PEMERINTAH KOTA MAGELANG KANTOR PENELITIAN PENGEMBANGAN DAN STATISTIK LAPORAN AKHIR

Transkripsi

1 PEMERINTAH KOTA MAGELANG KANTOR PENELITIAN PENGEMBANGAN DAN STATISTIK Jl. Jendral Sudirman no.46 Telp (0293) Fax(0293) i LAPORAN AKHIR KEGIATAN FASILITASI PELAKSANAAN RISET UNGGULAN DAERAH KOTA MAGELANG TAHUN 2012 PEMANFAATAN LPG KEMASAN 12 KG SEBAGAI BAHAN BAKAR KENDARAAN KONVENSIONAL DAN PENERAPAN SIRKUIT DE-IGNITION SEBAGAI RANGKAIAN PENGAMAN PROGRAM STUDI MESIN OTOMOTIF FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAGELANG

2 PENGESAHAN 1. Kegiatan Penelitian : - Judul Penelitian : Pemanfaatan LPG Kemasan 12 Kg Sebagai Bahan Bakar Kendaraan Konvensional dan Penerapan Sirkuit De-Ignition Sebagai Rangkaian Pengaman 2. Lembaga Pelaksana : - Nama : LP3M Universitas Muhammadiyah Magelang - Alamat : Jl. Mayjend Bambang Soegeng km.05 Mertoyudan Magelang - Telp / Fax / (0293) / No. SPK : 4. Waktu Pelaksanaan : Agustus November Lokasi Penelitian : Laboratorium Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang 6. Peneliti : - Ketua Tim : Muji Setiyo, ST,MT - Anggota : 1. Bagyo Condro P, ST 2. Sofyan Kurniawan, Amd 3. Herman Kurniawan 4. M Fajri Romadhon Sumber Anggaran : APBD Kota Magelang TA 2012 Besar Anggaran : Rp ,- # Lima Belas Juta Rupiah # Mengetahui : Ketua Lembaga Pelaksana Ketua Tim Peneliti Dr. Suliswiyadi, M.Ag NIS Muji Setiyo, ST,MT NIK Mengetahui : KEPALA KANTOR LITBANG & STATISTIK KOTA MAGELANG Siti Fatonah, SE,MT Pembina TK I NIP i

3 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, sehingga kami diberikan kesempatan untuk berpatisipasi dalam Riset Unggulan Daerah tahun 2012 yang diselenggarakan Kantor Penelitian, Pengembangan, dan Statistik Kota Magelang. Dalam penelitian ini, kami menyelesaikan program konversi bahan bakar minyak (BBM) ke bahan bakar LPG pada kendaraan konvensional (karburator) dan berhasil mengembangkan sirkuit De-Ignition fuel cut off sebagai pengaman instalasi LPG. Sirkuit De-Ignition fuel cut off berfungsi untuk memutus aliran LPG saat mesin mati walaupun kunci kontak dalam keadaan ON. Kami juga telah melakukan pengukuran Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) pada hasil inovasi yang diteliti. TKT ini merupakan ukuran yang objektif sebagai informasi kepada masyarakat tentang kesiapan teknologi yang dikembangkan untuk dimanfaatkan. Kami menyadari, masih banyak kekurangan dan kelemahan dalam riset kali ini. Untuk itu, saran dan kerjasama sangat kami harapkan untuk pengembangan kendaraan LPG selanjutnya. Ucapan terimakasih kami sampaikan kepada seluruh pihak yang membantu dalam penyelesaian riset kendaraan LPG ini. Semoga bermanfaat. Magelang, 17 November 2012 Ketua peneliti, Muji Setiyo, ST,MT NIK ii

4 TIM PELAKSANA 1. Ketua Peneliti Nama Jabatan NIK : Nomor HP : Anggota Peneliti Nama Jabatan NIK : Nomor HP : : Muji Setiyo, ST,MT : Dosen Program Studi Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang : Bagyo Condro P, ST : Dosen Program Studi Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang 3. Tim Laboratorium Nama : Sofyan Kurniawan, Amd Jabatan : Laboran NIK : Nomor HP : Nama : Herman Kurniawan Jabatan : Mahasiswa NIM : Nomor HP : Nama : M Fajri Romadhon Jabatan : Mahasiswa NIM : Nomor HP : iii

5 TIM PENGARAH 1. Ketua Tim Pengarah Nama Jabatan 2. Anggota Tim Pengarah Nama Jabatan 3. Anggota Tim Pengarah Nama Jabatan : Dr. Suliswiadi, M.Ag : Kepala LP3M Universitas Muhammadiyah Magelang : Oesman Raliby, ST, M.Eng : Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Magelang : Saifudin, ST,M.Eng : Ketua Program Studi Mesin Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang iv

6 ABSTRAK Perangkat konverter kits LPG produk diimpor kurang compatible untuk diterapkan pada mesin konvensional. Salah satu komponennya adalah saklar pemilih mode bahan bakar yang disebut dengan fuel change. Fuel change import mengaktifkan solenoid LPG dari kunci kontak. Namun demikian, ada kalanya mesin kendaraan dalam kondisi mati atau tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi ON. Ini menyebabkan aliran LPG ke mixer dan menguap ke ruangan mesin sehingga dapat menyebabkan kebakaran. Suatu inovasi teknologi dibutuhkan untuk memutus dan menyambungkan solenoid LPG secara otomatis sesuai dengan kondisi mesin. Rangkaian de-ignition fuel cut off menjamin LPG hanya mengalir ke mixer saat mesin berputar. Sistem kontrol relay digunakan berdasarkan signal grounding dari switch oli atau lampu CHG. Dengan rangkaian ini, pemanfaatan LPG 12 kg sebagai bahan bakar mobil menjadi lebih optimal dari sisi keselamatan dan sisi teknis. Dari hasil pengukuran Tingkat kesiapan Teknologi (TKT) mobil LPG dengan sirkuit de-ignition fuel cut off ini telah mencapai level 7. Ini berarti pemanfaatan LPG 12 kg untuk bahan bakar kendaraan dengan sistem kontrolnya secara teknis dapat dikembangkan dan diproduksi massal. Kata kunci : LPG 12 kg, De-Ignition Fuel cut off, TKT v

