada
Program Pascasarjana Universitas Udayana.
Ungkapan terima kasih pula penulis sampaikan kepada tim penguji tesis,
yaitu I Made Widiyarta, ST., MSc. PhD., Ainul Ghurri, ST., MT., PhD., Dr. Ir. I
Gusti Ngurah Priambadi, MT. yang telah memberikan saran, arahan, koreksi
sehingga Tesis dapat terwujud seperti ini.
Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada I Gusti Bagus Budiarsa,
SE.,beserta pegawai dan stafnya atas waktu, tempat, dan fasilitas yang diberikan
kepada penulis di dalam pelaksanaan penelitian. Tidak lupa pula kepada rekan
seperjuangan, Nanang Apriandi MS, ST,. MT,. Yon Eko Saputro, ST,. I Putu
vii
Widia Smara,ST,. MT,. Arie Wardana, ST,. Made Artana, ST atas bantuan moral
dan dukungannya.
Penulis menghaturkan Beribu-ribu terima kasih yang tulus dan dengan
kerendahan hati kepada Bapak terkasih Drs I Ketut Gelgel Artana dan Ibu tercinta
Ni Ketut Ratnawati, Spd,. Atas kehidupan dan doa sehingga penulis bisa
menjalani dengan penuh keikhlasan. Dan juga kepada kakak tersayang Putu Eka
Santika, Ni Made Dwi Supraptini, Komang Trioka Sulistiari, kakak ipar Putu
Dharmawan, ST,. Komang Wira, SE,. I Kadek Wina Susanti, Spd,. Ibu Dayu
Komang Sukasti, Nenek Krami atas dukungan doa dan arahan yang tulus
diberikan kepada penulis.
Dan dengan segala kerendahan hati penulis menyadari bahwa dalam tesis
ini masih jauh dari sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan arahan, saran,
sanggahan, dan kritik yang konstruktif dari pembaca untuk lebih
menyempurnakan Tesis ini. Semoga tesis ini dapat berguna bagi kemajuan
teknologi khususnya dibidang energi baru terbarukan.
Denpasar, Juli 2014
Penulis
viii
ABSTRAK
PENGARUH VARIASI KONVERTER BIOGAS TERHADAP UNJUK KERJA PADA MESIN GENSET BERKAPASITAS 1200
WATT
Bahan bakar biogas merupakan bahan bakar yang ramah lingkungan Gas ini berasal dari berbagai macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan yang dapat dimanfaatkan melalui proses anaerobik. Penggunaan bahan bakar biogas juga dapat digunakan untuk bahan bakar mesin genset akan tetapi belum mencapai batas optimal disebabkan karena terjadinya kebocoran yang terjadi pada proses kerja karburator sehingga performa dari genset belum optimal.
Pembuatan suatu mekanisme alat pengganti karburator menjadi sesuatu yang penting untuk dilakukan. Di dalam penelitian ini menggunakan tingkat kemurnian biogas mencapai 90% CH4 yang dilakukan adalah membuat suatu mekanisme konverter sebagai penggantinya dan melakukan variasi laju aliran volume tekanan bahan bakar biogas terhadap diameter lubang saluran udara luar yang masuk ke dalam konverter menuju ke ruang bakar untuk dapat menaikkan performa mesin genset . Variasi yang digunakan pada diameter saluran udara luar yaitu dari (0,3cm), (0,4cm), (0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm), (1,0cm), (1,1cm) dengan laju aliran volume (3,7 lt/mnt), (4 lt/mnt), (4,7 lt/mnt), (5,2 lt/mnt), (5,5 lt/mnt), (6,1 lt/mnt), (6,7 lt/mnt), (7 lt/mnt), (7,5 lt/mnt).
Dari proses unjuk kerja mesin genset berkapasitas 1200Watt berbahan bakar premium yang diganti dengan biogas sangat berpengaruh terhadap daya mesin, energi, power, konsumsi bahan bakar, nilai kalor, massa bahan bakar dan effisiensi dari mesin genset. Sehingga pada hasilnya didapatkan pada bukaan variasi laju aliran volume bahan bakar biogas (3,7 lt/mnt) terhadap bukaan diameter saluran udara (0,3cm), menghasilkan daya terendah (440 Watt), dan mengalami peningkatan sampai batas yang paling optimum (1,1cm) dengan laju aliran volume (7,5 lt/mnt) daya yang dihasilkan mencapai (924 Watt).
Dari Hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa besarnya daya output yang dihasilkan genset berbanding lurus dengan laju aliran bahan bakar, semakin banyak bahan bakar biogas yang di bakar maka semakin tinggi daya output yang dihasilkan dan pada mesin genset berkapasitas 1200 Watt sangat layak digunakan karena beban yang dihasilkan mencapai batas optimum.
Kata Kunci : Konverter, Variasi diameter, Volume Biogas, Unjuk Kerja Genset.
ix
ABSTRACT
THE INFLUENCE OF BIOGAS CONVERTER VARIETY TOWARD GENSET MACHINE WHICH CAPACITY 1200 WATT
Biogas is a kind of fuel. It appears from environmental rubbish, feces both human nor animals which can be used through anaerobic process. This gas can also be used in a genset machine though its used has not optimum yet. It is caused by a leak in the carburetor that appears while operating the machine. It was considered important to make a new mechanism as a substantial tool for the carburetor. This research used 90% CH4 then it was prepared a new converter mechanism and made any variety on the volume of the biogas’s pressure toward diameter of the pipe which flowed the biogas to the converter which finally got to the burning area that improved the performance of the machine. We used several diameter of the pipe, which are (0,3cm), (0,4cm), (0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm), (1,0cm), (1,1cm). Moreover, the speed was (3,7 lt/minute), (4 lt/minute), (4,7 lt/minute), (5,2 lt/ minute), (5,5 lt/minute), (6,1 lt/ minute), (6,7 lt/minute), (7 lt/minute), (7,5 lt/minute). The used of biogas in a machine actually have a certain influence on its operation, especially the energy, the power, the fuel used, value of the heat, mass of the fuel and the efficiency of the machine.
It was found that the used of biogas on the speed of (3,7 lt/mnt) and the diameter of the pipe was 0,3cm produced the lowest power reached (440 Watt) also improved to the optimum number (1,1cm) with (7,5 lt/mnt) speed of the volume could result (924) Watt power.
The result of the present study can be concluded that the used of biogas was as much as the power that was resulted in a machine which capacity 1200 Watt. It is also suggested to use it because it has optimum weight.
Key words: Converter, Diameter’s Variety, Biogas Volume, Operation of the
Machine (genset).
x
RINGKASAN
Pengaruh Variasi Konverter Biogas Terhadap Unjuk Kerja Pada Mesin Genset
Berkapasitas 1200 Watt. Ketut Catur Budi Artayana,. ST
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, Pembingbing I., dan
Dr. Ir I Wayan Bandem Adnyana, MErg., Pembimbing II
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi
anaerobic. Pemanfaatan energi dari bahan bakar biogas dapat dipergunakan
sebagai pengganti bahan bakar fosil, seperti menggerakkan generato listrik atau
genset. Akan tetapi penggunaanya belum mencapai batas optimal disebabkan
karena terjadinya kebocoran yang terjadi pada proses kerja karburator genset.
Oleh karena itu pembuatan mekanisme pengganti karburator sangatlah
penting karena sangat berpengaruh terhadap performa mesin. Dengan membuat
suatu konverter yang berfungsi sebagai pengganti karburator tempat
pencampuran antara udara dengan biogas, dan memvariasikan tekanan pada
saluran keluar penampung biogas, menggunakan diameter saluran udara masuk
pada konverter yang paling sesuai. Sehingga nantinya dapat memungkinkan
penggunaan biogas sebagai bahan bakar alternatif pada genset dengan
menggunakan uji coba dari mesin genset berkapasitas 1200 Watt.
Pada proses penelitian dilakukan pengujian dengan menggunakan
kandungan bahan bakar biogas hingga mencapai 90% dari proses pemurnian yang
dilakukan sebelumnya. Sehingga untuk dapat memperoleh suatu hasil yang
maximum pada unjuk kerja mesin genset, maka dilakukan dengan beberapa
pengujian menggunakan variasi laju aliran massa dengan variasi saluran udara
pada konverter . Dengan menggunakan beberapa variable-variabel perhitungan
pembuatan model konverter pengganti karburator dengan menggunakan rasio
udara bahan bakar bensin dan biogas dikarenakan genset yang digunakan
merupakan genset berbahan bakar premium diganti dengan bahan bakar biogas.
Maka didapatkan beberapa variasi saluran bukaan udara pada konverter yaitu
xi
(0,3cm), (0,4cm), (0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm), (1,0cm), (1,1cm),
dengan laju aliran volume (3,7 lt/mnt), (4 lt/mnt), (4,7 lt/mnt), (5,2 lt/mnt), (5,5
lt/mnt), (6,1 lt/mnt), (6,7 lt/mnt), (7 lt/mnt), (7,5 lt/mnt). Pengaruh Variasi
diameter saluran udara pada konverter dapat mempengaruhi daya mesin, energi,
power, konsumsi bahan bakar, nilai kalor, massa bahan bakar dan effisiensi dari
mesin genset. Sehingga pada hasilnya didapatkan pada bukaan variasi laju aliran
Volume bahan bakar (3,7 lt/mnt) terhadap bukaan diameter saluran udara (0,3cm),
menghasilkan daya terendah (440 Watt), dan mengalami peningkatan sampai
batas yang paling optimum (1,1cm) dengan laju aliran volume bahan bakar (7,5
lt/mnt) daya yang dihasilkan mencapai (924 Watt).
Dari Hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa besarnya daya output yang
dihasilkan genset berbanding lurus dengan laju aliran bahan bakar, semakin
banyak bahan bakar biogas yang di bakar maka semakin tinggi daya output yang
dihasilkan, dan pada mesin genset berkapasitas 1200 Watt sangat layak digunakan
karena beban yang dihasilkan mencapai batas optimum.
xii
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL DALAM .................................................................... i
LEMBAR PRASYARAT GELAR MAGISTER ..................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ........................................... iii
LEMBAR PENETAPAN PANITIA PENGUJI ....................................... iv
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT ........................................................ v
UCAPAN TERIMAKASIH ...................................................................... vi
ABSTRAK ................................................................................................ viii
ABSTRACK ............................................................................................. ix
RINGKASAN ........................................................................................... x
DAFTAR ISI ............................................................................................. xii
DAFTAR GAMBAR ................................................................................ xvi
DAFTAR TABEL ..................................................................................... xvii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG............................................ xviii
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................. xix
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang ............................................................................. 1
1.2 Rumusan Masalah ....................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah.......................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ........................................................................ 4
1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................... 5
BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.1 Biogas .......................................................................................... 7
2.1.1 Proses Pembuatan Biogas .................................................. 8
2.1.2 Komposisi Biogas .............................................................. 11
2.1.3 Nilai Kalor Pembakaran Biogas......................................... 12
2.1.4 Permasalahan Biogas ......................................................... 13
xiii
2.1.5 Proses Pemurnian Biogas ................................................... 14
2.1.6 Pemanfaatan Biogas ........................................................... 16
2.2 Motor Bakar ................................................................................ 19
2.2.1 Motor Bensin .................................................................... 19
2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah ............................. 20
2.2.3 Siklus Otto ......................................................................... 22
2.2.4 Kelengkapan Modifikasi .................................................... 26
2.3 Karburator ................................................................................... 29
2.4 Bahan Bakar dan Teknik Pembakaran Bahan Bakar ................. 32
2.4.1 Definisi Bahan Bakar ......................................................... 32
2.4.2 Pembakaran Bahan Bakar .................................................. 34
2.4.3 Konsep Pembakaran........................................................... 34
2.4.4 Perhitungan Pembakaran ................................................... 35
2.4.5 Udara Pembakaran ............................................................. 35
2.5 Bahan Bakar Cair ....................................................................... 36
2.5.1 Sifat-sifat Bahan Bakar Cair .............................................. 36
2.5.2 Bensin ................................................................................ 38
2.5.3 Proses Pembakaran Pada Motor Bensin ............................ 39
2.5.4 Rasio Udara Dengan Bahan Bakar (Bensin) ...................... 41
2.6 Bahan Bakar Gas......................................................................... 42
2.6.1 Karakteristik Bahan Bakar Gas .......................................... 43
2.7 Proses Terdahulu Perancangan Sistem Distribusi dan Unjuk Kerja
Mesin Berbahan bakar Biogas ................................................... 44
2.7.1 Pemanfaatan Biogas / Land fill Gas Sebagai Bahan Bakar
Mesin Bensin 1 Silinder 4 Langkah ................................. 44
2.7.2 Disain Converter Kits Modifikasi Sistem Bahan Bakar Motor
Bensin Menjadi Bahan Bakar Gas .................................... 46
xiv
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP, DAN HIPOTESIS
PENELITIAN
3.1 Kerangka Berfikir....................................................................... 49
3.2 Konsep ....................................................................................... 50
3.2.1 Pengerjaan Konverter (Berdasarkan Rasio Udara dengan
Bahan bakar ..................................................................... 50
3.3 Hipotesis Penelitian .................................................................... 51
BAB IV METODE PENELITIAN
4.1 Rancangan Penelitian ............................................................... 52
4.1.1 Langkah-langkah Perancangan ....................................... 52
4.2 Lokasi Penelitian ...................................................................... 54
4.3 Variabel Penelitian ................................................................... 54
4.4 Bahan Penelitian....................................................................... 54
4.5 Instrumen Penelitian ................................................................ 57
4.6 Prosedur Penelitian ................................................................... 60
4.7 Analisa Data .............................................................................. 61
4.8 Instalasi Penelitian .................................................................... 63
4.9 Diagram Alir Penelitian ............................................................ 63
BAB V HASIL PENELITIAN
5.1 Konverter Biogas…………………………………………. ..... . 66
5.2 Pemasangan konverter pada genset berkapasitas 1200 watt ….. 67
5.3 Data Hasil Penelitian................................................................. 68
5.3.1 Data Hasil Penelitian untuk Bahan Bakar Biogas............. 68
5.4 Profi Perhitungan Variasi Diameter Saluran Udaran terhadap
Bahan Bakar Biogas................................................................... 70
5.1 Profil Gambaran Grafik dari Hasil Penelitian dan Pengolahan
Data. ........................................................................ ................. 71
xv
BAB VI PEMBAHASAN
6.1 Perinsip Kerja Variasi Diameter Konverter Biogas…………… 74
6.2 Pengaruh Variasi Diameter Saluran Udara Terhadap Laju
Aliran Volume Bahan Bakar Biogas …………………………. 75
6.3 Hasil Analisa Konsumsi Bahan Bakar Biogas Terhadap Daya
Mesin Genset…………………………………………………. 75
6.4 Pengaruh Laju Aliran Volume Bahan Bakar Biogas Terhadap
Effisiensi Mesin dan Sfc……………………………………….. 76
BAB VII KESIMPULAN
7.1 Simpulan ……………………………………………………… 77
7.2 Saran …………………………………………………………... 78
DAFTAR PUSTAKA
xvi
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah ............................. 21
Gambar 2.2 P-V dan T-S Diagram Siklus Otto ..................................... 23
Gambar 2.3 Pengaruh Perbandingan Kompresif Terhadap Effisiensi
Dengan Perbandingan Panas Spesifik Cp/Cv .................... 28
Gambar 2.4 Skema Karburator .............................................................. 31
Gambar 2.5 Karburator Konvensional Standar ..................................... 32
Gambar 2.6 Skema Pengujian di pakai………………. ........................ 44
Gambar 2.7 Instalasi Rangkaian Alat Penelitian …………………… . 47
Gambar 4.1 Proses Pengerjaan Bahan Untuk Pebuatan Konverter Biogas. 55
Gambar 4.2 Sketsa Converter Bahan Bakar Biogas ............................. 56
Gambar 4.3 Mesin Genset Berkapasitas 1200 watt ............................... 57
Gambar 4.4 Flow Meter .............................................................. ......... 58
Gambar 4.5 Kompressor........................................................................ 58
Gambar 4.6 Regulator ....................................................... ................... 58
Gambar 4.7 Stopwach....................................................... .................... 59
Gambar 4.8 Penampung Bahan Bakar Biogas..................................... . 59
Gambar 4.9 Amper Meter....................................................... .............. 59
Gambar 4.10 Langkah-langkah DalamPenelitiaan.................................. 63
Gambar 5.1 Konverter Biogas....................................................... ........ 66
Gambar 5.2 Konverter Pada Mesin Genset...................... ..................... 67
Gambar 5.3 Grafik Hubungan Antara Laju Aliran Volume dengan Lubang
Diameter Saluran Udara ...................................................... 71
Gambar 5.4 Grafik Hubungan Daya Genset dengan Laju Aliran
Biogas....................................................... ......................... 72
Gambar 5.5 Grafik Hubungan Laju Aliran Biogas terhadap Efisiensi
Mesin...................... ........................................................... 72
Gambar 5.6 Grafik Laju Aliran Biogas terhadap Sfc...................... ...... 73
xvii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Komponen Utama Biogas ................................................... 11
Tabel 2.2 Nilai Kalor Pembakaran Biogas dan Natural Gas .............. 12
Tabel 2.3 Perbandingan Nilai Kalor Biogas ....................................... 17
Tabel 2.4 Perbandingan Jumlah Udara dan Jumlah Bahan Bakar
Untuk Pembakaran Sempurna ........................................... 27
Tabel 2.5 Komposisi Udara Kering ................................................... 36
Tabel 5.1 Data Pengujian untuk Bahan Bakar Biogas....................... 68
Tabel 5.2 Data Hasil Perhitungan...................... ................................ 70
xviii
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
SINGKATAN
SFC : Specific Fuel Consumtion
TMA : Titik Mati Atas
TMB : Titik Mati Bawah
Ket : Keterangan
NKA : Nilai Kalor Atas
NKB : Nilai Kalor Bawah
LH : Panas laten penguapan H2O
PVT : Pressure, Volume, Temperature
xix
LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Hasil Perhitungan Diameter Konverter .............................. xx
Lampiran 2. Hasil Perhitungan Unjuk Kerja Mesin Genset Berkapasitas
1200 Watt ........................................................................... xxiv
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan energi yang semakin meningkat namun tidak disertai dengan
ketersediaan sumber energi yang memadai. Kenaikan harga bahan bakar
khususnya bahan bakar fosil yang diakibatkan oleh semakin berkurangnya
cadangan minyak dunia menuntut semua kalangan untuk menemukan dan mencari
serta mengkaji sumber energi lain. Seperti yang kita ketahui, potensi sumber daya
alam yang dapat dikembangkan adalah batu bara, panas bumi, aliran sungai,
angin, matahari, sampah serta sumber-sumber lain yang berasal dari tumbuh-
tumbuhan seperti pohon jarak dan pemanfaatan kotoran ternak (sapi) sebagai
bahan penghasil energi alternatif.
