PENGGUNAAN GAS HHO DAN UJI KINERJANYA PADA TRAKTOR TANGAN SKRIPSI TRIO ANDRELOV F

Transkripsi

1 PENGGUNAAN GAS HHO DAN UJI KINERJANYA PADA TRAKTOR TANGAN SKRIPSI TRIO ANDRELOV F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 203

2 PERFORMANCE OF HAND TRACTOR USING HHO GAS Trio Andrelov and Radite P A Setiawan, Dr.Ir.M.Agr Department of Mechanical Engineering and Biosystem, Faculty of Agricultural Technology, Bogor Agricultural University, IPB Darmaga Campus, PO Box 220, Bogor, West Java, Indonesia. ABSTRACT There were many efforts which can be done to reduce fossil fuel consumption. There are bioethanol, biodiesel, and enriched fuel that can be used to reduce fossil fuel consumption. This research was constituted to implement HHO gas on diesel fuel mixed for hand tractor. This research was aimed to study the performance of drawbar pull, fuel consumption and emission of tractor added with HHO gas in fuel system. Conventional HHO generator and resonance HHO generator were used to generate HHO gas HHO gas is define a mixture of hydrogen and oxygen as a result of were electrolysis, this gas also known as Brown gas. Both of them used KOH as catalyst. The concentration of catalyst used was 50gr/l, 25gr/l, 0gr/l. the results showed that drawbar pull performance increased after HHO gas added to fuel system. The drawbar pull increased up to 4.4% on concrete path and 6.39% on soil path. Fuel consumption and emission decreased after HHO gas added to fuel system.the fuel consumption decreased down to 9.2% on concrete path and 6.69% on soil path. The emission (carbon monoxide) decreased down to 68.7%. Keywords : HHO gas, HHO generator, alternative energy

3 Trio Andrelov. F Penggunaan Gas HHO dan Uji Kinerjanya pada Traktor Tangan. Di bawah bimbingan : Radite P A Setiawan. RINGKASAN Penggunaan bahan bakar fosil semakin hari semakin meningkat. Akibatnya cadangan bahan bakar fosil semakin menipis dan harganya semakin tinggi. Bahan bakar fosil melepaskan karbon ke udara ketika dibakar, menyebabkan polusi dan pemanasan global. Hal ini sangat mengkhawatirkan mengingat banyaknya pengguna bahan bakar fosil dari berbagai sektor khususnya sektor pertanian seperti traktor dan mesin pertanian. Upaya yang bisa dilakukan adalah mengurangi konsumsi bahan bakar itu sendiri namun tanpa menurunkan kinerja dari mesin. Upaya itu salah satunya adalah dengan mengkombinasikan penggunaan bahan bakar fosil dengan energi alternatif yaitu hidrogen. Cara yang dapat digunakan untuk memadukan penggunaan hidrogen dengan bahan bakar adalah penambahan gas HHO pada sistem bahan bakar mesin. Oleh karena itu perlu dilakukan penelitian terhadap unjuk kerja mesin ketika bahan bakar mesin dikombinasikan dengan gas HHO. Tujuan penelitian adalah a). menguji kinerja tarik traktor roda dua bermesin diesel yang menggunakan bahan bakar solar dan penambahan gas HHO pada ruang bakar mesin, b). melakukan pengukuran terhadap konsumsi bahan bakar traktor roda dua yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO, serta c). melakukan pengukuran gas buang hasil pembakaran untuk mengetahui emisi yang dihasilkan traktor roda dua yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO. Penelitian dilakukan di Laboratorium Lapang Teknik Pertanian pada bulan Maret sampai Oktober 202. Pengukuran dilakukan pada traktor roda dua yang telah dimodifikasi dengan pemasangan perangkat generator HHO. Perlakuan yang diberikan yaitu pencampuran gas HHO pada sistem bahan bakar traktor. Gas HHO yang digunakan diperoleh melalui proses elektrolisis larutan elektrolit dari generator HHO biasa dan generator HHO resonansi. Ada tiga jenis konsentrasi larutan elektrolit yang akan digunakan, yaitu 0 gr, 25 gr, dan 50 gr KOH yang dilarutkan dalam liter air. Pengukuran uji kinerja dan konsumsi bahan bakar traktor dilakukan pada lintasan beton dan lintasan tanah berumput, sedangkan pengukuran emisi gas buang traktor dilakukan ketika traktor dalam keadaan diam. Hasil pengukuran menunjukan peningkatan kinerja tarik traktor ketika sistem bahan bakar traktor ditambahkan gas HHO yang berasal dari generator HHO. Nilai kinerja tarik traktor tertinggi berada pada traktor uji yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO dari generator HHO biasa elektrolit 50gr, diikuti oleh elektrolit 25gr, dan 0gr KOH/ liter air. Nilai kinerja tarik traktor tanpa perlakuan sebagai kontrol berada paling rendah. Peningkatan gaya tarik traktor mencapai 4.4% pada lintasan beton dan 6.39% pada lintasan tanah berumput. Hasil pengukuran menunjukan traktor yang menggunakan gas HHO dari generator HHO resonansi mengalami penurunan kinerja tarik dibandingkan generator HHO biasa. Konsumsi bahan bakar traktor mengalami penurunan setelah saluran bahan bakar traktor ditambahkan gas HHO. Konsumsi bahan bakar traktor yang paling rendah adalah traktor dengan generator HHO biasa konsentrasi elektrolit 50gr KOH/ liter air, diikuti diatasnya konsentrasi 25gr dan 0gr KOH/ liter air. Penurunan konsumsi bahan bakar traktor uji mencapai 9.2% pada lintasan beton dan 6.69% pada lintasan tanah. Sedangkan konsumsi bahan bakar traktor yang