7 DAFTAR ISI PENGESAHAN... i KATA PENGANTAR... ii TIM PELAKSANA... iii TIM PENGARAH... iv ABSTRAK... v DAFTAR ISI... vi DAFTAR TABEL... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR LAMPIRAN... x BAB 1 PENDAHULUAN... x A. Latar Belakang... 1 B. Permasalahan... 3 C. Perumusan masalah... 4 D. Tujuan... 4 E. Manfaat... 4 F. Lingkup penelitian dan batasan masalah... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 A. Penelitian Relevan... 5 B. Karakteristik LPG sebagai bahan bakar kendaraan... 6 C. Converter Kits... 8 D. Penyesuaian Busi dan Perangkat Pengapian... 9 E. Tinjauan Temperatur Ruang Bakar... 9 F. Penyesuaian nilai panas busi ( heat range )... 9 G. Tinjauan Tegangan Pengapian BAB III METODE PENELITIAN A. Obesrvasi B. Skema Instalasi LPG Tempat dan Waktu Penelitian Bahan dan Alat vi

8 vii C. Rangkaian De-Ignition fuel cut off D. Pengujian BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Instalasi converter kits B. Cara kerja sirkuit de-ignition fuel cut off Saat mesin menyala Saat mesin mati sementara kunci kontak ON C. Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) Identitas teknologi Display TEKNO-METER Hasil pengukuran TKT/ TRL BAB V PENUTUP A. Kesimpulan B. Saran dan rekomendasi DAFTAR PUSTAKA... 27

9 DAFTAR TABEL Tabel 1 Identifikasi masalah dan alternatif solusi... 3 Tabel 2. Spesifikasi converter kits... 9 Tabel 3. Bahan dan alat penelitian Tabel 4. Isian Pengukuran TKT/TRL viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar 1 Skenario Energi Mix Nasional Gambar 2 Kendaraan LPG di beberapa Negara... 2 Gambar 3. Bentuk fisik converter kits LPG... 8 Gambar 4. Grafik penyesuaian pengapian pada mesin LPG Gambar 5. Flow Chart Penelitian Gambar 6. Skema Instalasi LPG Gambar 7. De-Ignition Fuel Cut off yang terintegrasi dengan fuel change Gambar 8. Instalasi converter kits pada mobil Gambar 9. Aliran arus saat mesin menyala Gambar 10. Aliran arus saat mesin mati dan kunci kontak ON Gambar 11. Display tekno-meter Gambar 12. TRL Quick ix

11 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Foto kegiatan Lampiran 2. Log book penelitian x

12 BAB 1 PENDAHULUAN A. Latar Belakang Pertumbuhan jumlah kendaraan di Indonesia berbanding terbalik dengan ketersediaan bahan bakar minyak (BBM) yang terus berkurang. Badan Pusat Statistik (BPS) menyebutkan jumlah kendaraan di Indonesia mencapai unit pada survei tahun Jumlah tersebut meliputi unit mobil penumpang, unit bis, unit truk, dan unit jenis sepeda motor. Pemakaian bahan bakar minyak berpengaruh negatif terhadap dua hal pokok. Pertama, pengaruh terhadap ketersediaan bahan bakar. Kedua, pengaruh terhadap peningkatan emisi gas buang yang berimbas pada pemanasan global. Kebijakan Energi Nasional yang tertuang dalam Skenerio Energi Bauran tahun 2025 menempatkan bahan bakar gas ( Natural Gas ) sebagai prioritas utama setelah batu bara, sedangkan bahan bakar minyak (BBM) ditempatkan pada urutan ketiga ( Gambar 1 ). Gambar 1 Skenario Energi Mix Nasional 2025 (Sumber : Kementerian Energi dan Sumberdaya Mineral) 1

13 2 Pemanfaatan natural gas (CNG) untuk sector transportasi jangka panjang memerlukan infrastruktur yang handal dan butuh investasi yang mahal, meliputi jaringan pipa gas tekanan tinggi bawah tanah, Stasiun Pengisian Bahan Bakar Gas (SPBG) dan perangkat converter kits. Sebagai solusi jangka pendek dan menengah, LPG menjadi pilihan yang paling memungkinkan untuk dikembangkan. Pertama, ketersediaan dalam kemasan tabung sudah merata didaerah. Kedua, harga keekonomian LPG lebih rendah dari bensin. Ketiga, sebagai pembelajaran menuju skenario CNG. Liquid Petroleum Gas ( LPG ) menjadi salah satu alternatif energi yang populer untuk menggantikan bahan bakar minyak (BBM). Dari sisi teknis, LPG memberikan environment effect yang lebih rendah daripada penggunaan BBM. Melihat data Argonne National Laboratory pada bulan mei 2010, Kendaraan LPG berkembang dengan pesat di negara seperti Polandia, Turki, Korea Selatan, Belanda dan beberapa negara di Eropa timur dan benua Amerika ( gambar 2 ). Sementara data dari jurnal ETSAP (2011), diperkirakan pada tahun 2012 ini, lebih dari 12 juta kendaraan didunia yang beralih dari BBM ke Bahan Bakar Gas ( LPG dan CNG). Gambar 2 Kendaraan LPG di beberapa Negara (Sumber : Argonne National Laboratory; May 2010 )