Salah satu sumber energi itu adalah biogas, Gas ini berasal dari berbagai
macam limbah organik seperti sampah biomassa, kotoran manusia, kotoran hewan
yang dapat dimanfaatkan melalui proses anaerobik. Menurut Simamora, S (1989),
biogas adalah campuran dari beberapa gas, yang tergolong bahan bakar gas yang
merupakan hasil fermentasi dari bahan organik, dimana gas yang dominan adalah
gas metana (CH4) dan gas karbondioksida (CO2). Menurut Kusrijadi dkk. (2009)
menyatakan bahwa biogas adalah gas hasil fermentasi bahan organik oleh
mikroorganisme anaerobik yang terdiri dari dua tahap sub proses dengan bantuan
dua jenis bakteri, yang mempunyai komposisi yang bervariasi tergantung dengan
asal proses anaerobik yang terjadi. Biogas rata-rata mengandung CH4 berkisar
1
2
antara (50-70%), selain itu terdapat bebrapa senyawa yang dihasilkan yang
sifatnya dapat menurunkan kualitas biogas seperti CO2 (25-45%), dan sejumlah
kecil hidrogen (H2), Nitrogen (N2), hidrogen sulfida (H2S), uap air (H2O) dan
beberapa unsur lain dalam jumlah kecil (Mayasari, dkk., 2010).
Nilai kalor pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur
15,5ºC yaitu 9100 Kkal/m3 (=12.740 Kkal/kg), sedangkan nilai kalor pembakaran
biogas sekitar (6.720 – 9.660 Kkal/kg) Menurut Harasimowicz dkk. (2007).
Sejauh ini pemanfaatan biogas cenderung belum optimal yang disebabkan
masih adanya unsur-unsur pengotor yang terdapat didalam biogas. Menurut
Horikawa (2001) gas tersebut adalah gas H2S yang dianggap sebagai gas pengotor
dan bila ikut terbakar dan terbebas dengan udara dapat teroksidasi menjadi SO2
dan SO3 yang bersifat korosif dan bila teroksidasi lebih lanjut oleh H2O dapat
memicu terjadinya hujan asam, selain H2S terdapat juga uap air dan CO2 yang
tidak bermanfaat pada saat pembakaran. Absorbsi merupakan pemisahan dengan
mengontakkan campuran gas dengan cairan sebagai penyerapannya, sehingga
absorbsi berlangsung pada dua macam proses, yaitu absorbsi fisika dan kimia
(Andri, C. K., dan Hadiyanto, 2000).
Penggunaan biogas sudah banyak dilakukan, tetapi umumnya digunakan
sebagai bahan bakar pengganti minyak tanah untuk keperluan memasak pada
skala rumah tangga. Bahan bakar biogas juga dapat digunakan untuk bahan bakar
genset akan tetapi belum mencapai batas optimal disebabkan karena terjadinya
kebocoran yang terjadi pada proses kerja karburator genset. Oleh karena itu
selanjutnya akan dilanjutkan di dalam penelitian ini yaitu unjuk kerja mesin
3
pembangkit listrik (genset) berkapasitas 1200 Watt, dengan membuat suatu
konverter yang berfungsi sebagai pengganti karburator tempat pencampuran
antara udara dengan biogas, dan memvariasikan tekanan pada saluran keluar
penampung biogas, menggunakan diameter saluran udara masuk pada konverter
yang paling sesuai. Sehingga nantinya dapat memungkinkan penggunaan biogas
sebagai bahan bakar alternatif pada genset.
1.2 Rumusan Masalah
Bertitik tolak pada latar belakang yang telah diuraikan, maka rumusan
masalah dalam penelitian ini yaitu : Bagaimana pengaruh variasi konverter biogas
terhadap laju aliran volume bahan bakar biogas keluar saluran penampang biogas,
menggunakan diameter saluran udara masuk pada konverter sebagai pengganti
karburator terhadap unjuk kerja pada mesin genset berkapasitas 1200 Watt?
1.3 Batasan Masalah
Dari permasalahan diatas perlu kiranya untuk Memberikan batasan
masalah agar dapat memberikan arah yang jelas pada penelitian ini, maka
penelitian dibatasi pada :
1. Pembuatan konverter sebagai pengganti karburator pada mesin genset 4
langkah untuk mengganti bahan bakar premium menjadi bahan bakar
biogas.
4
2. Genset yang digunakan adalah genset berbahan bakar premium dengan
kapasitas 1200 watt dengan putaran 4000 rpm dan daya keluaran maksimal
1100 Watt.
3. Bahan bakar yang digunakan dalam penelitian ini adalah biogas yang
sudah dimurnikan dari hasil pemurnian sebelumnya.
4. Skep gas sebagai pengganti karburator konvensional dibuat berdasarkan
sistem kerja katup gas (buka-tutup), ukuran disesuaikan dengan karburator
konvensional. Bentuk disesuaikan dengan bentuk intake manifold pada
genset.
5. Variasi diameter saluran udara untuk pengujian pemakaian bahan bakar
biogas adalah dengan diameter saluran udara yaitu : (0,3cm), (0,4cm),
(0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm),(0,9cm), (1,0cm), (1,1cm).
1.4 Tujuan Penelitian
Berdasarkan pokok permasalahan, maka yang menjadi tujuan penelitian ini
adalah :
1. Membuat suatu mekanisme konverter yang dapat digunakan sebagai
pengganti karburator pada genset berbahan bakar premium yang
memungkinkan penggunaan biogas sebagai bahan bakar alternatif
pengganti serta menganalisa konsumsi bahan bakar biogas pada genset
berkarburator konvensional dengan menggunakan konverter tersebut.
2. Menganalisis diameter konverter terhadap performansi mesin genset.
5
3. Menganalisis pengaruh penggantian bahan bakar premium yang
menggunakan karburator konvensional standar menjadi bahan bakar
biogas terhadap performansi mesin genset.
4. Mendapatkan pembuatan model konverter bahan bakar biogas dengan
penambahan alat berupa skep dengan sistem kerja katup gas karburator
konvensional, yang nantinya digunakan sebagai pengganti karburator
konvensional genset berkapasitas 1200 watt.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
1. Mampu membuat konverter sederhana sebagai pengganti karburator pada
mesin genset berbahan bakar premium sehingga dapat memungkinkan
pemanfaatan biogas sebagai bahan bakar pengganti.
2. Memahami proses kerja konverter sebagai pengganti karburator pada
mesin genset dengan bahan bakar biogas.
3. Memberikan informasi tambahan tentang pemanfaatan biogas sebagai
pengganti premium (dalam hal ini bensin) pada mesin genset.
4. Mengetahui perbandingan rasio bahan bakar biogas dengan udara yang
ideal dengan melihat perbandingan diameter saluran udara dengan tekanan
biogas yang masuk ke dalam konverter.
5. Menambah wawasan tentang energi biogas dan pemanfaatannya
diharapkan dapat mengurangi ketergantungan terhadap bahan bakar
minyak disamping karena mahalnya bahan bakar minyak dan jumlahnya
6
semakin merosot, dan juga mengurangi pencemaran lingkungan yang
disebabkan oleh emisi gas buang dari bahan bakar minyak.
6. Diperoleh data-data awal yang nantinya dapat digunakan sebagai acuan
untuk pengembangan selanjutnya.
7
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
2.1 Biogas
Biogas adalah campuran gas yang dihasilkan oleh bakteri metanogenik
yang terjadi pada material-material yang dapat terurai secara alami dalam kondisi
anaerobik. Bahan yang dapat digunakan sebagai bahan baku pembuatan biogas
yaitu seperti biomassa (bahan organik bukan fosil), kotoran, sampah padat hasil
aktivitas perkotaan dan lain-lain. Akan tetapi, biogas biasanya dibuat dari kotoran
ternak seperti kerbau, sapi, kambing, kuda dan lain – lain. Kandungan utama dari
biogas adalah gas metana (CH4) apabila terjadi proses pembakaran akan
menghasilkan energi panas yang dapat dikembangkan pemanfaatanya untuk
teknologi tertentu.
Pemanfaatan energi dari bahan bakar biogas dapat dipergunakan sebagai
pengganti bahan bakar fosil, seperti menggerakkan turbin sehingga menghasilkan
energi listrik. Untuk kebutuhan sehari - hari bahan bakar biogas dapat digunakan
untuk keperluan memasak menggunakan kompor gas seperti halnya kompor gas
yang menggunakan bahan bakar elpiji dan untuk menggerakkan generator listrik
(genset) brsekala rumah tangga.
Menurut Simamora (1989), biogas adalah campuran beberapa gas,
tergolong bahan bakar gas yang merupakan hasil fermentasi dari bahan organik
dalam kondisi anaerob, dan gas yang dominan adalah gas metana (CH4) dan gas
karbondioksida (CO2). Widodo dkk. (2005) menyatakan bahwa biogas memiliki
7
8
nilai kalor yang cukup tinggi, yaitu kisaran 4800 – 6700 kkal/m3 , untuk gas
metana murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900 kkal/m 3 . Biogas sebanyak
1000 ft3 (=28,32 m3) mempunyai nilai pembakaran yang sama dengan 6,4 galon
(=3,785 liter) butana, atau 5,2 galon gasolin (bensin), atau 4,6 galon minyak
diesel. Kandungan utama biogas adalah gas metana (CH4) dengan konsentrasi
sebesar 50 – 80 % vol. Kandungan lain dalam biogas yaitu gas karbon dioksida
(CO2), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2), gas karbon monoksida (CO) dan gas
hidrogen sulfida (H2S). Gas dalam biogas yang dapat berperan sebagai bahan
bakar yaitu gas metana (CH4), gas hidrogen (H2) dan gas CO (Price dan
Cheremisinoff, 1981).
2.1.1 Proses pembuatan biogas
Proses pembuatan biogas dilakukan secara fermentasi yaitu proses
terbentuknya gas metana dalam kondisi anaerob dengan bantuan bakteri anaerob
di dalam suatu digester sehingga akan dihasilkan gas metana (CH4) dan gas
karbon dioksida (CO2) yang volumenya lebih besar dari gas hidrogen (H2), gas
nitrogen (N2) dan asam sulfida (H2S). Proses fermentasi memerlukan waktu 7
sampai 10 hari untuk menghasilkan biogas dengan suhu optimum 35 oC dan pH
optimum pada range 6,4 – 7,9. Bakteri pembentuk biogas yang digunakan yaitu
bakteri anaerob seperti Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus dan
Methanosarcina (Price dan Cheremisinoff, 1981).
Biogas yang dibuat dari kotoran hewan lebih sering dipilih sebagai bahan
pembuat biogas, jenis dari kotoran ternak sapi mengandung gas metana (CH4)
sebesar 55 – 65 %, gas karbon dioksida (CO2) sebesar 30 – 35 % dan sedikit gas
9
hidrogen (H2), gas nitrogen (N2) dan juga memiliki keseimbangan nutrisi yang
baik relative dapat diproses secara biologi (Pambudi, N. A., 2008).
Pada dasarnya teknik pembuatan biogas sangat sederhana dengan cara
memasukkan kotoran ternak sapi kedalam pembangkit biogas yang disebut
digester. Pada digester terjadi proses penguraian material organik yang terjadi
secara anaerob (tanpa oksigen). Pada umumnya, biogas dapat terbentuk pada hari
ke 4 – 5 setelah digester diisi dan mencapai puncak pada hari ke 20-25. Dengan
pemanfaatan biodigester dapat mengurangi emisi gas metan (CH4) yang
dihasilkan pada komposisi bahan organic yang diproduksi dari sector peternakan
karena kotoran sapi tidak dibiarkan terdekomposisi secara terbuka melainkan
difermentasi menjadi energi gas bio (Amaru, K.,2004).
Reaksi kimia pembuatan biogas (gas metana) ada 3 tahap, yaitu :
1. Reaksi Hidrolisa / Tahap pelarutan
Pada tahap ini bahan yang tidak larut seperti selulosa, polisakarida dan
lemak diubah menjadi bahan yang larut dalam air seperti karbohidrat
dan asam lemak. Tahap pelarutan berlangsung pada suhu 25o C di
digester (Price dan Cheremisinoff, 1981).
Reaksi :
(C6H10O5)n + n H2O n C6H12O6
Selulosa Air Glukosa
10
2. Reaksi Asidogenik / Tahap pengasaman
Pada tahap ini, bakteri asam menghasilkan asam asetat dalam suasana
anaerob. Tahap ini berlangsung pada suhu 25oC di digester (Price dan
Cheremisinoff, 1981).
Reaksi :
a) n C6H12O6 2n (C2H5OH) + 2n CO2(g) + Kalor
glukosa etanol karbondioksida
b) 2n (C2H5OH)(aq) + n CO2(g) 2n (CH3COOH)(aq) +
etanol karbondioksida asam asetat
n CH4(g)
metana
3. Reaksi Metanogenik / Tahap gasifikasi
Pada tahap ini, bakteri metana membentuk gas metana secara perlahan
secara anaerob. Proses ini berlangsung selama 14 hari dengan suhu
25oC di dalam digester.
Pada proses ini akan dihasilkan 70% CH4, 30 % CO2, sedikit H2 dan
H2S (Price dan Cheremisinoff, 1981).