4 menggunakan generator HHO resonansi lebih tinggi dibandingkan penggunaan generator HHO biasa. Hasil pengukuran emisi gas buang traktor menunjukan kadar karbon monoksida (CO) mengalami penurunan ketika pembakaran bahan bakar traktor dicampur dengan gas HHO. penurunan kadar CO pada gas buang traktor uji mencapai 68.7%. Kadar CO yang paling rendah didapatkan dari pengukuran gas buang traktor yang dipasangkan generator HHO biasa konsentrasi elektrolit 50gr/ liter air, diikuti oleh konsentrasi 25gr dan 0gr KOH/ liter air. Kadar CO yang terukur dari gas buang traktor yang dipasangkan generator HHO resonansi lebih tinggi dibandingkan generator HHO biasa. Gas HHO hasil elektrolisis elektrolit dari generator HHO dapat ditambahkan pada saluran bahan bakar traktor. Penambahan gas HHO dapat meningkatkan kinerja tarik traktor, menurunkan konsumsi bahan bakar serta menurunkan kadar emisi CO pada gas buang traktor.

5 PENGGUNAAN GAS HHO DAN UJI KINERJANYA PADA TRAKTOR TANGAN SKRIPSI Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN pada Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor Oleh TRIO ANDRELOV F FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 203

6 Judul Skripsi : Penggunaan Gas HHO dan Uji Kinerjanya pada Traktor Pertanian Nama : Trio Andrelov NIM : F Menyetujui : Pembimbing, (Dr. Ir. Radite P A Setiawan, M.Agr) NIP Mengetahui : Ketua Departemen, (Dr. Ir. Desrial, M.Eng) NIP Tanggal lulus :

7 PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Saya menyatakan dengan sebenar-benarnya bahwa skripsi dengan judul Penggunaan Gas HHO dan Uji Kinerjanya pada Traktor Tangan adalah hasil karya saya sendiri dengan arahan Dosen Pembimbing Akademik, dan belum diajukan dalam bentuk apapun pada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Bogor, Januari 203 Yang membuat pernyataan Trio Andrelov F

8 Hak cipta milik Trio Andrelov, tahun 203 hak cipta dilindungi Dilarang mengutip dan memperbanyak tanpa izin tertulis dari Institut Pertanian Bogor, sebagian atau seluruhnya dalam bentuk apapun, baik cetak, fotokopi, microfilm, dan sebagainya