14 3 B. Permasalahan Beberapa permasalahan dan alternatif solusi yang berkaitan dengan pengembangan mobil bahan bakar LPG di Indonesia dapat dilihat dalam uraian tabel 1 berikut. Tabel 1 Identifikasi masalah dan alternatif solusi No Permasalahan Alternatif solusi 1. Belum tersedia SPBG Pemanfaatan LPG kemasan 12 kg LPG/VIGAS yang merata diseluruh wilayah (non-subsidi), sehingga beban subsidi diharapkan menjadi berkurang 2. Converter kits masih impor Yang diimpor hanya vaporizer-nya dari luar negeri dengan saja, selebihnya beberapa komponen harga mahal pendukungnya dikembangkan dengan produk dalam negeri (sebagian parts sudah ada). 3. Komponen Converter kits Pengembangan komponen dalam kurang compatible dengan negeri untuk mensubstitusi komponen kendaraan tipe lama import. ( Konvensional ) 4 Operasional mobil LPG Sistem bahan bakar dibuat bi-fuel, masih menjadi resistansi kendaraan dapat dioperasikan dengan masyarakat bensin dan LPG secara bergantian. 5 Fuel change ( saklar pemilih Perlu pengembangan rangkaian mode bahan bakar ) yang terdapat dalam converter kits import tidak dapat memutus aliran LPG saat mesin mati pemutus aliran LPG yang bekerja secara otomatis berdasarkan sensor pengapian, putaran mesin, charging, atau tekanan oli. sementara kunci kontak ON. ( berbahaya jika dipakai pada mobil karburator)

15 4 C. Perumusan masalah Dari uraian yang ada, permasalahan dalam penelitian ini dirumuskan sebagai berikut : 1. Bagaimana desain rangkaian pengaman instalasi yang dapat menjamin tidak adanya aliran LPG saat mesin tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi ON. 2. Bagaimana Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) pemanfaatan LPG kemasan 12 kg sebagai bahan bakar kendaraan dengan sistem bi-fuel. D. Tujuan Tujuan yang hendak dicapai dalam penelitian ini adalah : 1. Menerapkan sirkuit pengaman instalasi yang dapat menjamin tidak adanya aliran LPG saat mesin mati sementara kunci kontak dalam posisi ON. 2. Mengukur seberapa Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) dengan perangkat TEKNO-METER. E. Manfaat Jika tujuan penelitian tercapai, manfaat yang diperoleh antara lain : 1. Ketergantungan terhadap Bahan Bakar Minyak (BBM) dapat dikurangi melelui konversi BBM-LPG yang aman, hemat, dan ramah lingkungan. 2. TKT memberikan informasi yang objectif kepada pihak pengguna teknologi, pemangku kebijakan, dan lembaga intermediasi dalam hal pengembangan, proses manufacturing, dan komersialisasi. F. Lingkup penelitian dan batasan masalah 1. Objek penelitian adalah kendaraan tipe karburator 2. Converter kits yang dipakai adalah hasil inovasi Teknik Otomotif Universitas Muhammadiyah Magelang. 3. TKT diukur dengan TEKNO-METER yang dikembangkan BPPT. 4. Tidak melakukan uji konsumsi bahan bakar karena keterbatasan media dan infrastruktur.

16 BAB II TINJAUAN PUSTAKA A. Penelitian Relevan Muji setiyo (2011), meneliti pengaruh penyetelan converter kits LPG dan saat pengapian kaitannya dengan performa mesin dan emisi gas buang. Hasil dari studi ini menyatakan bahwa torsi mesin dipengaruhi oleh penyetelan katup aliran gas dan saat pengapian. Sementara emisi gas buang dipengaruhi oleh penyetelan kekencangan pegas lever dan tingkat bukaan katup aliran gas. Dziubiński (2007), melakukan penelitian eksperimental tentang pengujian sistem pengapian pada mobil berbahan bakar LPG. Salah satu variabel yang diteliti adalah ketergantungan tegangan sekunder ignition coil pada variasi ukuran celah busi 0,8; 0,9; 1,0; 1,1 mm. busi yang digunakan adalah NGK BPR6-ES11. Hasil dari penelitian ini menyebutkan tegangan sekunder ignition coil paling optimal terjadi pada celah electrode busi 0,8 mm dan 1,1 mm. Tasik (2011), melakukan penelitian tentang perbandingan emisi pada mesin berbahan bakar bensin dan LPG. Penelitian ini menunjukkan bahwa mesin LPG mengasilkan emisi yang lebih rendah dari mesin bensin, dengan rincian sebagai berikut. CO menurun 30% untuk urban cycle dan 10 % untuk extra urban cycle. HC menurun 30% untuk urban cycle dan 51 % untuk extra urban cycle. CO 2 menurun 10% untuk urban cycle dan 11 % untuk extra urban cycle. NO x menurun 41 % untuk urban cycle dan 77 % untuk extra urban cycle. Penelitian serupa juga dilakukan oleh R.R. Saraf (2009). Penelitian ini juga menunjukkan penurunan emisi pada mesin berbahan bakar LPG, meskipun dengan prosentase yang sedikit berbeda. Penelitian lain dilakukan Mockus (2006), menganalisa komposisi gas buang motor pembakaran dalam dengan bahan bakar LPG. Tujuan utama dari penelitian ini untuk mempelajari kerugian daya dan efek terhadap lingkungan. Metode pengukuran daya dan emisi dilakukan langsung pada dinamometer dengan memasang dinamometer pada roda mobil secara langsung. Objek utama penelitian ini adalah mesin dengan LPG converter untuk daya maksimum dan 5