As Reaksi :
2n (CH3COOH) 2n CH4(g) + 2n CO2(g)
Asam asetat gas metana gas karbondioksida
11
2.1.2 Komposisi biogas
Menurut Wellinger and Lindenberg (2000), komposisi biogas yang
dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan baku yang digunakan. Namun
demikian, komposisi biogas yang utama adalah gas metana (CH4) dan gas
karbon dioksida (CO2) dengan sedikit hidrogen sulfida (H2S). Komponen lainnya
yang ditemukan dalam kisaran konsentrasi kecil (trace element) antara lain
senyawa sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi (Halogenated
hydrocarbons), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2), gas karbon monoksida (CO)
dan gas oksigen (O2).
Tabel 2.1 Komponen Utama Biogas (Hambali, 2007 dan Widarto,1997)
No.
Komponen
Satuan
Komposisi
1 2
1 Gas Methan
(CH4)
%Vol
50 – 75
54 – 70
2
Karbon dioksida (CO2)
%Vol
24 – 40
27 – 45
3 Nitrogen (N2)
%Vol
< 2
0 – 1
4 Hidrogen
(H2)
%Vol
< 1
0 – 1
5
Karbon monoksida
(CO)
%Vol
0,1
6 Oksigen (O2) Ppm
< 2
0,1
7 Hidrogen
sulfida (H2S)
Ppm
< 2
Sedikit
12
2.1.3 Nilai Kalor Pembakaran Biogas
Panas pembakaran dari suatu bahan bakar adalah panas yang dihasilkan dari
pembakaran sempurna bahan bakar pada volume konstan dalam kalorimeter dan
dinyatakan dalam kal/kg atau Btu/lb. Panas pembakaran dari bahan bakar bisa
dinyatakan dalam High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV).
High Heating Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar yang di
dalamnya masih termasuk latent heat dari uap air hasil pembakaran. Low Heating
Value merupakan panas pembakaran dari bahan bakar setelah dikurangi latent
heat dari uap air hasil pembakaran Nilai kalor pembakaran yang terdapat pada
biogas berupa High Heating Value (HHV) dan Lower Heating Value (LHV)
pembakarannya dapat diperoleh dari Tabel 2.3 berikut (Price dan
Cheremisinoff,1981).
Tabel 2.2 Nilai Kalor Pembakaran Biogas dan Natural Gas (Price dan Cheremisinoff,1981).
Komponen
High Heating Value
Low Heating Value
(Kkal/m3)
(Kkal/kg)
(Kkal/m3)
(Kkal/kg)
Hidrogen (H2)
2.842,21
33.903,61
2.402,62
28.661,13
Karbon monoksida
(CO)
2.811,95
2.414,31
2.811,95
2.414,31
Gas Methan (CH4)
8.851,43
13.265,91
7.973,13
11.953,76
Natural gas
9.165,55
12.943,70
8.320,18
11.749,33
13
2.1.4 Permasalahan Biogas
Permasalahan yang timbul pada saat biogas baru mengalami proses
produksi adalah komposisi dari biogas itu sendiri dikarenakan dalam biogas
terdapat beberapa kandungan gas lain yang tidak merugikan. Oleh sebab itu untuk
memperoleh hasil pembakaran yang optimal perlu dilakukan tahapan proses
penyaringan atau pemurnian. Beberapa gas yang tidak merugikan dalam biogas
yaitu :
1) Gas Karbon dioksida (CO2)
Gas CO2 dalam biogas perlu dihilangkan karena gas tersebut dapat
mengurangi nilai kalor pembakaran biogas. Selain itu, kandungan gas karbon
dioksida (CO2) dalam biogas cukup besar yaitu sekitar 30 – 45 % sehingga
nilai kalor pembakaran biogas akan berkurang cukup besar. Nilai kalor
pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur 15,5 oC
yaitu 9100 Kkal /m3 (12.740 Kkal/kg). Sedangkan nilai kalor pembakaran
biogas sekitar 4.800 – 6.900 Kkal/m3 (6.720 – 9660 Kkal/kg) (Harasimowicz
dkk., 2007).
2) Gas Hidrogen Sulfida (H2S)
Menurut Lastella dkk. (2002), konsentrasi gas ini dalam biogas relatif kecil ±
0,1 – 2%. Gas ini bersifat korosif sehingga konsentrasi yang besar dalam
biogas dapat menyebabkan korosi pada ruang pembakaran. Selain itu, gas ini
mempunyai bau yang tidak sedap, bersifat racun dan hasil pembakarannya
menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2).
14
2.1.5 Proses Pemurnian Biogas
Proses pemurnian biogas dilakukan karena didalm biogas masih
terkandung unsure-unsur yang tidak bermanfaat untuk pembakaran khususnya
H2O, CO2 dan H2S dan senyawa lainnya. Pemurnian gas CO2 didalam biogas
dilakukan dengan teknik absorbsi menggunakan absorben berupa Ca(OH)2 dan
NaOH.
Absorbsi adalah pemisahan suatu gas tertentu dari campuran gas-gas
dengan cara pemindahan massa ke dalam suatu liquid. Hal ini dilakukan dengan
cara mengantarkan aliran gas dengan liquid yang mempunyaiselektivitas pelarut
yang berbeda dari gas yang akan dipisahkannya (Purnomo, J. 2009).
Untuk absorbsi kimia, transfer massanya dilakukan dengan bantuan reaksi
kimia. Suatu pelarut kimia yang berfungsi sebagai absorben akan bereaksi
dengan gas asam (CO2 dan H2S) menjadi senyawa lain, sehingga gas alam yang
dihasilkan sudah tidak lagi mengandung gas asam yang biasanya akan mencemari
lingkungan apabila ikut terbakar.
Secara umum penghilangan (pengurangan) H2S dari biogas dapat
dilakukan secara fisika, kimia, atau biologi (Purnomo, J. 2009). Pemurnian secara
fisika misalnya penyerapan dengan air, pemisahan dengan menggunakan
membran atau absorbsi dengan absorben misalnya dengan menggunakan absorben
karbon aktif. Metode fisika ini relatif mahal karena absorben sulit diregenerasi
dan pengurangan H2S rendah serta masih berupa larutan dan gas yang dibuang di
lingkungan ( Purnomo, J. 2009).
15
Pemurnian dengan cara biologi dengan menggunakan bakteri yang
menguraikan H2S menjadi sulfat. Metode ini efektif untuk mereduksi kandungan
H2S dalam biogas, tetapi metode ini selain sulit dalam pengoperasiannya juga
sangat mahal. Pemurnian biogas dari kandungan H2S yang sering dilakukan
adalah diserap secara kimiawi. Pada metode ini H2S diserap secara kimiawi
(bereaksi secara kimia) oleh larutan absorben. Selanjutnya absorben yang kaya
H2S diregenerasi untuk melepas kembali H2S-nya dalam bentuk gas atau sulfur
padat (Purnomo, J. 2009). Absorben yang banyak digunakan di Industry adalah
MEA (Methyl Ethanol Amine). Absorben menggunakan MEA sangat efektif
mengurangi kandungan sulfur dari gas, tetapi H2S yang diserap selanjutnya
dibuang ke udara saat regenerasi MEA. Hal ini tentu mencemari udara dan hanya
sesuai untuk pengolahan gas dengan kandungan sulfur yang kecil.
Pemurnian biogas (juga gas lain) dari kandungan H2S menggunakan iron
chelated solution memberikan banyak kelebihan. Kelebihan tersebut diantaranya
adalah efektifitas penyerapan H2S tinggi, larutan absorben dapat diregenerasi
sehingga biaya operasional murah. Kelebihan lain yang tidak ada pada proses lain
adalah sulfur yang terpisahkan dari biogas berupa sulfur padat atau paling tidak
berupa residu yang mudah dan aman dalam pembuangannya sehingga tidak
mencemari lingkungan. Istilah chelated pada absorben ini adalah senyawa kimia
dalam bentuk cincin heterosiklis yang mengandung ion logam yang terikat secara
koordinatif oleh minimal dua ion non metal. Chelated agent yang biasa
digunakan adalah EDTA ( Ethylene Diamine Tetra Acetate ) (Purnomo, J. 2009).
16
Iron chelated solution dibuat dengan melarutkan senyawa garam besi (misal
FeC12) ke dalam larutan EDTA (Horikawa, 2004).
2.1.6 Pemanfaatan Biogas
Biogas atau metana dapat digunakan seperti gas alam, manfaat dari
pembuatan biogas dari kotoran ternak sapi dapat mengganti fuel seperti LPG atau
natural gas, dimana 1,7 m3 biogas setara dengan 1 liter gasoline. Pupuk sapi yang
dihasilkan dari satu sapi dalam satu tahun dapat dikonversi menjadi gas metana
yang setara dengan lebih dari 200 liter gasoline. Gas yang dihasilkan dapat
digunakan untuk sumber energi menyalakan lampu, dimana 1 m3 biogas dapat
digunakan untuk menyalakan lampu 60 Watt selama 7 jam. Hal ini berarti bahwa
1m3 biogas menghasilkan energi = 60 W x 7 jam = 420 Wh = 0,42 kWh.
Tujuan utama pembuatan biogas adalah untuk mengisi kekurangan atau
mensubtitusi sumber energi alternatif sebagai bahan bakar keperluan rumah
tangga, terutama untuk memasak dan lampu penerangan. Selain itu dapat
digunakan untuk menjalankan generator untuk menghasilkan listrik (genset) dan
menggerakkan motor bakar.
Biogas mengandung berbagai macam zat, baik yang terbakar maupun
yang dapat dibakar. Seperti terlihat pada Tabel 2.2 walaupun kandungan
kalornya relative rendah dibanding dengan gas alam, butana dan propana,
tetapi masih lebih tinggi dari gas batubara. Selain itu biogas ramah lingkungan,
karena sumber bahannya memiliki rantai karbon yang lebih pendek dibandingkan
dengan minyak tanah, sehingga gas CO yang dihasilkan relatif lebih sedikit.
17
Tabel 2.3 Perbandingan nilai kalor biogas
Jenis Gas Nilai Kalor (joul/cm3)
Gas batubara 16.7-18.5
Gas bio 20-26
Gas metana 33.2-39.6
Gas alam 38.9-81.4
Gas propane 81.4-96.2
Gas butana 103.3-125.8
Sumber : Meynell, P. J., (1976) [di dalam Murjito, 2009].
Nilai kalori biogas tergantung pada komposisi metana dan
karbondioksida, dan kandungan air di dalam gas. Gas mengandung banyak
kandungan air akibat dari temperatur pada saat proses, kandungan air pada bahan
dapat menguap dan bercampur dengan metana. Pada biogas dengan kisaran
normal yaitu 60-70% metana dan 30-40% karbondioksida, nilai kalori antara 20
– 26 J/cm3 ( Meynell, P. J., (1976) [di dalam Murjito, 2009]. Komponen utama
biogas adalah gas metana (54–57%) dan karbondioksida (CO2) yakni sebesar 27–
45% yang merupakan hidrokarbon paling sederhana berbentuk gas. Gas metana
dapat timbul dari proses fermentasi anaerobik (tanpa udara) dari bahan organik
seperti limbah kotoran. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan
melepaskan satu molekul CO2 (Karbondioksida) dan dua molekul H2O (air).
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
Dalam pemanfaatannya, kandungan gas dalam biogas yang paling bisa
dimanfaatkan adalah kandungan gas metana (CH4). Karena CH4 ini
18
mempunyai nilai panas/kalor yang dapat digunakan sebagai bahan bakar.
Menurut Widodo dkk. (2005) untuk gas metana murni (100%) mempunyai nilai
kalor 8900 kkal/m3. Hal iniliah yang menjadi dasar penulis untuk
mengembangkan penelitian tentang teknologi pemanfaatan kandungan metana
(CH4) pada biogas menjadi bahan bakar pengganti bensin pada generator listrik
(genset).
Namun demikian, untuk bisa mengoptimalkan nilai kalor/panas yang
terdapat dalam biogas sebelum dijadikan bahan bakar pengganti bensin pada
genset, tentu kemurnian dari CH4 itu sendiri perlu menjadi pertimbangan yang
sangat penting. Dalam hal ini unsur yang berpengaruh terhadap nilai kalor/panas
adalah CO2. Keberadaan CO2 dalam gas CH4 sangat tidak diinginkan, hal ini
dikarenakan semakin tinggi kadar CO2 dalam CH4 maka nilai kalor dari CH4
tersebut akan semakin rendah. Disamping itu terdapat unsur H2O dan unsur H2S
yang bersifat korosif yang tentunya juga akan sangat berpengaruh terhadap proses
pembakaran. Oleh karena itu sudah dilakukan sebelumnya teknik pemurnian gas
CO2 didalam biogas dengan teknik absorbsi menggunakan absorben Ca(OH) dan
NaOH, dengan merancang dan membuat suatu instalasi pemurnian biogas,
sehingga nantinya didapatkan kualitas biogas yang lebih baik yang mempunyai
tingkat kemurnian CH4 yang tinggi yang tentunya sangat berpengaruh terhadap
peningkatan nilai kalor/panas dari biogas itu sendiri sehingga pada pengaplikasian
unjuk kerja biogas sebagai bahan bakar pengganti bensin pada genset nantinya
dapat lebih optimal.
19
2.2 Motor Bakar
Motor bakar merupakan suatu pesawat kalor yang digunakan untuk
mentransformasikan energi panas menjadi suatu energi mekanik, dimana proses
perubahan tersebut terjadi karena adanya suatu proses pembakaran campuran
bahan bakar dan udara yang menghasilkan suatu energi panas yang dikonversikan
menjadi suatu energi mekanik yang berguna melalui suatu konstruksi mesin.
Motor bakar terdiri dari motor dengan kerja bolak balik (reciprocating
engine) dan motor dengan kerja putar (rotary engine). Motor dengan kerja bolak-
balik terdiri dari motor bensin (Otto) dan motor Diesel, dengan sistem 2 tak
maupun 4 tak.
Perbedaan utama motor bensin (Otto) dengan motor diesel adalah pada
sistem penyalaannya. Motor bensin dengan bahan bakar bensin dicampur terlebih
dahulu dalam karburator dengan udara pembakaran sebelum dimasukkan ke
dalam silinder (ruang bakar), dan dinyalakan oleh loncatan api listrik antara kedua
elektroda busi. Karena itu motor bensin dinamai juga Spark Ignition Engines.
2.2.1 Motor Bensin
Motor bensin merupakan suatu motor yang dapat menghasilkan tenaga
dari proses pembakaran bahan bakar (campuran bahan bakar dan udara) didalam
ruang bakar. Karena proses pembakaran bahan bakarnya terjadi didalam ruang
bakar, maka motor bensin ini tergolong kedalam jenis motor pembakaran dalam
(Internal Combustion Engine). Motor bensin mengubah energi termal bahan bakar
menjadi energi mekanik berupa daya poros pada putaran poros engkol.
20
Motor bensin ini dilengkapi dengan busi dan karburator yang memiliki
peran penting dalam proses pembakaran. Karburator dalam motor bensin
digunakan sebagai tempat pencampuran bahan bakar dan udara sampai didapatkan
campuran bahan bakar-udara dalam bentuk kabut/gas, agar selanjutnya campuran
bahan bakar tersebut dapat terbakar oleh percikan bunga api listrik dari busi di
dalam ruang bakar. Setelah campuran bahan bakar – udara keluar dari karburator
berbentuk gas, maka campuran bahan bakar tersebut diisap kedalam ruang bakar
melalui katup masuk. Kemudian didalam ruang bakar menjelang akhir langkah
kompresi, loncatan bunga api listrik dari busi membakar campuran bahan bakar
ini sehingga terjadilah proses pembakaran yang kemudian dapat menghasilkan
daya motor.
Motor bensin (Spark Ignition Engine) menurut prinsip kerjanya, dapat
dibedakan menjadi dua jenis, yaitu motor bensin dua langkah (two stroke) dan
motor bensin empat langkah (four stroke). Motor bensin 2 langkah memerlukan 2
kali langkah torak untuk 1 kali pembakaran dan 1 kali langkah kerja dalam 1 kali
putaran poros engkol. Sedangkan motor bensin 4 langkah memerlukan 4 langkah
torak untuk 1 kali pembakaran dan 1 kali langkah kerja dalam 2 kali putaran poros
engkol.