9 BIODATA PENULIS Trio Andrelov. Lahir di Bt. Kunit, 5 Oktober 990 dari ayah Jafni Rianson dan ibu Lili Ervo, sebagai putra ketiga dari lima bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada tahun 2008 dari SMA Painan, Sumatera Barat dan pada tahun yang sama diterima di IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Teknik Pertanian, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama mengikuti perkuliahan, penulis aktif dalam berbagai kegiatan termasuk menjadi asisten mata kuliah Gambar Teknik pada tahun 20 dan 202, serta asisten mata kuliah Teknik Mesin Budidaya Pertanian pada tahun 202. Penulis juga aktif dalam organisasi Agricultural Engineering Design Club (AEDC) semenjak tahun 200. Penulis melaksanakan Praktik Lapangan pada tahun 20 di PT. Riau Andalan Pulp and Paper, Riau dengan judul Proses Pengoperasian Mesin-Mesin Produksi di Area woodyard PT. Riau Andalan Pulp and Paper.

10 KATA PENGANTAR Tiada kata yang bisa diucapkan selain syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunianya sehingga skripsi ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul Pengunaan Gas HHO dan Uji Kinerjanya pada Traktor Tangan dilaksanakan di Laboratorium Lapang Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor sejak bulan Maret sampai Oktober 202. Dengan telah selesainya penelitian hingga tersusunya skripsi ini, penulis ingin menyampaikan penghargaan dan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:. Dr. Ir. Radite P A Setiawan, M.Agr. sebagai dosen pembimbing skripsi untuk arahan, bimbingan, dan masukan selama penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. 2. Kedua Orang Tua dan Kakak adik yang terus memberikan dukungan, kesabaran dan doa yang selalu menyertai. 3. Dr. Ir. Desrial, M.Eng dan Dr. Ir. M. Faiz Syuaib, M.Agr sebagai dosen penguji saat ujian sarjana. 4. RAMP IPB yang telah membina dan membiayai penelitian ini. 5. Rima Khairani yang telah banyak memberikan dukungan, semangat, doa, kesabaran, dan kasih sayang kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian ini. 6. Bapak-bapak dan Abang-abang teknisi Laboratorium Lapang Teknik Pertanian yang sangat membantu penulis dalam pengambilan data serta arahan. 7. Sahabat-sahabat di Wisma 82 Indra, Rifki, Edo, Ojan dan Jo atas dukungan dan bantuanya. 8. Teman-teman seperjuangan TMB 45 terutama kepada Ranto, Tino, Ignatius, Nuel, Fajri, Panji, Ichan, Wawan, Edo, Galih, Agus, Salman, Bareth, Anggi, Mitha, Diza, Gita, Yutha, Tri, Oja, dan Astin atas bantuan dan kesempatan berbagi kalian. 9. Seluruh pihak yang belum sempat disebutkan,untuk segala bantuanya Akhirnya penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat dan memberikan kontribusi yang nyata terhadap perkembangan ilmu pengetahuan. Bogor, Januari 203 Trio Andrelov ii

11 DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... v DAFTAR GAMBAR... vi DAFTAR LAMPIRAN... viii I. PENDAHULUAN..... LATAR BELAKANG TUJUAN... 2 II. TINJAUAN PUSTAKA MOTOR BAKAR DIESEL EMISI GAS BUANG MOTOR BAKAR AIR KATALIS HIDROGEN ELEKTROLISIS PENERAPAN GAS HHO PADA MOTOR BAKAR REAKSI PEMBAKARAN HIDROGEN DENGAN BAHAN BAKAR RESONANSI TENAGA TARIK SLIP RODA... 2 III. METODOLOGI WAKTU DAN TEMPAT ALAT DAN BAHAN METODE PENELITIAN... 5 IV. PERSIAPAN PENGUJIAN PERSIAPAN GENERATOR HHO PEMBUATAN ALAT UKUR KONSUMSI BAHAN BAKAR KALIBRASI LOAD CELL V. HASIL DAN PEMBAHASAN KONDISI LINTASAN UJI... 3 iii

12 5.2. KINERJA TARIK TRAKTOR KONSUMSI BAHAN BAKAR TRAKTOR EMISI GAS BUANG TRAKTOR VI. KESIMPULAN DAN SARAN KESIMPULAN SARAN... 4 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 44