17 6 mesin dengan LPG converter untuk minimasi emisi. Salah satu hasil studi ini adalah untuk mendapatkan penyetelan yang tepat perlu dibuat algoritma dengan beberapa hal perlu diasumsikan. Jika karakteristik mekanikal diiginkan tanpa mengorbankan ekologi, harus dirumuskan dengan ketat. Mandloi (2010), melakukan penelitian tentang pengaruh penggunaan LPG pada kendaraan terhadap prosses pembakaran. Hasil penelitian ini adalah sebagai berikut. Aplikasi LPG pada mesin bensin mempercepat proses pembakaran, tetapi durasi pembakarannya melambat. Sebagai konskuensinya, tekanan dan temperatur pembakaran menjadi tinggi. Ini bisa berakibat kerusakan pada elemen mesin. LPG menurunkan efisiensi volumetrik, sehingga untuk mendapatkan daya yang tinggi diperlukan penambahan konsumsi bahan bakar spesifik. LPG menurunkan emisi CO dan NOx. Dalam kesimpulan akhir, diperoleh bahwa pemanfaatan LPG memberikan efek negatif terhadap performa mesin, tetapi memberikan efek positif terhadap emisi gas buang. Shankar (2011), meneliti karakteristik unjuk kerja dan emisi pada mesin MPFI. Variabel yang diteliti adalah pengaruh saat pengapian terhadap kinerja mesin dan emisi gas buang. Hasil dari studi ini menjelaskan bahwa koefiesien variasi IMEP (COV IMEP ) dapat dikurangi dengan memajukan saat pengapian dari 5 0 BTDC menjadi 6 0 BTDC. Efisiensi thermal meningkat dengan memajukan saat pengapian. Ketika mesin berjalan dengan LPG, kinerja terbaik dan emisi terendah rata-rata didapat dengan saat pengapian distel 6 0 BTDC. B. Karakteristik LPG sebagai bahan bakar kendaraan LPG diperoleh dari hidrokarbon yang dihasilkan selama penyulingan minyak mentah dan dari komponen gas alam. Komponen LPG didominasi propana (C 3 H 8 ) dan butana (C 4 H 10 ). LPG juga mengandung hidrokarbon ringan lain dalam jumlah kecil, misalnya etana (C 2 H 6 ) dan pentana (C 5 H 12 ) 1. 1 Brenda Brevitt, Alternative Vehicle Fuels, Science Environment Section, House of Commons Library, Research Paper 02/11.

18 7 Kandungan energi LPG sebesar MJ/kg dan 26 MJ/l, sedangkan kandungan energi bensin sebesar 44.4 MJ/kg dan 34,8 MJ/l. Dibandingkan dengan bensin, LPG memiliki kandungan energi per satuan massa relatif tinggi, tetapi kandungan energi per satuan volumenya rendah 2. Volume LPG lebih besar dari bensin sekitar 15 % sampai dengan 20%. LPG memiliki nilai oktan Nilai oktan 112 memungkinkan untuk diterapkan pada mesin dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi sehingga memberikan efisiensi thermal yang lebih tinggi. Biaya operasional mesin LPG lebih rendah dan memiliki karakteristik ramah lingkungan. LPG menjadi alternatif energi yang populer sebagai pengganti bensin. LPG memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan bensin. Konsumsi bahan bakar LPG per satuan volume lebih rendah daripada bensin. Distribusi gas pada tiap tiap silinder lebih merata sehingga percepatan mesin lebih baik dan putaran stasioner lebih halus. Ruang bakar lebih bersih sehingga umur mesin meningkat. Kandungan karbon LPG lebih rendah daripada bensin atau diesel sehingga menghasilkan CO 2 yang lebih rendah 4. Dari beberapa keunggulan diatas, LPG memiliki beberapa kelemahan. Mesin berbahan bakar LPG menghasilkan daya yang lebih rendah dari mesin bensin. Penurunan daya yang terjadi sekitar 5% -10% 5. Sistem pengapian harus lebih besar sehingga penyalaan mesin menjadi lebih berat. Perlu penyesuaian saat pengapian dan kualitas sistem pengapian. Sistem bahan bakar harus dibuat lebih kuat daripada sistem bensin ETSAP, Automotive LPG and Natural Gas Engines, Technology Brief T03 April 3 R.R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena, Comparative Emission Analysis of Gasoline/LPG Automotive Bifuel Engine, International Journal of Civil and Environmental Engineering 1: R.R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena, op.cit. 5 M.A. Ceviz_, F. Yu ksel, 2 Cyclic variations on LPG and gasoline-fuelled lean burn SI engine, Renewable Energi 31 (2006) ETSAP, op.cit.

19 8 C. Converter Kits Converter kits adalah peralatan utama pada mesin dengan bahan bakar LPG. Converter kits terdiri dari dua baian utama. Bagian pertama dinamakan regulator tekanan, berfungsi untuk menurunkan tekanan LPG dari tabung menjadi tekanan output. Penurunan tekanan pada regulator mengakibatkan perubahan fasa LPG dari cair ke gas. Untuk membantu proses penguapan, air pendingin mesin dialirkan disekeliling regulator. Bagian kedua, dinamakan dengan regulator aliran. Regulator aliran berupa katup yang dikendalikan oleh kevakuman throtle body. Katup regulator digerakkan oleh lever. Lever berupa pengungkit dengan titik tumpu ditengah. Satu ujung dikaitkan dengan diafragma dan ujung yang lain ditahan oleh pegas lever. Converter kits juga dilengkapi dengan katup solenoid dan katup aliran gas pada saluran output. Solenoid berfungsi untuk membuka dan menutup saluran gas didalam converter kits. Solenoid dikendalikan oleh tegangan listrik dari sistem kelistrikan kendaraan. Katup aliran gas berfungsi untuk mengatur kapasitas aliran pada sisi output converter kits. Katup aliran gas dapat diatur untuk mengurangi atau menambah luasan saluran output. Bentuk fisik converter kits LPG yang dipakai dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3 berikut. Saluran output Saluran input LPG Saluran air Penyetel pegas lever Gambar 3. Bentuk fisik converter kits LPG Solenoid