2.2.2 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah
Seperti yang telah dibahas sebelumnya bahwa motor bensin 4 langkah
(four stroke) memerlukan 4 langkah torak untuk 1 kali pembakaran dan 1 kali
langkah kerja dalam 2 kali putaran poros engkol dalam cara kerjanya. Secara
spesifik, prinsip kerja motor bensin 4 langkah dapat dijelaskan sebagai berikut :
21
1. Langkah Isap / Pemasukan
Langkah ini dimulai dengan bergeraknya piston kebawah dari Titik
Mati Atas (TMA) menuju Titik Mati Bawah (TMB) sambil menghisap
campuran bahan bakar dan udara masuk kedalam silinder. Saat langkah
ini, katup isap akan membuka dan kembali menutup setelah piston
beberapa saat meninggalkan TMB, sedangkan katup buang selama langkah
ini dalam keadaan tertutup. Poros engkol akhirnya membuat setengah
putaran pertamanya seperti pada gambar 2.1
.
1 ) Langkah isap 2) Langkah kompresi 3) Langkah usaha 4) Langkah buang
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah
2. Langkah Kompresi
Pada langkah ini, piston kemudian bergerak naik keatas dari sesaat
setelah TMB menuju TMA dengan memampatkan campuran bahan bakar
dan udara yang berada didalam silinder. Selama langkah ini, kedua katup
yaitu katup isap dan katup buang berada dalam keadaan tertutup,
sedangkan poros engkol membuat setengah putaran yang kedua. Sesaat
22
sebelum akhir langkah kompresi ini, pembakaran dimulai dan tekanan
silinder naik lebih cepat.
3. Langkah Kerja
Ketika piston berada sesaat sebelum TMA, campuran bahan bakar
dan udara kemudian dibakar menggunakan percikan api listrik dari busi,
sehingga menyebabkan terbakarnya gas-gas yang kemudian menimbulkan
tenaga yang mendorong piston kebawah menuju TMB. Selama langkah
ini, katup buang akan menutup dan kembali terbuka beberapa saat sebelum
piston mencapai TMB, sedangkan katup isap dalam posisi tertutup. Dan
akhirnya poros engkol membuat setengah putaran yang ketiga.
4. Langkah Buang
Pada langkah buang ini, piston bergerak menuju TMA untuk
mendorong gas-gas yang terbakar keluar melalui katup buang. Katup isap
selalu tertutup pada langkah ini, sedangkan katup buang akan membuka.
Katup buang akan menutup kembali setelah beberapa saat piston
meninggalkan TMA. Poros engkol kemudian dapat menyelesaikan 4
putaran sepenuhnya. Akhirnya siklus kembali lagi dari awal dan dilakukan
berulang-ulang.
2.2.3 Siklus Otto
Melalui siklus otto, maka siklus mesin 4 langkah (four stroke) dapat
dijabarkan melalui 6 fase penting. Keenam fase tersebut adalah fase pemasukan,
pemampatan atau pengkompresian, pemanasan, pendayaan, pendinginan dan
23
pembuangan. Keenam fase tersebut kemudian digambarkan melalui suatu diagram
proses PVT (Pressure, Volume, Temperature) sebagai berikut :
P – V Diagram T – S Diagram
Gambar 2.2 P-V dan T-S Diagram Siklus Otto
1. Fase Pemasukan
Fase ini ditunjukkan oleh garis T0 – T1 dimana pada fase
pemasukan ini tekanan dan suhu adalah tetap. Garis ini menggambarkan
masuknya campuran bahan bakar dan udara pada tekanan dan suhu tetap
dari karburator menuju silinder mesin ketika katup masuk terbuka dan
piston bergerak turun kebawah sebesar 180o sehingga ruang silinder
semakin membesar. Karena katup masuk terbuka, maka Tekanan (P) dan
Suhu (T) dari gas adalah tetap dan setara dengan tekanan dan suhu normal
udara luar. Ketika piston bergerak kebawah dan ruang silinder semakin
membesar, maka Volume silinder (V) semakin membesar dengan bergerak
Q in
2
S
4
3
1
V=c
V=c
Q out
ENERGI FLOW Qin = heat input Qout= heat output V = constan
T
24
dari V1 ke V2 , sehingga jumlah bobot molekul campuran bahan bakar dan
udara didalam silinder semakin bertambah.
2. Fase Pemampatan (Pengkompresian Gas)
Garis T1 dan T2 menunjukkan proses pemampatan atau
pengkompresian gas / fluida kerja secara isentropis ketika piston bergerak
menuju TMA sebesar 180o putaran engkol dan ketika kedua katup, baik itu
katup masuk maupun katup buang dalam kondisi tertutup. Pada fase ini
volume silinder dan volume gas mengecil dari V1 ke V2, namun bobot
campuran bahan bakar dan udara tetap.. Karena terjadi proses kompresi,
maka terjadi peningkatan tekanan dan suhu gas. Tekanan gas (P)
meningkat dari (P1) ke (P2), dan suhu gas (T) juga mengalami peningkatan
dari T1 ke T2.
3. Fase Pemanasan dan Pembakaran Gas
Pada fase yang ditunjukkan oleh garis T2 – T3 ini, menggambarkan
proses pemanasan, penyalaan dan pembakaran campuran bahan bakar dan
udara oleh loncatan api listrik dari busi pada saat kedua katup, baik itu
katup masuk maupun katup buang dalam keadaan tertutup. Proses ini
menggambarkan proses pemasukan kalor pada volume konstan ( V= c),
pada persamaan gas ideal P.V = m.R.T. Pada fase ini, volume gas adalah
tetap pada V1 dan karena terjadi proses pemanasan, maka suhu gas
mengalami peningkatan dari T2 ke T3 dan tekanan gas juga mengalami
peningkatan dari P2 ke P3.
25
4. Fase Pendayaan
Garis T3 - T4 merupakan garis proses yang menggambarkan
langkah pendayaan akibat pembakaran campuran bahan bakar dan udara
didalam silinder oleh percikan api listrik dari busi pada saat kedua katup,
baik itu katup masuk maupun katup buang dalam keadaan tertutup,
sehingga menyebabkan piston berekspansi turun kebawah sebesar 180o
untuk menghasilkan kerja disertai dengan ruang silinder yang membesar .
Pada fase ini, volume silinder mengalami pembesaran dari V1 ke V2
sedangkan bobot gas campuran tetap. Tekanan gas (P) mengalami
penurunan dari P3 ke P4 disertai penurunan suhu dari T3 ke T4. Pada kondisi
ideal, fase ini mengalami proses ekspansi isentropis.
5. Fase Pendinginan Gas Sisa Pembakaran
Fase ini ditunjukkan oleh garis T4 – T1 pada proses volume konstan
yang menggambarkan proses pendinginan dan pengeluaran tenaga panas
hasil pembakaran pada saat katup buang terbuka. Pada fase ini volume gas
tetap pada V2 bobot campuran gas juga masih tetap. Karena mengalami
proses pengeluaran tenaga panas, maka suhu gas mengalami penurunan
dari T4 ke T1, disertai penurunan tekanan gas dari P4 ke P1.
6. Fase Pembuangan
Fase pembuangan ditunjukkan oleh garis T1 – T0 pada kondisi
tekanan tetap yang menggambarkan proses pembuangan gas sisa
pembakaran pada saat piston naik sehingga ruang silinder mengecil.
Tekanan gas (P) dan suhu gas (T) memiliki nilai yang setara dengan
26
atmosfer (udara luar) dikarenakan katup buang dalam kondisi terbuka.
Pada fase ini, volume silinder (V) mengecil dari V2 ke V1 disertai dengan
berkurangnya bobot gas sisa pembakaran.
2.2.4 Kelengkapan Modifikasi
Modifikasi dari mesin otto (motor bensin) cukup mudah karena mesin
sudah didesain untuk beroperasi pada campuran udara/bahan bakar dengan
pengapian busi. Beberapa modifikasi yang dapat dilakukan adalah:
1. Modifikasi saluran masuk bahan bakar dan udara.
2. Modifikasi rasio kompresi.
3. Waktu pengapian
Modifikasi dasar adalah merubah campuran udara dan bahan bakar di
dalam karburasi. Perbandingan massa udara dan massa bahan bakar untuk
pembakaran sempurna dapat dilihat pada Tabel 2.3. Perbandingan massa udara
dan massa bensin pada pembakaran sempurna adalah 15. Perbandingan massa
udara dan massa biogas dengan kadar CH4 50% adalah 4.6. Dengan dasar ini,
saluran campuran bahan bakar bensin dan udara yang semula menggunakan
karburasi, maka pada biogas dibuat peralatan pencampur yang dapat menghasilkan
campuran untuk terjadinya pembakaran yang baik.
27
Tabel 2.4 Perbandingan jumlah udara dan jumlah bahan bakar untuk pembakaran
sempurna (Suyitno, 2009).
No Bahan Bakar Perbandingan
massa udara
terhadap massa
bahan bakar
Perbandingan
volume udara
terhadap volume
bahan bakar
1 Bensin 15,05 5275
2 Metana 17,16 9
3 Biogas 50% CH4 + 50% CO2 4,6 5,8
Besarnya rasio kompresi dapat mempengaruhi efisiensi dari motor bakar.
Secara umum dikatakan bahwa dengan rasio kompresi yang lebih tinggi akan
diperoleh peningkatan efisiensi sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2.3.
Perbandingan kompresi yang umum pada motor bensin adalah 7-10.
Perbandingan kompresi bukanlah perbandingan tekanan. Perbandingan kompresi
(r) sendiri didefinisikan sebagai berikut:
r = V max / Vmin
Untuk biogas, rasio kompresi direkomendasikan tidak lebih dari 13.
Semakin tinggi rasio kompresi dapat meningkatkan temperatur campuran udara
bahan bakar. Hal ini dapat menyebabkan penyalaan sendiri yang tidak terkontrol
dan proses pembakaran yang tidak rata. Keduanya dapat menjadi hal yang
merugikan untuk mesin.
28
Gambar 2.3. Pengaruh perbandingan kompresi terhadap efisiensi dengan
perbandingan panas spesifik Cp/Cv = 1,4 (Cengel, 2006).
Kecepatan pembakaran dari biogas lebih rendah dari kecepatan
pembakaran bensin. Penyebabnya adalah biogas mengandung CO2 dalam
konsentrasi yang cukup tinggi. Kecepatan pembakaran campuran udara bahan
bakar selama satu langkah pembakaran pada motor bensin sangat mempengaruhi
efisiensi motor bensin tersebut. Sebagaimana diketahui bahwa waktu yang
tersedia untuk sempurnanya pembakaran dalam ruang bakar motor bensin
sangatlah singkat. Sebagai gambaran, pada motor bensin yang beroperasi pada
3000 rpm, maka waktu yang tersedia untuk pembakaran selama satu langkah
adalah 1/100 detik (Purnomo, J. 2009).
29
2.3 Karburator
Karburator berfungsi untuk mengubah bahan bakar cair menjadi kabut /
gas, dengan cara mencampurkan bahan bakar cair dan udara sehingga didapatkan
campuran bahan bakar berbentuk kabut / gas sebelum masuk kedalam ruang
bakar. Beberapa hal yang perlu dipahami sebelum mengetahui prinsip kerja
karburator adalah sebagai berikut :
1. Tekanan atmosfir
Tekanan atmosfir merupakan tekanan udara yang berada
disekeliling kita.
2. Kevakuman
Vakum merupakan suatu kondisi atau keadaan dimana sama sekali
tidak terdapat udara / hampa dalam suatu ruangan yang tertutup.
3. Prinsip Kerja Venturi
Pada venturi, terjadi penyempitan suatu ruangan sehingga
menyebabkan tekanan udara menjadi turun, dan sebaliknya
kecepatannya akan naik. Bahan bakar yang terhisap dan keluar dari
pelampung disebabkan oleh adanya tekanan yang rendah pada venturi,
sedangkan besarnya venturi ini dipengaruhi oleh perubahan ketinggian
pada throttle valve.
4. Ruang Pelampung (float chamber).
Fungsi dari ruang pelampung ini yaitu sebagai tempat
penampungan dan penyuplaian bahan bakar yang akan dikabutkan
menuju kedalam ruang bakar. Pelampung dan Katup pelampung (float
30
valve) berfungsi untuk mengatur banyaknya bahan bakar yang ada
didalam ruang pelampung.
5. Choke Valve
Choke valve digunakan untuk memperkaya atau memperbanyak
campuran bahan bakar dan udara pada saat motor start dingin. Pada
jenis motor tertentu, misalnya sepeda motor suzuki, choke valve tidak
digunakan untuk membuka atau menutup saluran udaranya, namun
digunakan untuk menambah jumlah bahan bakar yang akan masuk
menuju ruang bakar, sehingga didapatkan campuran yang kaya.
6. Piston Valve
Besarnya venturi dalam karburator, diatur oleh Piston valve ini.
Dengan diaturnya besar venturi pada karburator oleh piston valve ini,
maka kecepatan udara yang akan masuk ke ruang bakar menjadi
berubah. Piston valve mengatur jumlah bahan bakar yang masuk ke
ruang bakar dengan cara mengatur lebarnya pembukaan pada piston
valve.
7. Slow Jet
Slow jet merupakan alat yang digunakan untuk mensuplai bahan
bakar pada saat putaran lamsam.
8. Main Jet
Main jet digunakan untuk mengatur jumlah bahan bakar yang
sesuai pada semua tingkat kecepatan yang diberikan.
31
9. Piston Valve Screw
Piston valve screw pada saat putaran lamsam, digunakan untuk
mengatur tinggi pembukaan piston valve.
10. Sekrup Penyetel Udara
Sekrup ini berfungsi untuk mengatur jumlah campuran udara
dengan bahan bakar yang tepat pada kondisi putaran lamsam. Berikut
ini merupakan skema dari karburator:
Gambar 2.4 Skema Karburator
Adapun proses yang terjadi pada udara yang mengalir didalam ruangan
venturi dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Pada ruang venturi ini, kecepatan udara yang mengalir akan semakin
besar, sedangkan tekanannya akan mengalami penurunan.
2. Ketika tekanan pada venturi turun, maka hal ini menyebabkan bahan
bakar terhisap naik keatas.
32
3. Selanjutnya bahan bakar yang naik ini akan berubah menjadi kabut
yang kemudian akan dihisap oleh piston pada langkah isap didalam
ruang silinder.
Adapun gambar dari karburator untuk genset merk Hatsudenki adalah
sebagai berikut :
Gambar 2.5 Karburator konvensional standar
2.4 Bahan Bakar dan Teknik Pembakaran Bahan Bakar
2.4.1 Definisi Bahan Bakar
Bahan bakar (fuel) merupakan bahan/material yang dikonsumsi untuk
menghasilkan energi. Bahan bakar dapat dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu :
1. Bahan yang dikonsumsikan dalam proses pembakaran reaksi kimia
2. Bahan yang dikonsumsikan pada reaktor nuklir (reaksi inti)
3. Bahan yang dikonsumsikan oleh makhluk hidup (metabolisme)
33
Tjokrowisastro dkk. (1990) menyatakan bahawa bahan bakar adalah
substansi dimana ketika dipanaskan, mengalami reaksi kimia dengan oxidizer
(biasanya oksigen dalam udara), untuk melepaskan panas. Di dalam proses
pembakaran bahan bakar diperoleh suhu yang tinggi, dan karena perbedaan suhu
antara titik dimana proses pembakaran terjadi dan lingkungannya maka terjadilah
perpindahan energi yang berupa panas. Jumlah energi maksimum yang dapat
dibebaskan oleh suatu bahan bakar melalui reaksi kimia pembakaran sempurna
persatuan massa atau volume bahan bakar disebut sebagai nilai kalor bahan bakar.
Dengan demikian satuan nilai kalor bahan bakar adalah KJ/kg, KJ/m3, Kkal/kg,
Kkal/m3, Btu/lb atau Btu/ft3.