13 DAFTAR TABEL Halaman Tabel. Spesifikasi minyak solar (DIRJEN MIGAS) tahun Tabel 2. Nilai kalor dari beberapa bahan bakar Tabel 3. Debit gas HHO yang dihasilkan oleh generator HHO... 7 Tabel 4. Data kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar... 9 Tabel 5. Data pembebanan load cell Tabel 6. Data kondisi lintasan uji... 3 Tabel 7. Data pengukuran kadar CO pada traktor uji v

14 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar. Contoh traktor roda dua (SNI : 200) Gambar 2. Komponen utama traktor roda dua (Sakai et al.998) Gambar 3. Diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis Gambar 4. Lintasan beton (kiri) dan tanah berumput (kanan) tempat uji kinerja tarik traktor Gambar 5. Traktor uji (Yanmar Bromo DX) Gambar 6. Traktor beban (Yanmar YM330T)... 4 Gambar 7. Diagram alir tahapan penelitian Gambar 8. Bentuk generator HHO Gambar 9. Uji fungsional generator hidrogen Gambar 0. Penempatan aki pada traktor Gambar. Penempatan alternator pada traktor... 8 Gambar 2. Pemasangan tabung penampung elektolit, water trap, dan generator HHO... 8 Gambar 3. Grafik kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar Gambar 4. Pengujian load cell dengan tingkatan beban Gambar 5. Diagram perlakuan pengujian traktor Gambar 6. Pengukuran tahanan penetrasi tanah Gambar 7. Uji kinerja tarik traktor roda dua (SNI 0738:200) Gambar 8. Pengukuran jarak tempuh 5 putaran roda traktor Gambar 9. Pengukuran uji emisi gas buang traktor Gambar 20. Rancangan generator HHO Gambar 2. tabung penampung elektrolit dan water trap Gambar 22. Perangkat generator HHO dan aliran gas HHO Gambar 23. Pemasukan gas HHO melalui saringan udara vi

15 Gambar 24. Prinsip pengukuran laju konsumsi bahan bakar Gambar 25. Pemasangan alat ukur konsumsi bahan bakar pada traktor Gambar 26. Grafik kalibrasi load cell Gambar 27. Traktor roda dua yang telah dimodifikasi Gambar 28. Grafik hubungan drawbar pull dengan slip roda pada lintasan beton Gambar 29. Grafik hubungan drawbar power dengan slip roda pada lintasan beton Gambar 30. Grafik hubungan drawbar pull dengan slip roda pada lintasan tanah berumput Gambar 3. Grafik hubungan drawbar power dengan slip roda pada lintasan tanah berumput Gambar 32. Grafik hubungan konsumsi bahan bakar dengan slip roda pada lintasan beton Gambar 33. Grafik hubungan konsumsi bahan bakar dengan slip roda pada lintasan tanah berumput vii

16 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran. Data kondisi lintasan uji tanah berumput pada pengujian pertama Lampiran 2. Data kondisi lintasan uji tanah berumput pada pengujian kedua Lampiran 3. Data kinerja tarik traktor tanpa perlakuan pada lintasan beton Lampiran 4. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 50gr KOH/ liter air pada lintasan beton Lampiran 5. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air pada lintasan beton... 5 Lampiran 6. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air pada lintasan beton Lampiran 7. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air pada lintasan beton Lampiran 8. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air pada lintasan beton Lampiran 9. Data kinerja tarik traktor tanpa perlakuan pada lintasan tanah berumput Lampiran 0. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 50gr KOH/ liter air pada lintasan tanah berumput Lampiran. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air pada lintasan berumput Lampiran 2. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air pada lintasan berumput Lampiran 3. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air pada lintasan berumput Lampiran 4. Data kinerja tarik traktor dengan pemasangan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air pada lintasan berumput Lampiran 5. Data konsumsi bahan bakar traktor uji tanpa perlakuan lintasan beton... 6 Lampiran 6. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 50gr KOH/ liter air lintasan beton Lampiran 7. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air lintasan beton Lampiran 8. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air lintasan beton Lampiran 9. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air lintasan beton Lampiran 20. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air lintasan beton viii