20 9 Converter kits yang digunakan dalam penelitian ini adalah merk Tesla seri A100 dengan spesifikasi teknis sebagai berikut : Tabel 2. Spesifikasi converter kits No Kriteria / items Spesifikasi 1 Regulator Tipe 2 stage 2 Tekanan inlet 200 psi max 3 Stelan tekanan awal 1,5 bar 4 Power supply 12 V DC 5 Kapasitas solenoid 12 W 6 Penggunaan pada mesin cc D. Penyesuaian Busi dan Perangkat Pengapian Penyesuaian perangkat pengapian pada mesin berbahan bakar LPG meliputi tegangan coil pengapian, jenis busi / heat range value, dan celah elektroda busi. Tujuan dari penyesuaian ini adalah untuk memperoleh optimasi pembakaran. E. Tinjauan Temperatur Ruang Bakar Pada mesin dengan bahan bakar bensin, bensin masuk ke ruang bakar dalam bentuk uap. Selain berfungsi sebagai bahan bakar, bensin berfungsi sebagai pendingin ( evaporative cooling ). Bensin membantu mendinginkan elektroda busi dan komponen ruang bakar yang lain seperti katup katup dan dinding ruang bakar. Pada mesin berbahan bakar LPG, selama LPG dimasukkan sudah dalam bentuk gas, akan terjadi fenomena pembakaran kering dan tidak menghasilkan efek pendinginan dalam ( inner cooling ) 7. Hal ini menyebabkan ruang bakar dan elektroda busi menjadi lebih panas. F. Penyesuaian nilai panas busi ( heat range ) Pembakaran dengan LPG menghasilkan deposit carbon dan pengotoran yang lebih sedikit daripada pembakaran bensin. Busi pada mesin LPG harus dapat mentransfer panas pembakaran ke silinder head yang lebih baik, mengingat beban panas yang diterima lebih besar. Dengan alasan ini, mesin berbahan bakar LPG 7 Robert bosch, Different sparks for different fuels

21 10 menggunakan busi dengan nilai panas yang lebih rendah. Penyesuaian jenis busi ini perlu dilakukan agar kinerja mesin pada temperatur tinggi tetap terjamin. G. Tinjauan Tegangan Pengapian Pembakaran LPG menghasilkan temperatur dan tekanan yang lebih tinggi dari mesin bensin ( untuk mesin yang sama ). Pada penyetelan celah elektroda busi yang sama ( 10 mm ), ini berarti mesin LPG membutuhkan tegangan pengapian yang lebih besar untuk ioninasi ( peletikan bunga api dari elektroda positif ke elektroda negatif ) dibandingkan mesin besin. Sebagai langkah penyesuaian, dengan tegangan pengapian yang tidak diubah, maka dilakukan penyesuaian celah elektroda busi dengan cara mengurangi celah busi untuk mempermudah ionisasi. Mengingat kecepatan pembakaran LPG lebih rendah daripada bensin, maka diperlukan penyesuaian saat penyalaan. Untuk mendapatkan MBT yang sama dengan mesin bensin, saat pengapian dimajikan beberapa derajat engkol. Grafik ilustrasi penyesuaian pengapian dapat dilihat pada gambar 5. Ignition voltage/ kv Ignition voltage requirement approx 14 kv Electrode gap 1.0 mm LPG PETROL Ignition timing/ 0 BTDC Gambar 4. Grafik penyesuaian pengapian pada mesin LPG

22 BAB III METODE PENELITIAN Gambar 5. Flow Chart Penelitian 11

23 12 A. Obesrvasi Pada penelitian ini, kegiatan observasi meliputi studi lapangan, studi pustaka penelitian relevan, menentukan rumusan permasalahan, menentukan tujuan penelitian, sampai menentukan lingkup penelitian. B. Skema Instalasi LPG Tabung LPG diletakkan pada bagasi bagian belakang mobil. Converter kits diletakkan di ruang mesin. LPG dari tabung dialirkan ke converter kits melalui hydraulic house dengan sebuah pressure gauge dipasang di dashboard sebagai indikator tekanan LPG. LPG fasa gas dimasukkan ke mesin melalui sebuah mixer yang dipasang pada throtle body. Skema aliran gas dari tabung sampai ke intake manifold disajikan dalam gambar 6. Gambar 6. Skema Instalasi LPG 1. Tempat dan Waktu Penelitian a. Tempat penelitian : Laboratorium Mesin Bensin dan Mesin Diesel Universitas Muhammadiyah Magelang Fakultas Teknik b. Waktu penelitian. Penelitian ini berlangsung selama empat bulan, dari bulan agustus 2012 sampai bulan November 2012.

24 13 2. Bahan dan Alat Tabel 3. Bahan dan alat penelitian No Nama bahan/alat Jumlah Spesifikasi 1 Mobil 1 unit Daihatsu SPYDER 2 LPG 12 kg 5 buah pertamina 3 Converter kits 1 buah Tesla A Sirkuit De-Ignition 1 unit Desain yang diusulkan 5 Engine gas analyzer 1 unit Q-Rotech 6 Tool kits 1 set Krisbow C. Rangkaian De-Ignition fuel cut off Gambar 7. Rangkaian De-Ignition Fuel Cut off yang terintegrasi dengan fuel change

25 14 D. Pengujian Pengujian rangkaian dilakukan dengan ketentuan logika sebagai berikut : 1. Pada saat mode Bensin/ Petrol (P) Pompa bensin elektrik harus bekerja pada saat kunci kontak ON maupun posisi starter. 2. Pada saat mode LPG (L) a. Saat kunci kontak ON dan mesin belum distarter. Solenoid LPG harus dalam kondisi off ( Tidak ada aliran LPG) b. Saat kunci kontak posisi starter Signal dari ST mengaktifkan relay starter, pada saat ini solenoid LPG terbuka dan ada aliran LPG ke mixer. Ini digunakan untuk mempermudah mesin menyala. c. Saat mesin berputar ( hidup ) Tekanan oli menonaktifkan switch oli, akibatnya relay fuel change tidak aktif. Terminal tengah pada relay menempel ke terminal atas. Solenoid LPG aktif, dan LPG mengalir ke mixer. d. Saat mesin mati sementara kunci kontak ON Pada saat mesin mati tidak ada tekanan oli, relay fuel change mendapat massa dari swith oli. Terminal tengah relay tertarik dan menempel ke terminal bawah. Aliran arus ke solenoid LPG terputus dan tidak ada aliran LPG ke mixer. 3. Saat fuel change pada posisi netral (N) Mesin tidak dapat dihidupkan, baik pompa bensin maupun solenoid LPG tidak bekerja.