Ditinjau dari fase H2O yang merupakan salah satu produk proses
pembakaran, nilai kalor bahan bakar dibedakan menjadi :
1. Nilai kalor atas (NKA), bila H2O produk hasil pembakaran berada dalam
fase cair (jenuh)
2. Nilai kalor bawah (NKB), bila H2O produk hasil pembakaran berada
dalam fase gas
Dengan demikian selisih antara NKA dan NKB merupakan panas laten
penguapan total massa air yang dihasilkan oleh proses pembakaran per satuan
massa atau volume suatu bahan bakar.
Nilai kalor dari suatu bahan bakar biasanya dapat diketahui melalui
pengujian di laboratorium pada Oxygen Bomb Calorimeter. Nilai kalor bawah
dapat dihitung dengan persamaan berikut:
34
NKB = NKA – xLH (1)
Dimana : NKB = nilai kalor bawah
NKA = nilai kalor atas
x = massa H2O yang terbentuk dalam proses pembakaran per
satuan massa bahan bakar
LH = panas laten penguapan H2O (1080 Btu/lb H2O atau 600
kkal/kg H2O atau 2400 kJ/kg H2O)
2.4.2 Pembakaran Bahan Bakar
Pembakaran dapat didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang
berlangsung secara cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar dari
bahan bakar pada suhu dan tekanan tertentu. Di dalam bahan bakar secara umum
hanya terdapat tiga unsur yang paling penting, yaitu karbon, hidrogen, dan
belerang. Belerang biasanya hanya merupakan unsur ikutan dengan panas
pembakaran yang tidak terlalu besar, tetapi mempunyai peranan yang sangat
penting dalam masalah korosi dan pencemaran lingkungan.
Pembakaran yang baik adalah memperoleh pembebasan dari semua energi
panas yang dikandung bahan bakar, dan menekan jumlah panas yang hilang
karena tidak sempurnanya proses pembakaran dan adanya panas yang diserap
udara pembakar.
2.4.3 Konsep Pembakaran
Konsep dalam pembakaran biasanya dikenal dengan konsep mol. Massa
satu gram (1 gram) suatu yang sama dengan massa molar (massa atomnya)
35
disebut satu grammol (1 grammol) dari zat tersebut atau biasa ditulis satu mol (1
mole). Untuk gas, volume dari satu mole disebut volume molar yang besarnya
untuk gas ideal pada satu atmosfer (1 atm) absoulut adalah 22,4 liter. Konsep
massa dan volume molar ini sangat berguna dalam perhitungan pembakaran.
2.4.4 Perhitungan Pembakaran
Perhitungan pembakaran merupakan titik mula untuk menentukan
rancangan dan unjuk kerja dari semua peralatan pembakaran. Perhitungan
pembakaran akan mencakup beberapa aspek antara lain :
1. Kuantitas dari unsur-unsur yang ikut dalam pembakaran secara kimiawi
2. Kuantitas panas yang dibebaskan
3. Efisiensi dari proses pembakaran pada kondisi teoritis (ideal) dan
sebenarnya (aktual).
2.4.5 Udara Pembakaran
Di dalam pembakaran (oksidasi) selalu terikat unsur oksigen, unsur ini
didapat dari udara sekitar. Untuk keperluan itu maka diberikan beberapa batasan
mengenai udara pembakar, yaitu :
1. Udara kering adalah udara tanpa kandungan air (dry air)
2. Udara basah adalah udara dengan kandungan air tertentu (wet air)
3. Udara baku (standard air) adalah udara dengan kandungan 0,013 kg air
per kg udara kering atau 0,021 mole uap air per mole udara kering (sesuai
dengan RH = 60% pada 25ºC, 1 atm)
36
Tabel 2.5
Komposisi Udara Kering
Unsur % Volume % Berat
Oksigen (O2) 20,99 23,15
Nitrogen (N2) 78,03 76,85
Gas lain-lain 0,98 -
Sumber : Tjokrowisastro dkk. (1990)
2.5 Bahan Bakar Cair
Bahan bakar cair merupakan gabungan senyawa hidrokarbon yang
diperoleh dari alam maupun secara buatan.
2.5.1 Sifat-Sifat Bahan Bakar Cair
Beberapa karakteristik dari bahan bakar cair yang perlu diketahui adalah
sebagai berikut:
1. Specific Gravity dan API Gravity
Specific Gravity adalah density bahan bakar dibagi dengan density
air pada temperatur yang sama atau dapat diartikan sebagai perbandingan
berat dari bahan bakar cair pada temperatur tertentu terhadap air pada
volume dan temperatur yang sama. Bahan bakar cair umumnya memiliki
specific gravity 0,74 – 0,96, sehingga bahan bakar cair lebih ringan
daripada air. Pada beberapa literature, digunakan American Petroleum
Institute (API) Gravity. Pada umumnya, API Gravity dan Specific Gravity
37
mempunyai pernyataan yang sama, yaitu menyatakan density (kerapatan)
atau berat per satuan volume dari suatu bahan. API Gravity dan Specific
Gravity diukur pada suhu yang sama yaitu 60oF (15,6 o C), kecuali pada
aspal 77oF (25 oC). Hubungan antara API Gravity (G) dan Specific Gravity
(sg) dapat dirumuskan sebagai berikut:
G = sg
5,141 – 131,5 (2)
sg = 5,131
5,141
+G (3)
2. Titik nyala (flash point) dan titik bakar (fire point)
Titik nyala (flash point) adalah suhu pada uap diatas permukaan
bahan bakar cair yang akan terbakar dengan cepat (meledak/penyalaan api
sesaat) apabila nyala api didekatkan kepadanya atau dapat diartikan
sebagai temperatur maksimum dimana bahan bakar dengan cepat
menangkap/menyambar nyala ketika nyala didekatkan diatas permukaan
bahan bakar. Sedangkan yang dimaksud dengan titik bakar (fire point)
yaitu temperatur pada keadaan dimana uap diatas permukaan bahan bakar
cair terbakar secara kontinyu apabila nyala api didekatkan kepadanya.
3. Temperatur penyalaan sendiri (Auto-Ignition Temperature)
Temperatur terendah yang diperlukan untuk terbakar sendiri dalam
container standard dalam udara atmosfer dengan tanpa bantuan nyala
seperti bunga api disebut sebagai temperatur penyalaan sendiri (Auto-
Ignition Temperature). Temperatur auto-ignition bensin adalah 370o C.
38
Temperatur auto-ignition mengindikasikan tingkat kesulitan relatif bahan
bakar untuk terbakar.
4. Viskositas (Viskosity)
Suatu angka yang menyatakan besarnya
perlawanan/hambatan/ketahanan suatu bahan bakar minyak untuk
mengalir atau ukuran besarnya tahanan geser dari suatu bahan bakar
minyak disebut dengan viskositas cairan. Viskosity suatu cairan dapat
diukur dengan menggunakan Viscometer.
5. Titik tuang (Pour Point)
Titik tuang ini merupakan suhu terendah dari suatu bahan bakar
cair, dimana bahan bakar cair tersebut masih dapat mengalir karena adanya
gaya gravitasi. Titik tuang ini mempunyai peranan yang sangat penting,
diantaranya ialah menjamin bahan bakar cair agar tetap dapat bersikulasi
dalam hubungannya dengan start mesin dalam keadaan dingin (pada suhu
terendah).
2.5.2 Bensin
Sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor (mesin pembakaran
dalam), ada beberapa syarat yang harus dipenuhi bensin sebagai bahan bakar,
yaitu :
1. Mudah bercampur dengan udara dan terdistribusi dengan uniform di
dalam intake manifold
2. Tahan terhadap knocking (tidak mudah terbakar sebelum/sesudah
penyalaan)
39
3. Tidak mudah terbakar sendiri sebelum waktu yang ditentukan (pre-
ignition)
4. Tidak memiliki kecenderungan menurunkan efisiensi volumetris dari
mesin.
5. Mudah ditangani
6. Murah dan mudah didapat
7. Menghasilkan pembakaran bersih, tanpa menyisakan korosi pada
komponen peralatan mesin
8. Memiliki nilai kalor yang cukup tinggi
9. Tidak membentuk gum dan varnish (kerak), yang dapat merusak
komponen mesin
Bensin untuk kendaraan bermotor merupakan campuran dari destilate
hidrokarbon ringan yang terbuat dari campuran minyak bumi. Karena bensin
adalah campuran paraffin, olefin, naphthene, dan aromatik yang mana berbeda
dari perusahaan satu dan lainnya, dari lokasi dan dari musim tiap tahunnya.
Bensin harus cukup volatile (mudah menguap) agar mudah menyediakan uap pada
mesin, tetapi tidak sangat volatile sehingga menimbulkan bahaya detonasi selama
penanganannya. Temperatur boiling bensin adalah 25 - 225ºC. n-octane yang
sering digunakan untuk mewakili bensin merupakan boiling point 125,6 ºC.
2.5.3 Proses Pembakaran Pada Motor Bensin
Secara umum, proses pembakaran pada motor bensin dapat dibedakan
menjadi dua, yaitu pembakaran sempurna (normal) dan pembakaran tidak
sempurna. Pembakaran normal pada motor bensin terjadi ketika terjadi loncatan
40
bunga api listrik oleh busi didalam ruang bakar, sehingga api tersebut membakar
campuran bahan bakar dan udara yang berada disekelilingnya lalu menjalar
keseluruh bagian hingga semua campuran bahan bakar dan udara habis terbakar.
Pembagian nyala api pada waktu ignition delay terjadi secara merata pada seluruh
bagian.
Sedangkan pembakaran tidak sempurna diakibatkan oleh adanya
pengapian sendiri yang muncul secara mendadak pada bagian akhir dari
campuran. Campuran bahan bakar terbakar bukan karena percikan api dari busi,
dan lebih diakibatkan karena campuran bahan bakar tersebut terbakar sendiri
tanpa dikenai oleh fron-api, sehingga dapat menaikkan tekanan dan dapat terjadi
knocking atau ketukan-ketukan didalam mesin secara berulang-ulang yang dapat
menimbulkan suara keras dan membuat mesin cepat rusak.
Proses pembakaran sempurna secara teoritis dari suatu bahan bakar bensin
(isooktan) dapat direaksikan sebagai berikut:
C8H18 + 12,5 O 8 CO2 + 9 H2O + E (4)
Namun dalam prakteknya, karena udara mengandung ± 21 % O2 dan ±
79% N2 maka reaksi pembakaran tersebut yaitu:
C8H18 + 12,5 (O2 + 79/21 N2) 8 CO2 + 9 H2O + 12,5 (79/21 N2) + E
(5)
41
Dari hasil reaksi tersebut, maka untuk dapat membakar satu mol (1 mol)
bahan bakar, diperlukan 12,5 mol udara kemudian dihasilkan 8 mol CO2, 9 mol
H2O, dan 12,5 (79/21 N2) dan energi.
Proses pembakaran pada motor bensin dimulai ketika campuran bahan
bakar dan udara dari karburator masuk melalui katup masuk menuju ruang bakar
pada langkah isap. Kemudian bahan bakar dinyalakan oleh percikan bunga api
listrik dari busi pada tekanan tertentu, sehingga nyala bunga api listrik tersebut,
membakar campuran bahan bakar dan udara pada kecepatan tinggi dan akhirnya
terjadilah proses pembakaran. Proses pembakaran pada ruang bakar ini akhirnya
mampu mendorong piston kebawah, dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati
bawah (TMB), sehingga mampu menggerakkan poros engkol yang menghasilkan
putaran dan usaha/kerja pada motor.
2.5.4 Rasio Udara Dengan Bahan Bakar (Bensin)
Rasio udara dan bahan bakar merupakan hasil perbandingan antara udara
dan bahan bakar yang akan masuk kedalam ruang bakar untuk proses pembakaran
bahan bakar, yang dirumuskan sebagai berikut :
•
•
=m
m
f
aAFR
dimana: ma = laju aliran massa udara (kg/jam)
Untuk bahan bakar bensin/premium, reaksi pembakaran bahan bakar
dengan udara adalah sebagai berikut:
1,02 (0,88 C8H18 + 0,12 C7H16) + 12,53 (O2 + 79/21 N2) 8 CO2 +
9,06 H2O + 12,53 (79/21 N2) + E (6)
42
2.6 Bahan Bakar Gas
Berbeda dengan bahan bakar cair, analisa bahan bakar gas lebih
didasarkan pada analisa volume yang selalu diukur pada temperatur dan tekanan
standar (60ºF, 30 in Hg atau 150ºC, 1 atm).
Saat ini pemakaian bahan bakar gas semakin meluas. Hal ini disebabkan
oleh beberapa kelebihan yang dimiliki bahan bakar gas dibandingkan dengan
bahan bakar cair, yaitu dalam aspek :
1. Bahan bakar gas dapat diproduksi disatu tempat untuk kemudian
didistribusikan ke berbagai tempat lain tanpa mengalami kesulitan
2. Pengaturan dan pengontrolan proses pembakaran lebih mudah
3. Pemakaian udara berlebih (excess air) lebih rendah
4. Kehilangan panas lebih kecil
5. Bahan bakar bersifat bersih
6. Asap dan abu hasil pembakaran sangat kecil
7. Sesuai untuk operasi yang memerlukan temperatur tinggi
8. Dapat diproduksi dari bahan bakar padat atau bahan bakar cair dari mutu
yang rendah
9. Nilai kalor persatuan massa bahan bakar lebih tinggi
Bertolak dari keeuntungan-keuntungan di atas, disamping harga bahan
bakar cair yang selalu meningkat, pemakaian bahan bakar gas pada motor bakar
berkembang secara luas. Bahan bakar gas adalah bahan bakar yang sangat ideal
untuk mesin pembakaran dalam, karena berfase gas dan mudah bercampur secara
homogen dengan udara. Hal ini mengurangi masalah start awal dan distribusi
43
bahan bakar seperti pada bahan bakar cair. Hal inilah yang menjadi dasar
pemikiran pada penelitian ini sehingga digunakanlah salah satu jenis bahan bakar
gas (biogas) sebagai bahan bakar pada generator listrik (genset). Namun yang
menjadi kendala pada bahan bakar gas adalah pada penyimpanan dan
penanganannya.
2.6.1 Karakteristik bahan Bakar Gas
Karakteristik penting dari bahan bakar gas meliputi analisis volumetrik,
desity, dan nilai kalor. Nilai kalor adalah panas yang dilepas per satuan massa
ketika bahan bakar yang mula-mula pada 25ºC bereaksi secara lengkap dengan
oksigen dan produk dikembalikan pada 25ºC. nilai kalor yang dicatat sebagai nilai
kalor atas (NKA) ketika air dikondensasikan, atau nilai kalor bawah (NKB)
dimana saat air belum dikondensasikan. NKB didapat dari mengurangi NKA
dengan panas penguapan dari produk air, yaitu :
��� � ��� � �
�
�� � �� � ���� (7)
Dimana hfg adalah panas laten penguapan air pada 25ºC, dimana setara dengan
2440 KJ/kg air (1050 Btu/lbm). Air yang dihasilkan meliputi air yang berasal dari
tingkat kebasahan pada bahan bakar dan air yang terbentuk dari hydrogen yang
berasal dari bahan bakar.
44
2.7 Proses Terdahulu Perancangan Sistem distribusi dan Unjuk Kerja
Mesin Berbahan Bakar Biogas.
2.7.1 Pemanfaatan Biogas/Landfillgas Sebagai Bahan Bakar Mesin Bensin
1 Silinder 4 Langkah
Hary, dkk. (2007) melakukan penelitian dengan pengujian menggunakan
komponen koponen dan penyesuaia komponen untuk biogas, mengetahui kinerja
mesin bila menggunakan biogas, mendapatkan rekomendasi perubahan alat atau
modifikasi mesin, Mixer ini terdiri dari katup manual dan asupan gas
pengendalian dan pipa-T.
Gambar 2.6 Skema pengujian yang dipakai
Pada penelitian ini, dimana perbandingan kompresi digunakan normal,
tanpa perubahan, sedang kadar biogas berkisar 50–60 selama masa percobaan,
mesin tidak dapat hidup maksimal. Mesin tidak dapat dipacu pada throtle tinggi.