17 Lampiran 2. Data konsumsi bahan bakar traktor uji tanpa perlakuan lintasan tanah berumput Lampiran 22. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 50gr KOH/ liter air lintasan tanah berumput Lampiran 23. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air lintasan tanah berumput Lampiran 24. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air lintasan tanah berumput Lampiran 25. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 25gr KOH/ liter air lintasan tanah berumput... 7 Lampiran 26. Data konsumsi bahan bakar traktor uji dengan generator HHO resonansi konsentrasi elektrolit 0gr KOH/ liter air lintasan tanah berumput Lampiran 27. Data peningkatan kinerja tarik traktor uji Lampiran 28. Data peningkatan konsumsi bahan bakar traktor uji traktor Lampiran 29. Data peningkatan konsumsi bahan bakar traktor uji traktor Lampiran 30. Rancangan generator HHO Lampiran 3. Spesifikasi traktor Yanmar Bromo DX (traktor uji) Lampiran 32. Spesifikasi traktor Yanmar YM330T (traktor beban) ix

18 I. PENDAHULUAN.. LATAR BELAKANG Selama bertahun-tahun belakangan ini, bahan bakar fosil nyaris menjadi sumber energi utama di planet ini. Penggunaan energi fosil dengan skala besar terutama dalam seabad terakhir ini, dihadapkan dengan berbagai masalah. Ketika dibakar untuk menghasilkan energi, bahan bakar fosil melepaskan karbon ke udara dan menyebabkan polusi. Meningkatnya produksi karbon hasil pembakaran bahan bakar fosil ini disinyalir telah menyebabkan fenomena pemanasan global (Global Warming). Besarnya konsumsi bahan bakar membuat fakta menipisnya cadangan bahan bakar ini tidak bisa dihindari. Sementara itu, ketika cadangan bahan bakar fosil semakin menipis, kebutuhan atas energi bukannya turun namun semakin hari semakin tinggi. Akibatnya harga bahan bakar semakin hari semakin mahal. Hal ini sangat mengkhawatirkan terutama terhadap pengguna bahan bakar sendiri khususnya para pengguna mesin-mesin pertanian. Mahalnya harga bahan bakar, membuat para petani sebagai pengguna mekanisasi enggan menggunakan mesin-mesin pertanian dan jika masih diterapkan, akan menimbulkan kerugian terhadap petani sendiri karena biaya produksi yang meningkat diakibatkan harga bahan bakar yang naik. Sehingga tujuan penerapan mekanisasi dalam pertanian untuk meningkatkan produktifitas tidak dapat tercapai. Upaya untuk tetap menerapkan mekanisasi pertanian salah satunya dengan cara menurunkan biaya pemakaian bahan bakar. Upaya yang bisa dilakukan adalah mengurangi konsumsi bahan bakar itu sendiri namun tanpa menurunkan kinerja dari mesin. Upaya pengurangan konsumsi bahan bakar tersebut salah satunya adalah dengan mensubstitusi bahan bakar fosil dengan energi alternatif yaitu hidrogen. Hidrogen memiliki beberapa keunggulan yaitu tidak menyebabkan polusi karbon. Ketika terbakar, hidrogen melepaskan energi berupa panas dan menghasilkan air sebagai bahan buangan (2H 2 + O 2 2H 2 O). Sama sekali tidak mengeluarkan karbon. Jadi penggunaan hidrogen sebagai bahan bakar sangat membantu mengurangi polusi karbon dioksida dan juga karbon monoksida. Dibanding bahan bakar fosil yang umum kita gunakan selama ini yaitu bensin dan solar, pemakaian hidrogen sebagai bahan bakar jauh lebih efektif dalam pembakaran. Sebagai perbandingan kg bensin yang dibakar pada suhu 25 C dan tekanan atm akan menghasilkan panas antara kj/kg s/d kj/kg, sedangkan kg Solar bisa menghasilkan panas antara kj/kg s/d kj/kg. Hidrogen sendiri dalam kondisi yang sama (25 C dan tekanan atm) dengan berat yang sama mampu menghasilan panas 9930 kj/kg sampai 4860 kj/kg, yang berarti hampir 3 kali lipat dari panas yang bisa dihasilkan oleh pembakaran bensin dan solar. Keunggulan lain dari hidrogen adalah jumlahnya di alam ini sangat melimpah, 93 % dari seluruh atom yang ada di jagat raya ini adalah hidrogen. Hidrogen adalah unsur yang paling sederhana dari semua unsur yang ada di alam ini. Tiga perempat dari massa jagat raya ini adalah hidrogen. Di bumi sendiri bentuk hidrogen yang paling umum kita kenal adalah air (H 2 O). Hanya, meskipun memiliki banyak keunggulan dibanding bahan bakar lain, hidrogen juga memiliki kelemahan. Kelemahan hidrogen (H 2 ) ini sebagai bahan bakar adalah sumber energi yang tidak bersifat langsung (primer) sebagaimana halnya gas alam, minyak bumi atau batubara. Hidrogen adalah energi turunan (sekunder) sebagaimana halnya listrik yang tidak bisa didapat langsung dari alam, melainkan harus diproduksi dengan menggunakan sumber energi lain seperti gas alam, minyak, batu bara, nuklir, energi matahari dan berbagai sumber energi lainnya. Karena bersifat sekunder itulah, untuk tahap awal penggunaan hidrogen