26 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN A. Instalasi converter kits Gambar 8. Instalasi converter kits pada mobil Dari gambar 8 diatas dapat diuraikan bahwa LPG mengalir dari tabung ke vaporizer dalam fasa cair maupun gas bertekanan 8 bar. Fuel metering memberikan informasi kepada pengemudi tentang tekanan LPG pada tabung dan pipa. Tekanan pada fuel metering merupakan representasi dari volume LPG dalam tabung. LPG mengalir ke Vaporizer melalui solenoid yang dikontrol oleh fuel change dan sirkuit de-ignition fuel cut off. Vaporizer mengubah menurunkan tekanan LPG 8 bar menjadi 1,5 bar dan mengubah fasa cair menjadi fasa gas. Untuk membantu penguapan, air radiator dialirkan ke vaporizer dan terjadi proses pertukaran kalor antara air radiator dengan LPG. LPG dalam fasa gas mengalir melalui katup akselerasi dan menuju mixer. Dalam mixer, LPG bercampur dengan udara dan masuk ke mesin. Pada saat fuel chage pada posisi Petrol (P), solenoid LPG terputus dan pompa bensin elektrik menyala secara otomatis untuk menggantikan mode LPG ke mode bensin atau sebaliknya. 15

27 16 B. Cara kerja sirkuit de-ignition fuel cut off 1. Saat mesin menyala Gambar 9 berikut menyajikan cara kerja aliran arus listrik pada saat mesin berputar dengan mode bahan bakar LPG. Gambar 9. Aliran arus saat mesin menyala Pada saat mesin menyala, hubungan massa (grounding) switch oli terputus akibat tekanan oli. Kemagnetan pada relay fuel change hilang. Posisi terminal tengah tertarik keatas oleh pegas relay. Arus utama mengalir dari batere (+B) IG Kunci kontak terminal relay atas terminal relay tengah solenoid LPG (vaporizer) massa. Akibatnya katup solenoid terbuka dan LPG mengalir ke mixer. Sebagian arus kecil mengalir melalui fuel change L lampu indikator massa. Akibatnya lampu indikator warna biru menyala. Pada hakekatnya saat mesin menyala arus utama mengalir langsung dari kunci kontak ke solenoid LPG.

28 17 2. Saat mesin mati sementara kunci kontak ON Pada sistem bahan bakar LPG, disyaratkan untuk memutus aliran LPGsecepatnya setelah mesin mati. Ini karena berat jenis LPG lebih besar daripada berat jenis udara. LPG akan terkumpul dalam ruangan mesin. Sirkuit de-ignition fuel cut off menjamin pemutusan aliran LPG memanfaatkan grounding pada awitch oli atau sistem pengisian. Grounding pada switch oli atau CHG akan mengaktifkan relay fuel change bersamaan dengan lampu check oli atau lampu pengisian batere pada meter kombinasi. Gambar 10 berikut menyajikan cara kerja aliran arus listrik pada saat mesin mati sementara kunci kontak masih dalam posisi ON. Gambar 10. Aliran arus saat mesin mati dan kunci kontak ON Pada saat mesin mati dan kunci kontak ON, hubungan massa (grounding) switch oli terhubung akibat hilangnya tekanan oli. Ini menimbulkan kemagnetan pada relay fuel change. Posisi terminal tengah tertarik kebawah oleh kemagnetan relay. Arus utama yang mengalir dari batere (+B) terputus pada terminal relay atas Akibatnya tidak ada aliran arus ke solenoid, katup solenoid tertutup dan aliran LPG terhenti. Pada konsisi ini, lampu indikator mode LPG tetap menyala.

29 18 C. Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) 1. Identitas teknologi a. Nama Teknologi (Technology Name) PEMANFAATAN LPG KEMASAN 12 KG SEBAGAI BAHAN BAKAR KENDARAAN KONVENSIONAL DAN PENERAPAN SIRKUIT DE- IGNITION SEBAGAI RANGKAIAN PENGAMAN b. Jenis Teknologi ( Type of Technology) ENERGI c. Bidang Teknologi (Field of Technology) Teknologi Bahan Bakar Alternatif d. Manfaat (Advantage) Sirkuit De-Ignition Fuel Cut Off menjamin tidak adanya aliran LPG ke mixer pada saat mesin mati sementara kunci kontak dalam posisi ON ( Rangkaian Pengaman ) e. Abstrak (Abstract) Perangkat converter kits LPG produk diimpor kurang compatible untuk diterapkan pada mesin konvensional. Salah satu komponennya adalah saklar pemilih mode bahan bakar yang disebut dengan fuel change. Fuel change import mengaktifkan solenoid LPG dari kunci kontak. Namun demikian, ada kalanya mesin kendaraan dalam kondisi mati atau tidak berputar sementara kunci kontak dalam posisi ON. ini menyebabkan aliran LPG ke mixer dan menguap ke ruangan mesin sehingga dapat menyebabkan kebakaran. Suatu inovasi teknologi dibutuhkan untuk memutus dan menyambungkan solenoid LPG secara otomatis sesuai dengan kondisi mesin. Rangkaian de-ignition fuel cut off menjamin LPG hanya mengalir ke mixer saat mesin berputar. sistem kontrol relay digunakan berdasarkan signal grounding dari switch oli atau lampu CHG. Dengan rangkaian ini, pemanfaatan LPG 12 kg sebagai bahan bakar mobil menjadi lebih optimal dari sisi keselamatan dan sisi teknis. f. Aplikasi (Application) Mobil Konvensional berbahan bakar LPG sistem bi-fuel g. Riwayat No Uraian Tahun 1 Pengembangan prinsip dasar/ide teknologi Aplikasi konsep Pembuatan prototipe Hasil uji prototype berfungsi baik Percobaan fungsi utama prototype dalam lingkungan relevan Validasi prototype pada lingkungan yang relevan Validasi prototype pada lingkungan sebenarnya Ujicoba/ demonstrasi prototype pada lingkungan yang relevan Ujicoba prototype pada lingkungan yang sebenarnya Telah dimanfaatkan sesuai fungsi yang dirancang/teruji 2012 h. Mekanisme Transaksi Teknologi (Technology Transaction Mechanism) 1.Lisensi 2. Jual-putus 3. Kerjasama 4. Ventura i. \Penanggungjawab/ Pusat/ Alamat Kontak Laboratorium Mesin Otomotif FT-UMM