Mesin dapat dihidupkan dengan kondisi putaran menengah pada start awal dan
dapat beroperasi dengan baik dan normal serta dapat dinaikkan pada putaran
tinggi dengan menambah suplai bahan bakar dan menyesuikan suplai udara
sehingga mixer dianggap telah dapat digunakan untuk memanfaatkan biogas
45
sebagai bahan bakar untuk mesin. Tetapi metode ini memiliki kelemahan bahwa
suplai bahan bakar ini dilakukan secara manual sehingga mesin tidak secara
otomatis menyesuaikan kebutuhan udara saat suplai bahan bakar ditambah.
Pengujian ini menggunakan pengukuran tegangan listrik (Volt atau V), Arus
listrik (Amper), kadar CO, CO2, SFC. Pengujian dilakukan pada daya listrik 96,
130, 150, 169 Watt. Konsumsi Bahan bakar spesifik biogas pada pengujian ini
SFC = 3600/1000 × Fb × ρ(kg/jam) = 5.06 (kg/jam). Pada pembebanan 100–150
VA terjadi volume gas buang CO2 tertinggi yaitu pada 43 ml, dan O2 yang turun
serta menghasilkan pembakaran yang paling baik di antara variasi pembebanan
yang lain dikarenakan volume campuran bahan bakar-udara yang sesuai dengan
kebutuhan saat pembebanan dan putaran motor. Pada pembebanan pada 150 Watt
terjadi penurunan CO2 dan terjadi kenaikan dari O2 karena suplai udara yang
berlebih dan bahan bakar yang kurang sehingga menghasilkan gas buang O2 yang
lebih tinggi dan hasil pembakaran CO2 yang turun mengindikasikan kualitas
pembakaran yang menurun. Penurunan volume semua komponen bermakna mesin
akan mati karena putaran turun.
Hasil dari penelitian ini adalah mesin dapat dihidupkan menggunakana
biogas dengan kandungan metana 56–60%. Hal ini sekaligus membuktikan bahwa
digester yang dipergunakan dapat menghasilkan biogas yang layak untuk motor
bakar. Mesin atau motor bakar berbahan bakar biogas yang dipergunakan dalam
percobaan dapat menghasilkan listrik untuk menghidupkan lampu hingga 250
Watt. Seperempat dari kapasitas normalnya jika menggunakan bahan bakar
premium/bensin. Kemungkinan penyebabnya adalah waktu pengapian yang
46
kurang pas mengingat kecepatan pembakaran biogas yang lambat (290 m/s).
Beban optimal terjadi pada 150 Watt artinya pada pembebanan listrik 150 Watt,
terjadi konversi energi biogas menjadi daya tertinggi yaitu 230 Watt/m3 biogas.
Pada pembebanan 150 watt konsumsi bahan bakar adalah 0.000097333
liter/Watt.
2.7.2 Disain Converter Kits Modifikasi Sistem Bahan Bakar Motor Bensin
Menjadi Berbahan Bakar Gas
Fausan, dkk. (2008) Dalam upaya menekan pelepasan gas metan dari
sampah ke atmostfir yang dapat menimbulkan efek rumah kaca dan menyumbang
pada pemanasan global maka dilakukan serangkaian penelitian mulai dari
penangkapan gas metan hingga pemakaian gas metan untuk keperluan motor
bakar dengan konverter kit sebagai kunci utamanya. Penelitian ini didedikasikan
untuk mendapatkan seperangkat peralatan yang digunakan untuk mengubah motor
berbahan bakar bensin menjadi berbahan bakar gas. Kajian terhadap beberapa
kemungkinan model penyaluran bahan bakar gas, diaplikasikan dengan tetap
mempertahankan pemakaian bahan bakar bensin (hybrid). Luaran berupa disain
seperangkat peralatan yang digunakan untuk mengubah motor berbahan bakar
bensin menjadi berbahan bakar gas berupa gambar, spesifikasi alat dan
komponennya, sistem kerja; prototip dan panduan.
47
Gambar 2.7 Instalasi rangkaian alat penelitian
Bahan bakar gas LPG yang berada dalam tabung bertekanan tinggi (1)
dikeluarkan dengan menurunkan tekanannya menggunakan regulator LPG
tekanan tinggi (2) dan kembali diturunkan tekanannya sesuai dengan kebutuhan
konsumsi bahan bakar dengan menggunakan regulator asetelin (3). Gas yang
sudah diturunkan tekanannya dialirkan melalui selang gas ke kran mimbran (4).
Kevakuman yang terjadi di ruang bakar yang diakibatkan oleh langkah isap piston
dari TMA ke TMB mengakibatkan pegas kran mimbran tertarik dan membuka
aliran gas dan gas akan mengalir ke kran pembagi (5) untuk kemudian dialirkan
ke main jet dan pilot jet di dalam pencampur (mixer) (6). Udara yang masuk
karena kevakuman dalam ruang bakar akan bercampur dengan gas LPG dan
kemudian masuk ke dalam ruang bakar mesin satu silinder empat langkah (7).
Hasil analisa bahan bakar menunjukkan bahwa kandungan CO cukup
besar (14%) pada tekanan bahan bakar diatas 0.15 kg/cm2 sehingga bahan bakar
tetap mengalir meskipun tidak terjadi kevakuman di ruang bakar. Dari hasil uji
48
coba kit konversi eksperimental, ditemukan bahwa kran mimbran tidak berfungsi
secara maksimal, sehingga untuk menjadikan alat ini bisa digunakan, maka perlu
adanya pendisainan kembali kran mimbran tersebut.
49
BAB III
KERANGKA BERFIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN
3.1 Kerangka Berfikir
Semakin meningkatnya kebutuhan energi namun tidak disertai dengan
ketersediaan energi yang memadai. Meningkatnya harga bahan bakar fosil yang
diakibatkan oleh semakin berkurangnya cadangan minyak dunia menuntut semua
kalangan untuk menemukan dan mencari serta mengkaji sumber energi lain.
Salah satu sumber energi alternatif itu adalah biogas, pemanfaatan biogas
dapat digunakan sebagai bahan bakar untuk generator listrik atau genset.
Dipasaran banyak terdapat genset berbahan bakar premium namun sebalikknya
yang menggunakan genset berbahan bakar biogas masih sulit ditemukan.
Oleh sebab itu maka dilakukan penelitian untuk memanfaatkan biogas
sebagai bahan bakar pengganti dari premium pada genset, dengan melakukan
modifikasi pada mesin dan melakukan penelitian unjuk kerja pada mesin genset
berkapasitas 1200 Watt.
49
50
3.2 Konsep
3.2.1 Pengerjaan Konverter (Berdasarkan Rasio Udara dengan Bahan
Bakar)
Secara umum, proses pembakaran pada motor bensin dapat
dibedakan menjadi dua, yaitu pembakaran sempurna (normal) dan
pembakaran tidak sempurna. Pembakaran normal pada motor bensin terjadi
ketika terjadi loncatan bunga api listrik oleh busi didalam ruang bakar,
sehingga api tersebut membakar campuran bahan bakar dan udara yang
berada disekelilingnya lalu menjalar keseluruh bagian hingga semua
campuran bahan bakar dan udara habis terbakar. Proses pembakaran
sempurna secara teoritis dari suatu bahan bakar bensin (isooktan) dapat
direaksikan sebagai berikut:
C8H18 + 12,5 O 8 CO2 + 9 H2O + E (8)
Namun dalam prakteknya, karena udara mengandung ± 21 % O2 dan ±
79% N2 maka reaksi pembakaran tersebut yaitu:
C8H18 + 12,5 (O2 + 79/21 N2) 8 CO2 + 9 H2O + 12,5 (79/21 N2) + E
Dari hasil reaksi tersebut, maka untuk dapat membakar satu mol (1 mol)
bahan bakar, diperlukan 12,5 mol udara kemudian dihasilkan 8 mol CO2, 9
mol H2O, dan 12,5 (79/21 N2) dan energi.
Adapun rasio udara dengan bahan bakar untuk bahan bakar biogas
adalah merupakan senyawa methane (CH4). Kandungan methane pada
biogas yang telah dimurnikan adalah 90%. Secara kimia, reaksi
pembakaran biogas dengan udara adalah sebagai berikut:
51
10(0,9 CH4) + 19(O2 + 79/21 N2) 9CO2 + 20H2O + 19(79/21 N2)
+ E (9)
3.3 Hipotesis Penelitian
Berdasarkan uraian diatas akan dapat dirumuskan dalam penelitian
antara lain:
1. Reaksi kimia pada premium dan biogas digunakan untuk menghitung
diameter lubang saluran udara pada konverter dan karburator secara
teoritis sehingga dapat diperoleh variasi laju aliran volume sesuai
pengujian menggunakan bahan bakar biogas dengan berat jenis laju
aliran massa 0,554 gram/cm3 maka dapat dihitung laju alir volume pada
biogas, laju alir massa biogas yang mengalir dari ball valve dimana
proses perhitungan putarannya secara teoritis agar didapatkan laju aliran
massa biogas terbaik pada mesin genset 1200 Watt.
52
BAB IV
METODE PENELITIAN
4.1 Rancangan Penelitian
Metode yang dilakukan dalam menyelesaikan penelitian ini yaitu dengan
metode field research yang dilakukan melalui kegiatan di lapangan dimana
penulis mengadakan pengamatan langsung pada objek yang diteliti guna
memperoleh data yang akan dibahas melalui observasi, wawancara dengan
menngunakan metode library research adalah penelitian kepustakaan yang
dilakukan untuk memperoleh data dengan cara membaca buku – buku atau
literature yang berhubungan dengan penelitian ini, dan menggunakan metode
eksperimen dengan pengerjaan alat yang dibuat dan diuji kebenarannya.
4.1.1 Langkah-langkah perancangan
Adapun langkah-langkah pembuatan model sistem distribusi bahan
bakar biogas sebagai berikut :
1. Melakukan perhitungan pembuatan dari konverter biogas
2. Menggambar sketsa pembuatan model konverter Biogas
3. Memilih bahan dan membuat konverter biogas,dan memasan
intake manifold dan alat pengganti karburator konvensional seperti
skep gas yang mengambil sistem kerja karburator konvensional.
52
53
4. Pemasangan konventer , intake manifold yang menjadi satu dengan
skep gas sebagai pengganti karburator konvensional disertai
pemasangan selang gas dan dilakukan juga pemasangan regulator
yang sudah terpasang selang, keran ke tabung gas hasil pemurnian
kemudian dialirkan gas.
5. Memvariasikan saluran udara dari (0,3cm), (0,4cm), (0,5cm),
(0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm), (1,0cm), (1,1cm)
6. Hidupkan genset dan pastikan alat dapat bekerja, setelah
memvariasikan laju saluran udara kemudian dilakukan variasi laju
aliran massa biogas, sehingga selesai dengan membiarkan genset
hidup pada posisi idle mencapai tegangan 220 volt dengan toleransi
± 5%.
Instalasi penelitian ini menggunakan plastik bertekanan dalam bentuk
tabung dilakukan untuk mengatasi ketersediaan bahan bakar biogas pada
percobaan yang membutuhkan suplai bahan bakar yang cukup banyak. T-way
selang digunakan untuk menghubungkan regulator menuju katup sebagai saluran
biogas dan kompresor yang berfungsi mengalirkan dan menaikkan tekanan bahan
bakar biogas. Pressure gauge mmHg digunakan untuk mengatur tekanan bahan
bakar biogas. Katup menggunakan Ball valve untuk mengatur jumlah bahan bakar
biogas yang akan masuk kedalam konverter menuju genset, yang akan dilanjutkan
menuju instalasi pengujian genset yang menggunakan perbandingan bahan bakar
premium dengan biogas melalui variasi pembebanan pada lampu listrik.
54
4.2 Lokasi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di UD. SETIAWAN, Br. Sangging, Desa
Kelating, Kecamatan Kerambitan, Tabanan.
4.3 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini menggunakan dua variabel yaitu variabel bebas dan
variabel terikat
Yang termasuk variabel bebas yaitu :
1. Bahan bakar biogas
2. Laju aliran massa biogas
3. Variasi diameter saluran udara yaitu : (0,3cm), (0,4cm), (0,5cm),
(0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm), (1,0cm), (1,1cm)
4.4 Bahan Penelitian
Pembuatan model alat yang digunakan sebagai pendistribusian bahan
bakar biogas kedalam mesin genset terbuat dari pengecoran kampas rem bekas
dengan bahan dasar aluminium. Pada masa sekarang ini pemakaian aluminium
semakin meluas dikarenakan mempunyai sifat-sifat yang sangat baik dan bila
dipadu dengan logam lain bisa mendapatkan sifat-sifat yang tidak bisa ditemui
pada logam lain : ringan, tahan korosi, penghantar panas,listrik yang baik. Berat
jenisnya hanya 2,7 sehingga walaupun kekuatannya rendah tetapi
perbandingannya masih lebih tinggi dari pada baja, sehingga banyak digunakan
55
pada konstruksi yang menuntut sifat ringan seperti alat-alat transport terutama
pesawat terbang.
Sifat tahan korosi pada aluminium diperoleh karena terbentuknya lapisan
oksid pada permukaan aluminium. Lapisan oksid ini melekat pada permukaan
dengan kuat dan rapat serta sangat stabil (tidak bereaksi dengan lingkungan)
sehingga melindungi bagian yang lebih dalam. Sifat lain yang menguntungkan
pada aluminium adalah sangat mudah difabrikasi. Dapat dituang dengan cara
penuangan apapun, dapat deforming dengan berbagai cara seperti rolling,
stamping, drawing, forging, ektruding, dan lain-lain menjadi bentuk rumit yang
cukup rumit sekalipun. (Hari, U., 2009). Proses pengerjaannya sebagai berikut :
1. Pembakaran 2. Pencairan
3. Pengecoran 4. Pembentukan
Gambar 4.1Proses pengerjaan bahan untuk pembuatan Konverter biogas
56
Setelah mengalami tahapan-tahapan proses pembakaran hingga
pembentukan maka dapat dilakukan proses sketsa gambar yang
direncanakan sebagai berikut :
1. Saluran udara 2. Saluran masuk bahan bakar biogas
2. Skep gas 3. Konverter biogas
Gambar 4.2 Sketsa converter bahan bakar biogas
57
4.5 Instrumen Penelitian
Adapun alat yang dipakai dalam penelitian ini adalah:
Gambar 4.3 Mesin genset berkapasitas 1200 watt
1. Genset jenis motor bensin 4 langkah dengan spesifikasi sebagai
berikut:
- Merk : Hatsudenki
- Daya terpasang : 1.200 Watt
- Tegangan Output : 220
- Daya Mampu : 1000 Watt
- Bahan bakar : Premium
- Volume tangki bahan bakar : 7 liter
- Jumlah Silinder : 1
2. Flow meter, berfungsi untuk mengetahui laju alir dan menghitung
volume biogas yang mengalir.
58
Gambar 4.4 Flow meter
3. Kompresor, berfungsi sebagai alat untuk menaikkan tekanan biogas
umpan sebelum menuju genset.
Gambar 4.5 Kompresor
4. Regulator
Gambar 4.6 Regulator Tekanan
Penggunaan regulator bertujuan untuk mengatur tekanan biogas
umpan yang akan mengalir menuju genset sehingga didapatkan
tekanan yang konstan sesuai dengan tekanan yang akan dikondisikan
selama penelitian.
59
5. Stopwatch, berfungsi untuk mengukur waktu selama pengambilan
data sesuai dengan waktu yang telah dikondisikan selama penelitian.
Gambar 4.7 Stopwatch
6. Penampung bahan bakar biogas,untuk menampung biogas umpan dari
hasil proses pemurnian biogas.
Gambar 4.8 Penampung bahan bakar biogas
7. Amper meter, digunakan sebagai alat pengukuran daya atau tegangan
yang dihasilkan oleh mesin genset.