19 sebagai bahan bakar, kita harus mengkombinasikan penggunaannya dengan bahan bakar primer. Jadi fungsi hidrogen lebih sebagai bahan bakar pendamping yang berfungsi membantu mesin mengurangi konsumsi bahan bakar utama. Metode yang dapat digunakan untuk memadukan penggunaan hidrogen dengan bahan bakar adalah penambahan gas HHO pada proses pembakaran mesin, khususnya mesin-mesin pertanian. Gas HHO merupakan campuran gas hidrogen dengan oksigen yang diproduksi dari elektrolisis air (H 2 O). Karena proses pembakaran pada mesin berlangsung terus menerus, berarti dibutuhkan juga hidrogen yang siap digunakan selama pembakaran. Sehingga dibutuhkan sistem pembangkit (generator) yang dapat menyuplai gas HHO secara kontinyu. Penambahan gas HHO pada proses pembakaran mesin (traktor roda dua) diupayakan dapat meningkatkan kualitas kerja pada traktor roda dua, menurunkan konsumsi bahan bakar fosil dan menurunkan emisi yang dihasilkan dari proses pembakaran bahan bakar. Penelitian uji kinerja tarik pada traktor roda dua dilakukan untuk mengetahui peningkatan gaya tarik dari traktor yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO pada ruang pembakaranya, serta pengukuran konsumsi bahan bakar dan pengukuran emisi gas hasil pembakaran pada traktor..2. TUJUAN Tujuan dari penelitian ini adalah untuk a. Menguji kinerja tarik traktor roda dua bermesin diesel yang menggunakan bahan bakar solar dan penambahan gas HHO pada ruang pembakaran mesin. b. Melakukan pengukuran terhadap konsumsi bahan bakar pada traktor roda dua yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO. c. Melakukan pengukuran gas buang hasil pembakaran untuk mengetahui emisi yang dihasilkan traktor roda dua yang sistem bahan bakarnya ditambahkan gas HHO. 2