30 19 2. Display TEKNO-METER Gambar 11. Display tekno-meter

31 UKUR CEPAT ( TRL QUICK ) Hasil pengukuran TKT/ TRL TRL-Meter BPPT-Ristek PENGUKURAN TINGKAT KESIAPAN TEKNOLOGI ( TRL, technology readiness level ) Atur % komplit indikator terpenuhi ( Nilai default dalam % =. ) 80.0% 100.0% Ukur TRL secara CEPAT (TRL Quick ) [ beri tanda ( ) pada pilihan dibawah ini yang sesuai ] Sistem teknologi / hasil litbang berhasil (teruji dan terbukti) dalam penggunaan yang dituju (aplikasi sebenarnya). Sistem telah lengkap dan memenuhi syarat (qualified ) melalui pengujian dalam lingkungan (aplikasi) sebenarnya. Model atau prototipe sistem/ subsistem telah didemonstrasikan/ diuji dalam lingkungan (aplikasi) sebenarnya. Model atau prototipe sistem/ subsistem telah didemonstrasikan/ diuji dalam suatu lingkungan yang relevan. Validasi kode, komponen (breadboard validation) teknologi / hasil litbang dalam lingkungan simulasi. Validasi kode, komponen (breadboard validation) teknologi / hasil litbang dalam lingkungan laboratorium (terkontrol). Telah dilakukan pengujian analitis dan ekperimen untuk membuktikan konsep (proof-of-concept ) teknologi / hasil litbang. Formulasi Konsep atau aplikasi teknologi / hasil litbang telah dilakukan. Prinsip dasar teknologi / hasil litbang telah dipelajari (diteliti dan dilaporkan). Tidak ada pilihan yang diatas. TRL QUICK = 7 Gambar 12. TRL Quick

32 21 Tabel 4. Isian Pengukuran TKT/TRL S atau % terpenuhinya Indikator TRL 1 dianggap sudah terpenuhi. No x 2 x 3 x Indikator TRL 1 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) Ada asumsi dan hukum dasar yang digunakan Telah dilakukan studi literature (teori/empiris) tentang prinsip dasar teknologi yang akan dikembangkan Telah dirumuskan hipotesis penelitian (bila ada) T R L 1 S S 100.0% Indikator TRL 1 = TERPENUHI S atau % terpenuhinya Indikator TRL 2 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] Indikator TRL 2 dianggap sudah terpenuhi. ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) T Dari hasil studi literature (teoritis/empiris) menunjukkan adanya kemungkinan teknologi yang akan dikembangkan dapat diterapkan R Telah diidentifikasi peralatan (valid & reliable), sistem dan desain (teoritis dan empiris), serta diketahui tahapan eksperimen yang akan dilakukan Telah diketahui elemen dasar dari teknologi yang akan dikembangkan, karakterisasi komponen teknologi, dan prediksi kinerja masing-masing L elemen penyusun teknologi tersebut, serta telah dilakukan analisis awal yang menunjukkan bahwa fungsi utama yang dibut Telah dilakukan pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan (misal: pemodelan, simulasi, penelitian analitik) Komponen-komponen teknologi yang akan dikembangkan, secara terpisah dapat bekerja dengan baik No x 2 x 3 x 4 x 5 x 2 S S 100.0% Indikator TRL 2 = TERPENUHI

33 22 S atau % terpenuhinya Indikator TRL 3 dianggap sudah terpenuhi. No x 2 x 3 x Indikator TRL 3 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) Pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan (misal: pemodelan, simulasi, penelitian analitik) mendukung prediksi kinerja elemen teknologi Telah dilakukan percobaan skala laboratorium (berdasar data hasil pengujian kebenaran prinsip dasar dari teknologi yang akan dikembangkan ) untuk menguji kelayakan teknis penerapan teknologi tersebut Diperoleh hasil bahwa teknologi yang dikembangkan layak secara ilmiah T R L 3 S S 100.0% Indikator TRL 3 = TERPENUHI S atau % terpenuhinya Indikator TRL 4 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] T No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) R 1 x Telah dilakukan uji laboratorium secara terpisah terhadap komponen-komponen dari teknologi yang dikembangkan, dan menunjukkan bahwa komponen-komponen teknologi tersebut dapat beroperasi dengan baik L 2 x Telah dilakukan uji komponen dan interface-nya (melalui pemodelan dan simulasi) untuk tujuan integrasi komponen-komponen 3 x Telah dilakukan integrasi terhadap komponen-komponen teknologi, dan diperoleh prototype skala laboratorium 4 x Proses kunci untuk manufakturnya telah diidentifikasi dan dikaji di laboratorium 4 S S 85.0% Indikator TRL 4 = TERPENUHI S atau % terpenuhinya Indikator TRL 5 T [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) R 1 x Integrasi sistem selesai dengan akurasi tinggi (high fidelity), dan siap diuji pada lingkungan nyata/simulasi L 2 x Kondisi laboratorium dimodifikasi sehingga mirip dengan lingkungan yang sesungguhnya 3 x Proses produksi telah direview secara mendalam 4 x Penelitian pasar (marketing research) dan penelitian laboratorium untuk memilih proses fabrikasi S S 85.0% Indikator TRL 5 = TERPENUHI 5