Gambar 4.9 Amper meter
8. Lampu pijar 50 Watt sebanyak 20buah, dan 25 Watt sebanyak 4 buah,
10 Watt sebanyak 7 buah, 5 Watt sebanyak 6 buah.
9. Kabel sepanjang ± 10 meter
10. Stop kontak 5 lubang 1buah
60
11. Stopwatch sebagai alat pengukur waktu
12. Peralatan perbengkelan sebagai penunjang penelitian
13. Kantung plastik bertekanan digunakan sebagai penampung bahan
bakar biogas hasil pemurnian
14. Regulator tabung Biogas sebagai alat penyalur bahan bakar.
15. Tutup saluran udara konverter dari plat aluminium dengan variasi
diameter (0,3cm), (0,4cm), (0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm),
(0,9cm), (1,0cm), (1,1cm).
16. Selang gas biogas.
4.6 Prosedur Penelitian
Adapun Penelitian ini dilakukan dengan beberapa urutan langkah kerja
yaitu:
1. Pemasangan selang pada penampung bahan bakar biogas dialirkan
melalui kompresor listrik dan diatur tekanan yang sesuai pada
regulator.
2. Dari regulator dialirkan menuju alat pengukur laju aliran bahan
bakar biogas (flow meter).
3. Pemasangan konverter biogas yang telah disambungkan slang dari
regulator menuju konverter. Lakukan variasi saluran udara sebesar
(0,3cm), (0,4cm), (0,5cm), (0,6cm), (0,7cm), (0,8cm), (0,9cm),
(1,0cm), (1,1cm).
61
4. Dengan tekanan yang ditentukan hidupkan genset, jika genset
belum bisa hidup maka ganti diameter saluran udara berikutnya.
5. Sampai pada putaran yang normal diberi pembebanan sampai
beban maximum dan dilakukan pengukur laju aliran massa biogas,
voltase, amper, pembebanan Jika tegangan outputnya kurang atau
melebihi batas toleransi tegangan maka diatur tekanan biogas
sampai tercapai tegangan output dalam batas toleransi maximum.
6. Untuk perhitungan performansi yang dipakai adalah data yang
diameter saluran udaranya biasa hidup untuk semua beban
menghasilkan tegangan sebesar 220 volt. Begitu juga dengan
tekanan bahan bakar biogas yang bisa hidup pada semua beban
dengan nilai terbaik.
4.7 Analisa Data
Bagian yang berguna dari biogas adalah nilai kalor dari biogas itu sendiri
atau kontens CH4 pada biogas selain CO H2S dan komponen lain pada biogas.
KOmponen lain tersebut juga memiliki energy tapi tidak mempengaruhi pada
proses pembakaran CH4 atau gas metan.
Dibawah ini adalah parameter thermodinamika CH4 pada kondisi standar
(273 K, P 1013 m bar) :
Cp = 2.165 kj/kg k
Molar massa M = 16.04 kg/mol,
Densitas ρ = 0.72 kg/m3
62
Individual gas konstan R = 0,518 kj/kg.K
Nilai kalor bawah
Hu = 50000 kj/kg
Hu,n = 3600 kj/kg
Niliai kalor actual biogas berdasarkan atas didapat CH4, nilai kalor ini
sangat vital untuk menentukan kemampuan dari mesin, untuk menghitung nilai
kalor dapat dicari dengan menggunakan rumus thermodinamika standar yaitu
dengan rumus :
� ��� ,������ � � ��� , �! .#$�%& '
#(% �) �.
*$�%& '
*(% �) � (10)
��,������ � +,-
+%.% ���� ,������ ��,/01��� (11)
� �
�
+ (12)
Daya output mesin merupakan daya yang dihasilkan oleh mesin dimana
besarnya sama dengan daya yang dihasilkan oleh generator dibagi dengan
efisiensi genset. Daya output dapat dihitungsebagai berikut :
2345667 � 8 � (13)
9 � :; ��,/01��� (14)
<=/ � � .>?@
A??? B 36000 FG
HIJ (15)
K�L � #
?.MJ
NO� (16)
K� � #
NO� (17)
Specific Fuel Consumtion (SFC)
yang digunakan pembangkit daya untuk menghasilkan daya listrik setiap jamnya.
Specific Fuel Consumtion (SFC)
4.8 Instalasi Penelitian
Gambar 4.10
Dari gambar 4.10 dapat dilihat yang pertama hasil pemurnian biogas di alirkan
menuju plastik penyimpanan kemudian dialirkan menuju kompresor tan di atur
tekanannya menggunaka regulator biogas menggunakan balt valve menuju pada
alat flow meter dan pemasangan konverter biogas dilakukan pada genset setelah
itu mesin dihidupkan dan dihi
amper meter sehingga diperoleh perhitungan yang maximum.
4.9 Diagram alir
Specific Fuel Consumtion (SFC) adalah jumlah konsumsi bahan bakar
yang digunakan pembangkit daya untuk menghasilkan daya listrik setiap jamnya.
Specific Fuel Consumtion (SFC) dapat dihitung dengan rumus :
4.8 Instalasi Penelitian
Gambar 4.10 Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian
Dari gambar 4.10 dapat dilihat yang pertama hasil pemurnian biogas di alirkan
enuju plastik penyimpanan kemudian dialirkan menuju kompresor tan di atur
tekanannya menggunaka regulator biogas menggunakan balt valve menuju pada
alat flow meter dan pemasangan konverter biogas dilakukan pada genset setelah
itu mesin dihidupkan dan dihidupkan daya atau beban lampu diukur menggunakan
ngga diperoleh perhitungan yang maximum.
Diagram alir
63
adalah jumlah konsumsi bahan bakar
yang digunakan pembangkit daya untuk menghasilkan daya listrik setiap jamnya.
(18)
langkah yang dilakukan dalam penelitian
Dari gambar 4.10 dapat dilihat yang pertama hasil pemurnian biogas di alirkan
enuju plastik penyimpanan kemudian dialirkan menuju kompresor tan di atur
tekanannya menggunaka regulator biogas menggunakan balt valve menuju pada
alat flow meter dan pemasangan konverter biogas dilakukan pada genset setelah
dupkan daya atau beban lampu diukur menggunakan
64
Studi Literatur
Mulai
Persiapan Alat dan Bahan
Pembuatan Konverter
Konverter Biogas
Mencapai tegangan Output 220 Volt dengan
toleransi 5%
Variasikan laju aliran diameter saluran
udara
Mencapai tegangan Output 220 Volt dengan
toleransi 5%
Dilanjutkan dengan beban 100 Watt sampai dengan 400 Watt
dengan proses yang sama
Ya
Ya
Tidak
Pengujian dengan bahan bakar Biogas pada beban Maximum
Tidak
A
65
A
Pencatatan Data
Perhitungan dan analisa data
Kesimpulan dan saran
Selesai
66
BAB V
HASIL PENELITIAN
5.1 Konverter Biogas
Gambar 5.1 Konverter biogas
Keterangan gambar:
1. Tempat masuknya bahan bakar biogas
2. Coakan dalam konverter
3. Lubang tuas skep gas
4. Diameter dalam
5. Diameter luar
6. Variasi diameter saluran udara
Pada pembuatan konverter sistem distribusi bahan bakar biogas untuk
mendapatkan model konverter biogas dihitung dari persamaan reaksi kimia dan
laju aliran massa berat jenis biogas 0,55 gram/cm3 sehinnga didapatkan diameter
1
2
3 4
5
6
66
67
luar konverter 12 mm dengan ukuran sesungguhnya pada karburator 1,57 cm
maka didapatkan coakan dalam konverter 5mm.
5.2 Pemasangan konverter pada genset berkapasitas 1200 watt
Gambar 5.2 konverter pada genset
Penggunaan konverter biogas dari segi pemasangan harus dilakukan
Dengan baik sehingga tidak adanya kebocoran pada celah celah kecil lubang
diameter saluran masuk biogas dan kemudian dipasangkan alat variasi saluran
udara pada konverter 0,3cm, 0,4cm, 0,5cm, 0,6cm, 0,7cm, 0,8cm, 0,9cm, 1,0cm,
1,1cm, sehingga unjuk kerja dapat mesin genset berlangsung sesuai yang
diharapkan.
68
5.3 Data Hasil Penelitian
5.3.1 Data Penelitian untuk Bahan Bakar Biogas
Tabel 5.1 Data Pengujian untuk Bahan Bakar Biogas
Diameter saluran udara (cm) Laju Aliran Massa (Kg/Jam)
0,15 0,16 0,19 0,21 0,22 0,25 0,27 0,29 0,31
0.3
laju aliran bio gas (L/m) 3,7 Hidup mati mati mati mati mati mati mati
tegangan listrik (V) 220 Hidup mati mati mati mati mati mati mati
arus listrik (A) 2,00 Hidup mati mati mati mati mati mati mati
max power ( W) 400 Hidup mati mati mati mati mati mati mati
0.4
laju aliran gas (L/m) Hidup 4 mati mati mati mati mati mati mati
tegangan listrik (V) Hidup 220 mati mati mati mati mati mati mati
arus listrik (A) Hidup 2,15 mati mati mati mati mati mati mati
max power ( W) Hidup 473 mati mati mati mati mati mati mati
0.5
laju aliran bio gas (L/m) mati mati 4,7 Hidup mati mati mati mati mati
tegangan listrik (V) mati mati 220 Hidup mati mati mati mati mati
arus listrik (A) mati mati 2,33 Hidup mati mati mati mati mati
max power ( W) mati mati 512 Hidup mati mati mati mati mati
0.6
laju aliran gas (L/m) mati mati mati 5,2 Hidup Hidup mati mati mati
tegangan listrik (V) mati mati mati 220 Hidup Hidup mati mati mati
arus listrik (A) mati mati mati 2,45 Hidup Hidup mati mati mati
max power ( W) mati mati mati 539 Hidup Hidup mati mati mati
0.7
laju aliran bio gas (L/m) mati mati mati mati 5,5 Hidup mati mati mati
tegangan listrik (V) mati mati mati mati 220 Hidup mati mati mati
arus listrik (A) mati mati mati mati 2,66 Hidup mati mati mati
max power ( W) mati mati mati mati 585 Hidup mati mati mati
0.8 laju aliran gas (L/m) mati mati mati mati Hidup 6,1 mati mati mati
69
tegangan listrik (V) mati mati mati mati Hidup 220 mati mati mati
arus listrik (A) mati mati mati mati Hidup 2,77 mati mati mati
max power ( KW) mati mati mati mati Hidup 609 mati mati mati
0.9
laju aliran bio gas (L/m) mati mati mati mati mati mati 6,7 Hidup mati
tegangan listrik (V) mati mati mati mati mati mati 220 Hidup mati
arus listrik (A) mati mati mati mati mati mati 3,09 Hidup mati
max power ( W) mati mati mati mati mati mati 679 Hidup mati
1.0
laju aliran gas (L/m) mati mati mati mati mati mati Hidup 7 mati
tegangan listrik (V) mati mati mati mati mati mati Hidup 220 mati
arus listrik (A) mati mati mati mati mati mati Hidup 3,30 mati
max power (W) mati mati mati mati mati mati Hidup 727 mati
1.1
laju aliran gas (L/m) mati mati mati mati mati mati mati 7,5 Hidup
tegangan listrik (V) mati mati mati mati mati mati mati 220 Hidup
arus listrik (A) mati mati mati mati mati mati mati 4,20 Hidup
max power (W) mati mati mati mati mati mati mati 924 Hidup
Tabel 5.1 di atas dapat dilihat pada variasi diameter saluran udara terhadap
laju aliran massa tertentu saja yang bisa menyala dengan normal, dan pada variasi
yang lainnya mesin tidak dapat menyala, misal dilihat pada data untuk lubang
saluran udara 0.3 cm, hanya dengan laju aliran 3.7 liter /menit yang menghasilkan
mesin jalan dengan normal, ini disebabkan oleh ketepatan campuran udara dan
bahan bakar, jika campuran udara dan bahan bakar sesuai, maka mesin akan
menyala dengan sempurna. Pada bukaan 200, mesin hanya bisa hidup saja, dengan
kondisi sulit distarter dan nyala mesin sangan tidak sempurna sehingga tidak
menghasilkan daya.
70
5.4 Profi Perhitungan Variasi Diameter Saluran Udaran terhadap Bahan
Bakar Biogas
Dari tabel 5.1 diketahui data pengujian dengan menggunakan konverter
biogas dihitung menggunakan perhitungan dengan variasi bukaan diameter
saluran udara dan variasi laju alir volume bahan bakar biogas hasilnya dapat
ditabelkan sebagai berikut :
Tabel 5.2 Data Hasil Perhitungan
D (cm)
laju aliran
Vol BB ( lt/min)
V (volt)
A (Amper)
Daya (Watt)
E (kwh) p (kJ) Q in Effisiensi
mesin massa
BB (kg) sfc
(Kg/Kwh)
0,30 3,7 220 2 440,000 0,4888889 1760 4919,742 0,3577423 0,1598 0,326946
0,40 4 220 2,15 473,000 0,5255556 1892 5318,64 0,35573 0,1728 0,328795
0,50 4,7 220 2,33125 512,875 0,5698611 2051,5 6249,402 0,3282714 0,2030 0,356297
0,60 5,2 220 2,450459 539,101 0,5990012 2156,404 6914,232 0,3118791 0,2246 0,375024
0,70 5,5 220 2,660938 585,406 0,6504516 2341,6256 7313,13 0,3201947 0,2376 0,365284
0,80 6,1 220 2,771259 609,677 0,6774188 2438,7076 8110,926 0,3006694 0,2635 0,389006
0,90 6,7 220 3,086603 679,053 0,754503 2716,2106 8908,722 0,3048934 0,2894 0,383616
1,00 7 220 3,308098 727,782 0,8086462 2911,1264 9307,62 0,3127681 0,3024 0,373958
1,10 7,5 220 4,2 924,000 1,0266667 3696 9972,45 0,3706211 0,324 0,315584
71
5.5. Profil Gambaran Grafik dari Data Hasil Penelitian dan Pengolahan Data
Dari tabel 5.2 dapat dibuatkan grafik sebagai berikut :
Gambar 5.3 Grafik Hubungan antara Laju Aliran Volume dengan
Diameter Lubang Saluran Udara
Dari gambar grafik diatas dapat dijelaskan bahwa peningkatan laju aliran
volume bahan bakar terjadi di setiap titik bukaan saluran udara dari variasi bukaan
diameter (0,3cm), hingga (1,1cm) dengan laju aliran volume bahan bakar biogas
(3,7 liter/menit) mencapai (7,5 liter/menit).
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,0 0,5 1,0 1,5
Laju
ali
ran
lt/
mt
Diameter Lubang
laju aliran Vol BB …
72
Gambar 5.4 Grafik Hubungan Daya Genset dengan Laju Aliran Biogas
Gambar 5.4 menunjukkan disetiap titik terjadi peningkatan daya yang
dihasilkan oleh genset maka laju aliran volume bahan bakar biogas mengalami
peningkatan konsumsi bahan bakar dengan daya genset yang di hasilkan dari 440
Watt mencapai 924 Watt dengan konsumsi bahan bakar 3,7 liter/menit hingga 7,5
liter/menit.
Gambar 5.5 Grafik Hubungan Laju Aliran Biogas terhadap Effisiensi Mesin
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0,00 500,00 1000,00
laju
ali
ran
(
lt/m
t)
Daya genset Watt
Daya (Watt)
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0 2 4 6 8
Eff
isie
nsi
me
sin
Laju aliran (Lt/mt)
Eff
73
Gambar grafik 5.5 menunjukkan bahwa nilai dari effisiensi mesin
mengalami penurunan terhadap laju aliran volume bahan bakar biogas dari nilai
0,358 mencapai 0,301 dan mengalami kenaikan effisiensi mencapai 0,371 dengan
jumlah volume bahan bakar 3,7 liter/ menit hingga 6,1 liter/menit dan mengalami
kenaikan pada posisi 7,5 liter/menit.
Gambar 5.6 Grafik Laju Aliran Volume Biogas terhadap Sfc
Gambar 5.6 pada grafik menunjukkan penggunaan konsumsi bahan bakar
meningkat pada 0,327 kg/kwh hingga 0,375 kg/kwh pada titik tersebut mengalami
penurunan konsumsi bahan bakar mencapai titik 0,365 kg/kwh dan kembali
meningkat dari 0,389 mencapai batas 0,316 kg/kwh mengalami penurunan.