20 II. TINJAUAN PUSTAKA 2.. MOTOR BAKAR DIESEL Motor bakar adalah motor yang dapat mengubah tenaga panas hasil dari suatu pembakaran menjadi tenaga mekanik. Motor bakar dapat dibedakan dalam 2 golongan, yaitu pertama, motor dengan pembakaran di luar (External combustion engine), contohnya motor uap. Kedua, motor dengan pembakaran di dalam silinder (Internal combustion engine) contohnya motor bakar bensin dan motor bakar diesel (Hardjosentono et al. 2002). Menurut Pudjanarsa dan Nursuhud (2006), motor pembakaran dalam adalah mesin yang memanfaatkan fluida kerja/gas panas hasil pembakaran, dimana antara medium yang memanfaatkan fluida kerja dengan fluida kerjanya tidak dipisahkan oleh dinding pemisah. Mesin-mesin konversi energi yang dapat diklasifikasikan kedalam mesin jenis ini adalah diantaranya motor diesel. Motor bakar diesel ditemukan pertama kali oleh sarjana jerman, Dr. Rudolph Diesel. Dia mengemukakan suatu ide untuk menggunakan panas yang dihasilkan oleh kompresi untuk melakukan penyudutan bahan bakar yang disemprotkan kedalam silinder. Dia memperoleh paten atas motor bakar buatanya yang bekerja dengan cara seperti idenya tersebut pada tahun 892, namun motor bakar tersebut belum sepenuhnya bekerja dengan baik, baru pada tahun 898 mulai diproduksi motor bakar diesel secara masal. Selama masa 25 tahun kemudian, terjadi perkembangan yang pesat pada prinsip motor bakar diesel, sehingga motor bakar ini semakin banyak digunakan orang Bagian Utama Motor Bakar Diesel a. Unit tenaga Unit tenaga terdiri dari blok silinder, kepala silinder, piston, batang penghubung, poros engkol, dan roda gaya. Blok silinder merupakan penyokong unit tenaga dan dilengkapi dengan kepala yang sekaligus menjadi ruang pembakaran. Didalam blok silinder terdapat piston yang dapat mengubah tenaga panas hasil pembakaran menjadi tenaga mekanis dengan bergerak maju mundur (translasi) sepanjang silinder (Jones 963 diacu dalam Wiratama 2009). Piston dilengkapi dengan cincin piston yang berfungsi untuk menahan kompresi dan rembesan tenaga hasil pembakaran, melumasi dinding silinder, mengurangi gesekan antar piston dengan dinding silinder, mencegah masuknya minyak pelumas kedalam ruang pembakaran, dan merambatkan panas dari piston ke dinding silinder (Arismunandar dan Tsuda 2008). Poros engkol berfungsi untuk mengubah gerak translasi dari piston menjadi gerak rotasi (putaran). Poros engkol dan piston dihubungkan dengan batang penghubung. Pada ujung poros engkol dipasang roda gaya yang berfungsi untuk meratakan momen putar yang terjadi pada poros agar kecepatan poros engkol menjadi stabil (Arismunandar dan Tsuda 2008). b. Sistem penyaluran bahan bakar Bahan bakar mengalir dari tangki ke pompa injeksi. Sampai di pompa injeksi, bahan bakar dipompakan ke injektor melalui pipa tekanan tinggi. Gerakan memompa dari plunyer pompa injeksi terjadi karena adanya hubungan yang dipasang pada poros engkol dan gerakan kembali karena pegas pompa injeksi. Injektor berfungsi memecah bahan bakar menjadi partikel-partikel kecil (kabut), sehingga mudah terbakar diruang pembakaran (Hardjosentono et al.2002) 3