34 23 S atau % terpenuhinya Indikator TRL 6 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] T No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) R 1 x Kondisi lingkungan operasi sesungguhnya telah diketahui 2 x Kebutuhan investasi untuk peralatan dan proses pabrikasi teridentifikasi. L 3 x Dilakukan pengujian kinerja sistem teknologi pada lingkungan operasi, dan hasil pengujian telah diterima dan disetujui 4 x Prototipe telah teruji dengan akurasi/ fidelitas yang tinggi pada lingkungan operasional (yang sebenarnya di luar laboratorium) 5 x Hasil Uji membuktikan layak secara teknis (engineering feasibility) 6 S S 88.0% Indikator TRL 6 = TERPENUHI S atau % terpenuhinya Indikator TRL 7 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] T No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) R 1 x Pembesaran skala (scale-up) dari prototype telah selesai dilakukan dan telah didemonstrasikan pada simulasi lingkungan operasional 2 x Perhitungan perkiraan biaya telah divalidasi (design to cost) L 3 x Proses fabrikasi secara umum telah dipahami dengan baik 4 x Perencanaan produksi telah dibuat dan persiapan untuk produksi awal 5 x Siap untuk produksi awal (Low Rate Initial Production- LRIP) 7 S S 80.0% Indikator TRL 7 = TERPENUHI

35 24 S atau % terpenuhinya Indikator TRL 8 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] T No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) Bentuk, kesesuaian dan fungsi komponen kompatibel dengan sistem operasi Proses fabrikasi diujicobakan pada skala percontohan (pilot-line atau LRIP) Uji proses fabrikasi menunjukkan hasil dan tingkat kinerja yang dapat diterima Sistem memenuhi kualifikasi melalui test dan evaluasi Siap untuk tahap manufakturing R L 8 S S 0.0% Indikator TRL 8 = TIDAK TERPENUHI S atau % terpenuhinya Indikator TRL 9 [ beri tanda cross ( X ) pada kolom yang sesuai ] No ( 0=tidak terpenuhi; 1=20%; 2=40%; 3=60%; 4=80%; 5=100% atau terpenuhi ) Konsep operasional telah benar-benar dapat diterapkan Perkiraan investasi teknologi sudah dibuat Tidak ada perubahan desain yg signifikan. Teknologi telah teruji pada kondisi sebenarnya Produktivitas telah stabil Semua dokumentasi telah lengkap Estimasi harga produksi dibandingkan kompetitor Teknologi kompetitor diketahui T R L 9 S S 0.0% Indikator TRL 9 = TIDAK TERPENUHI TRL yang tercapai adalah = 7 TRL yang dicapai adalah = TRL tertinggi yang indikatornya terpenuhi

36 BAB V PENUTUP A. Kesimpulan Dari hasil penelitian dan pengukuran tingkat kesiapan teknologi (TKT) dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. LPG kemasan 12 kg dapat diterapkan dengan baik pada kendaraan konvensional melalui sistem bi-fuel, kendaraan dapat dioperasikan dengan bensin dan LPG secara bergantian. 2. Sirkuit De-ignition fuel cut off berhasil dikembangkan sebagai inovasi teknologi untuk rangkaian pengaman pada kendaraan LPG. 3. Dari hasil pengukuran Tingkat kesiapan Teknologi (TKT), pemanfaatan LPG kemasan 12 kg untuk bahan bakar kendaraan dan penerapan sirkuit de-ignition fuel cut off telah mencapai level 7, ini berarti secara teknis dapat dikembangkan dengan resiko yang rendah. B. Saran dan rekomendasi 1. Perlu riset lanjutan untuk menguji unjuk kerja mesin yang meliputi uji torsi, daya, kan konsumsi bahan bakar di Balai Termodinamika, Motor, dan Propulsi (BTMP) PUSPITEK. 2. Perlu kerjasama antara inovator teknologi, pemangku kebijakan, dan lembaga intermediasi untuk pengembangan lebih lanjut. 25

37 DAFTAR PUSTAKA Brenda Brevitt, 2002, Alternative Vehicle Fuels, Science Environment Section, House of Commons Library, Research Paper 02/11. ETSAP, 2010, Automotive LPG and Natural Gas Engines, Technology Brief T03 April ETSAP, 2009, Liquid Petroleum Gas and Natural Gas Internal Combustion Engines, Technology Brief T03 june R.R. Saraf, S.S.Thipse and P.K.Saxena,2009, Comparative Emission Analysis of Gasoline/LPG Automotive Bifuel Engine, International Journal of Civil and Environmental Engineering 1: M.A. Ceviz_, F. Yu ksel, 2005, Cyclic variations on LPG and gasoline-fuelled lean burn SI engine, Renewable Energi 31 (2006) Willard W. Pulkrabek, 1985, Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine, new jersey. Tri Agung Rohmat dan Harwin Saptoadi, 2003, Pengaruh Waktu Penyalaan Terhadap Kinerja Spark-Ignition Engine Berbahan Bakar LPG, Media Teknik No.3 Tahun XXV edisi Agustus 2003ISSN Mieczysław Dziubiński et.al, 2007, Testing Of An Ignition System In A Car Run On Various Fuels, Teka Kom. Mot. Energ. Roln. - OL PAN, 2007, 7, Kazimierz Lejda, Artur Jaworski, 2008, Influence of liquid LPG injection pressure on the injection control, TEKA Kom. Mot. Energ. Roln. OL PAN, 2008, 8, Tasik T et.al, 2011, Gasoline and LPG Exhaust Emissions Comparation,Advances in Production Engineering and Managemant, 6(2011)2,87-94, ISSN Saulius Mockus et.al, 2006, Analysis Of Exhaust Gas Composition Of Internal Combustion Engines Using Liquefied Petroleum Gas, Journal Of Environmental Engineering And Landscape Management 2006, Vol XIV, No 1, R K Mandloi and A Rehman, 2010, Long Term Continuous Use Of Auto- LPG Causes Thermal Pitting In Automotive S.I. Engine Parts, International Journal of Engineering Science and Technology Vol. 2(10), 2010, Shankar K. S and Mohanan P, 2011, MPFI Gasoline Engine Combustion, Performance And Emission Characteristics With LPG Injection, International Journal Of Energi And Environment Volume 2, Issue 4, 2011 pp Arwanto, dkk, 2012, Panduan Penyusunan Tingkat Kesiapan Teknologi Tekno-meter, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, ISBN