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
0,300
0,350
0,400
0,450
0 2 4 6 8
sfc
Laju aliran (Lt/mnt)
sfc (Kg/Kwh)
74
BAB VI
PEMBAHASAN
6.1 Perinsip Kerja Variasi Diameter Konverter Biogas
Konverter merupakan peralatan yang digunakan sebagai pencampur udara
dengan bahan bakar biogas sebelum memasuki ruang bakar atau sebagai alat
pengganti karburator berbahan bakar premium. Bila digunakan karburator standar
maka akan banyak terjadi kebocoran sehingga menyebabkan pemborosan bahan
bakar, Oleh karena itu maka akan sangat berbahaya bila terjadi kebocoran.
Konverter sebagai alat pengganti dari karburator pada prosesnya
menggunakan variasi laju aliran bahan bakar biogas dan diameter saluran udara.
Biogas yang digunakan merupakan hasil dari pemurnian sebelumnya dengan
persentasi biogas mencapai 90%, Pada saat penelitian laju aliran massa biogas
sering kali berubah ubah sehingga menyebabkan unjuk kerja dari genset kurang
maximum, dengan menggunakan kompressor dan diatur tekanan keluarnya
dengan menggunakan regulator atau ball valve sehingga laju alir dari biogas yang
masuk pada konverter menjadi konstan. Tekanan laju aliran massa biogas yang
konstan dan kontinyu akan memberikan hasil terbaik dari proses pembakaran
pada unjuk kerja mesin genset.
76
75
6.2 Pengaruh Variasi Diameter Saluran Udara terhadap Laju Aliran
Volume Bahan Bakar Biogas.
Didalam proses penggunaan variasai dan laju aliran volume bahan
bakar biogas merupakan hal yang paling penting selain konverter. Dari Grafik 5.3
Grafik hubungan antara laju aliran volume dengan diameter lubang saluran udara.
Dapat dilihat semakin besar diameter udara masuk maka laju aliran bahan bakar
biogas yang masuk ke ruang bakar juga semakin meningkat dari diameter 0,3 cm
sampai 1,1 cm laju aliran volume bahan bakar biogas meningkat dari 3,7
liter/menit hingga mencapai 7,5 liter/menit.
6.3 Hasil Analisa Konsumsi Bahan Bakar Biogas Terhadap daya mesin
Genset.
Daya genset dipengaruhi oleh jumlah bahan bakar yang dibakar di dalam
mesin atau ruang bakar, semakin banyak CH4 yang dibakar pada perbandingan
udara bahan bakar yang sesuai maka semakin besar daya yang dihasilkan. Dari
tabel 5.4 dapat dilihat bahwa laju aliran volume 3,7 liter/menit hingga 7,5
liter/menit jumlah bahan bakar biogas menghasilkan daya 440 Watt hingga daya
tertinggi mencapai 924 Watt.
76
6.4 Pengaruh Laju Aliran Volume Bahan Bakar Biogas Terhadap
Effisiensi Mesin dan Sfc
Effisiensi mesin jika dilihat dari laju aliran volume pada tabel 5.2
memiliki nilai yang hampir sama yaitu pada range 0,301 sampai 0,371 dengan laju
aliran volume 6,1 liter/menit hingga 7,5 liter/menit Secara umum mesin memiliki
effisiensi 30 %.
Konsumsi bahan bakar secara spesifik Sfc pada beban atau daya yang
dihasilkan genset, peningkatan Sfc dimulai dari laju aliran volume bahan bakar
biogas 3,7 liter/menit dan maximum pada 5,2 liter/menit kemudian mengalami
penurunan pada 5,5 liter/menit yang dilihat secara umum dari grafik 5.6. Dengan
laju aliran CH4 yang baik menghasilkan daya mesin yang meningkat, sampai batas
maximum dari daya yang mampu dihasilkan oleh mesin. Dari semua laju aliran
nilai Sfc yaitu dikisaran rata-rata 0,357.
\
77
BAB VII
SIMPULAN DAN SARAN
7.1 Simpulan
Dari Uraian diatas, maka dapat ditarik kesimpulan yaitu : Pengaruh
variasi diameter saluran udara pada konverter dapat mempengaruhi daya mesin,
energi, power, konsumsi bahan bakar, nilai kalor, massa bahan bakar dan
effisiensi dari mesin genset. Sehingga pada hasilnya didapatkan pada bukaan
variasi laju aliran volume bahan bakar (3,7 liter/menit) terhadap bukaan diameter
saluran udara (0,3cm), menghasilkan daya terendah (440 Watt), dan mengalami
peningkatan sampai batas yang paling optimum (1,1cm) dengan laju aliran
volume bahan bakar (7,5 liter/menit) daya yang dihasilkan mencapai 924 Watt.
Sehingga besarnya daya output yang dihasilkan genset berbanding lurus dengan
laju aliran bahan bakar, semakin banyak bahan bakar biogas yang di bakar maka
semakin tinggi daya output yang dihasilkan, pada mesin genset berkapasitas 1200
Watt sangat layak digunakan karena beban yang dihasilkan mencapai batas
optimum.
77
78
7.2 Saran
Berdasarkan hasil pembahasan perlu adanya penelitian lebih lanjut yaitu:
1. Pada konverter diharapkan adanya pendekatan variable-variabel yang
beragam sehingga data yang diperoleh lebih detail dan mekanisme
konverter ini lebih optimal.
2. Sebagai peneliti selanjutnya diharapkan untuk dapat menganalisis rasio
kompresi bahan bakar terhadap udara pada ruang bakar agar
didapatkan variabel- variable yang lebih akurat sehingga performa
mesin genset lebih maximum.
79
DAFTAR PUSTAKA
Amaru, K. 2004. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Biodigester Plastik
Polythylene Skala Kecil. Universitas Padjajaran.
Andri, C. K. dan Hadiyanto. 2000. Absorbsi Gas Karbondioksida Dengan Larutan
Soda Api Dalam Kolom Unggun Tetap. Forum Teknik. Jilid 24. No. 2.
Hambali, E., Musdalipah, S., Halomowan, A.T., Pattiwiri, A. W. dan Hendroko,
R. 2007. Teknologi Bionergi. Jakarta : Penerbit Agromedia.
Harasmowicz, M., P. Orluk, G. Zakrzewska-Trznadel and A.G. Chemielewski,
Application of Polyimide Membranes for Biogas Purification and
Enrichment, Journal of Hazardous Materials, 2007, vol. 144, pp. 698 –
702.
Horikawa, M.S., Rossi, F., Gimenes, M. L., Costa, C. M. M. and Da-Silva, M. G.
C. 2004. Chemical Absorption of H2S for Biogas Purification. Brazilian
Journal of Chamical Enginering. 21 (03). P. 415-422.
Kusrijadi, A., Triyono, B. dan Riswanda. 2009. Proses Brazing Cu-Ag Berbahan
Bakar Biogas Termurnikan. Jurnal Pengajaran MIPA. Vol. 14. No. 2.
Oktober. ISSN : 1412-0917.
Lestella, G., Testa, C., Cornacchia, G., Notornicole, M., Voltasio, F. and Sharma,
V. K. 2002. Anaerobic Digestion of Semi-Solid Organic Waste: Biogas
Production and its Purification Energy Conversion and Management.
Vol. 43. Issue I. PP. 63-75.
80
Mayasari, H. D., Riftanto, I. M., Nur`aini, L. dan Ariyanto, M. R. 2010.
Pembuatan Biodigester Dengan Uji Coba Kotoran Sapi Sebagai Bahan
Baku. Surakarta : Universitas Sebelas Maret.
Price, E. C. and Cheremisinoff, P. N. 1981. Biogas Production and Utilization
Ann Arbor Science Publishers, Inc. United States of America.
Purnomo, J. 2009. Rancang Bangun Pembangkit Listrik Tenaga Biogas.
Surakarta: Universitas Sebelas Maret.
Simamora, S. 1989. Pengolahan Limbah Peternakan (Animal Waste
Management). Teknologi Energi Biogas. Bogor : Fakultas Politeknik
Pertanian Institut Pertanian Bogor. Bekerjasama Dengan Direktorat
Pendidikan Menengah Kejuruan. Dirjen Pendidikan Dasar dan
Menengah. Departemen P dan K.
Tjokrowisastro Harmadi E. Ir. ME. Dan Widodo B.U. Ir.ME. “Teknikpembakaran
Dasar dan Bahan Bakar,” ITS, Surabaya, 1990.
USU digital library, Tinjauan Pengembangan Bahan Bakar Gas Sebagai Bahan
Bakar Alternatif. © 2002 digitized by USU digital library.
Widodo, TW, Anna N, A. Asari, Elita R dan Astu U. 2005. Pengembangan
teknologi biogas untuk memenuhi kebutuhan energi di pedesaan. Dalam
Agung H., Sardjono, TW Widodo, P Nugroho dan Cicik S. Proc.
Seminar Nasional Bioenergi dan Mekanisasi Pertanian untuk
Pembangunan Industri Pertanian. Bogor, 2005.
81
Wellinger, A. and A. Lindeberg, Biogas Upgrading and Utilization – IEA
Bioenergy, Task 24, International Energy Association, France, 2000,
pp.20.
Lampiran
Lampiran 1. Hasil Perhitungan Diameter Konverter
Pada pembuatan konverter sistem distribusi bahan bakar biogas untuk
mendapatkan model konverter biogas dihitung dari persamaan reaksi kimia dan
laju alir sebagai berikut :
1. Persamaan reaksi kimia dari premium :
1,02 (0,88 C8H18 + 0,12 C7H16) + 12,53 (O2 + 79/21 N2) 8 CO2 +
9,06 H2O + 12,53 (79/21 N2) + E.
Maka rasio udara - bahan bakar untuk premium (AFR) adalah :
= premiummol
udaramol
02,1
53,12
= premiummol
udaramol
1
28,12
= premiumMrxpremiummol
udaraMrxudaramol
32,1121
33,13728,12
= premiumkg
udarakg
1
01,15
2. Persamaan reaksi kimia dari biogas :
10(0,9 CH4) + 19(O2 + 79/21 N2) 9CO2 + 20H2O + 19(79/21 N2) + E
Maka rasio udara - bahan bakar untuk biogas (AFR) adalah :
= biogasmol
udaramol
10
19
= biogasmol
udaramol
1
9,1
= biogasMrxbiogasmol
udaraMrxudaramol
4,141
33,1379,1
= biogaskg
udarakg
1
12,18
Reaksi kimia pada premium dan biogas diatas digunakan untuk
menghitung diameter lubang saluran udara pada konverter dan karburator secara
teoritis. Pengujian menggunakan bahan bakar biogas dengan berat jenis laju aliran
massa 0,55 gram/cm3 maka dapat dihitung laju alir volume pada biogas, laju alir
massa biogas yang mengalir dari ball valve Ball valve pada kompressor yang
digunakan untuk mengeluarkan gas dapat diputar sampai 900. genset dengan
ukuran sesungguhnya 1,2 cm, maka luas penampung luar pada konverter dalam
tersebut yaitu :
A = 4
1 π D2
= 4
1x 3,14 x 1,22
= 1,13 cm2
Dengan menggunakan hitungan bukaan bolt valve memiliki laju aliran 5
liter/menit volume biogas yang mengalir maksimum maka kebutuhan volume
minimum dapat terpenuhi, coakan pada konverter biogas dapat dihitung dengan:
Coakan konverter = A
Volume =
2
3
13,1
30,0
cm
cm Laju alir volume biogas maximum
= 0,26cm
= 2,6 mm Coakan dalam pada konverter
Untuk mendapatkan ukuran diameter dalam konverter biogas dapat
dihitung melalui diameter saluran udara pada karburator genset 15,5 mm dengan
persamaan reaksi kimia rasio udara dan bahan bakar yaitu:
Maka luas saluran udara untuk bahan bakar premium adalah :
A1= 4
1 π D1
2
A1 = 4
1x 3,14 x 1,552
= 1,89 cm2
Ukuran untuk saluran udara berbahan bakar biogas :
28,121A =
9,12A
A2 = 28,12
89,1 2cmx 1,9 = 0,29 cm2
A2 = 4
1x π x D2
2
0,29 cm2 = 0,785 D22
D22 =
785,0
29,0 2cm
D2 = 0,37 cm.
D2 = 3,7 mm.
Dimana :
A1 : Luas penampang saluran udara untuk karburator memakai bahan bakar
premium.
D1 : Diameter saluran udara untuk karburator memakai bahan bakar premium.
A2 : Luas penampang saluran udara untuk konverter memakai bahan bakar
biogas.
D2 : Diameter saluran udara untuk konverter memakai bahan bakar biogas.
Lampiran 2. Hasil Perhitungan Unjuk Kerja Mesin Genset Berkapasitas 1200
Watt
Dimana Diketahui: Q pengukuran = (Q1+Q2+Q3+Q4)lt/mnt
4
= (3,8+3,6+3,8+3,6) lt/mnt = 3,7 lt/mnt
4
Dibawah ini adalah parameter thermodinamika CH4 pada kondisi standar (273 K,
P 1013 m bar) :
Cp = 2.165 kj/kg k
Massa Molar M = 16.04 kg/mol,
Densitas ρ = 0.72 kg/m3
Individual gas konstan R = 0,518 kj/kg.K
Nilai kalor bawah
Hu = 50000 kj/kg
Hu,n = 3600 kj/m3 n
CH4 90 % = 0,9
CO2 = 0,1
Temperatur CH 4 : 250C = 298 K (suhu kamar)
Tekanan udara luar Pa 950 mbar = 0,95 bar
Tekanan pada intake mesin Pp = 100 mbar
Tekanan total dari bahan bakar biogas
Pt = 950 + 100 = 1050 mbar
Niliai kalor actual biogas berdasarkan atas didapat CH4, nilai kalor ini
sangat vital untuk menentukan kemampuan dari mesin, untuk menghitung nilai
kalor dapat dicari dengan menggunakan rumus thermodinamika standar yaitu
dengan rumus :
� ��� ,���� � ��� ,�� .�������
��������.
��������
�������
= 0,72 . ����
��� !"
!#$
= 0.72 .1,037 . 0.916
= 0,684 kg/m3
Nilai kalor actual biogas :
�,���� %&'(
%�)� ���� ,���� �,*+,-��
= 0,9 . 0,684 . 36000
= 22161,6 kj/m3
Laju aliran massa
� -
%
0,684 kg/m3 = dari pengukuran flow meter 3,7 liter/menit
0,684 kg/m3 = 0,0037 m3/menit
0,684 kg/m3 = 0,22 m3/jam
M = 0,684 kg/m3 . 0,22 m3/jam
M = 0,15 kg/jam
Konsumsi energi
. /0 �,*+,-��
= 0,3 m3/jam . 36000
= 10800 kj/kg
= 3 KW
Daya output mesin merupakan daya yang dihasilkan oleh mesin dimana
besarnya sama dengan daya yang dihasilkan oleh generator dibagi dengan
efisiensi genset. Daya output dapat dihitung sebagai berikut :
1234556 7 8
= 220 . 2
= 440 Watt
9:* - .;�<
���� = 22161,6 kj/m3
= ," .;�<
���� = 22161,6 kj/m3
= 4919,7 kj/kg
E = P/ 1000/ 0,9
= 440 / 1000 /0,9
= 0,489 KWh
P(power mesin) = E . 3600
= 0,489 .3600
= 1760 kj
FG 1
0.9J
9:*
= �";�
�.#J
�#�#,"
= 0,397 kj/kg
F- 1
9:*
= �";�
�#�#,"
= 0,358 kj/kg
Massa bahan bakar biogas = (laju aliran volume x 60 x ρ) / 1000
= (3,7 x 60 x 0,72)/ 1000
= 0,160 kg
Specific Fuel Consumtion (SFC) adalah jumlah konsumsi bahan bakar
yang digunakan pembangkit daya untuk menghasilkan daya listrik setiap jamnya.
Specific Fuel Consumtion (SFC) dapat dihitung dengan rumus :
K/� LM
N = 0,160 : 0,489 = 0,327 kg/kwh