21 c. Sistem pelumasan Fungsi pelumasan antara lain : Memberi pelumas pada bagian-bagian yang bergerak/bergesek. Menjadi bantalan antara dua metal yang bergerak/bergesek. Sebagai pendingin, karena panas diserap oli dan didinginkan diruang kartel. Panghantar panas dari torak kedinding silinder karter. Sebagai seal untuk mencegah kebocoran kompresi keruang kartel dan sebagai pencuci bagian-bagian yang aus yang diendapkan dalam bak oli (Hadjosentono et al. 2002). d. Sistem pendinginan Menurut Hardjosentono et al. (2002), tujuan sistem pendinginan adalah mencegah suhu yang sangat tinggi sehingga dapat merusak bagian-bagian dinding silinder, torak, katup dan bagian-bagian motor lainya, serta mencegah kerusakan oli pelumas yang melumasi bagian-bagian tersebut Prinsip Kerja Motor Bakar Diesel Konsep pembakaran pada motor diesel adalah melalui proses penyalaan kompresi udara pada tekanan tinggi. Pembakaran itu dapat terjadi karena udara dikompresi pada ruang dengan perbandingan kompresi jauh lebih besar dari pada motor bensin (7-2), yaitu antara Akibatnya, udara akan mempunyai tekanan dan temperatur melebihi suhu dan tekanan penyalaan bahan bakar (Pudjanarsa dan Nursuhud 2006). Pudjanarsa dan Nursuhud (2006) menyatakan bahwa sistem kerja motor diesel dapat dibedakan atas dua langkah dan empat langkah. a. Motor diesel dua langkah Motor diesel dua langkah bekerja bila dua kali gerakan piston (satu kali putaran engkol) menghasilkan satu kali kerja. Dalam diesel siklus dua langkah, kedua katup adalah katup buang. Saluran-saluran (lubang-lubang) pada dinding silinder yang terbuka dan tertututp oleh gerakan piston memungkinkan udara mengalir kedalam silinder. Pada saat yang sama gas buang terbuang keluar melalui katup-katup buang yang terbuka pada bagian atas silinder. Ketika piston naik, saluran-saluran masuk tertutup, katup-katup buang menutup, dan udara dalam silinder tertekan. Bahan bakar diinjeksikan ketika piston berada dekat titik mati atas dan terbakar oleh panas yang dihasilkan oleh penekanan udara. Gas hasil pembakaran menekan piston turun untuk menghasilkan tenaga. b. Motor diesel empat langkah Motor diesel empat langkah bekerja bila empat kali langkah piston (dua kali putaran engkol) menghasilkan satu kali kerja. Secara skematis prinsip kerja motor diesel empat langkah dapat dijelaskan sebagai berikut:. Langkah pemasukan. Pada langkah ini katup masuk membuka dan katup buang menutup. Udara mengalir kedalam silinder. 2. Langkah kompresi. Pada langkah ini kedua katup menutup, piston bergerak dari TMB ke TMA menekan udara yang ada dalam silinder. Sesaat sebelum mencapai TMA, bahan bakar diinjeksikan. 3. Langkah ekspansi. Karena injeksi bahan bakar kedalam silinder yang bertemperatur tinggi, bahan bakar terbakar dan berekspansi menekan piston untuk melakukan kerja sampai piston mencapai TMB. Kedua katup tertutup pada langkah ini. 4. Langkah buang. Ketika piston hampir mencapai TMB, katup buang terbuka, katup masuk tetap tertutup. Ketika piston bergerak menuju TMA, gas sisa 4

22 pembakaran terbuang keluar ruang bakar. Akhir langkah ini adalah ketika piston mencapai TMA. Siklus kemudian berulang lagi. Dalam mesin diesel, udara dikompresi sehingga tekanan dan temperatur naik tinggi. Temperatur udara dapat mencapai C dan tekananya kgf/cm 2. Bahan bakar diinjeksikan dengan tekanan tinggi (0-200 kgf/cm 2 ) dengan menggunakan pompa bahan bakar Bahan Bakar Diesel Bahan bakar diesel atau sering disebut dengan minyak solar dihasilkan dari proses penyulingan minyak bumi. Penggunaan minyak solar pada umumnya adalah untuk bahan bakar pada semua jenis mesin diesel dengan putaran tinggi (di atas 000 rpm). Minyak solar memiliki rentang hidrokarbon antara C 0 H 22 hingga C 20 H 42. Energi yang dihasilkan oleh bahan bakar solar jika bereaksi sepenuhnya dengan oksigen adalah sebesar 42.5 kj/kg sampai 44.8 kj/kg. Spesifikasi minyak solar bisa dilihat pada Tabel berikut. Tabel. Spesifikasi minyak solar (DIRJEN MIGAS) tahun 2006 No Karakteristik Unit Min Batasan Angka setana 45-2 Indeks setana 48 - Maks 3 Berat jenis pada 5 C kg/m Viskositas pada 40 C mm 2 /sec Kandungan sulfur %m/m Destilasi ; T95 C Flash point C 60-8 Autoignition point C 20-9 Residu karbon merit - Kelas 0 Kandungan air mg/kg Traktor Roda Dua Motor bakar diesel merupakan salah satu jenis motor bakar internal yang banyak digunakan sebagai tenaga penggerak di sektor pertanian. Motor bakar diesel banyak digunakan pada berbagai pemanfaatan, antara lain : traktor, pompa air, bengkel pertanian, penggerak pada mesin-mesin pengolah pertanian, sarana angkut di perkebunan dan lain-lain. Traktor roda dua atau traktor tangan (Power Tiller/Hand Tractor) adalah mesin pertanian yang dapat dipergunakan untuk mengolah tanah dan pekerjaan pertanian lain dengan alat pengolah tanahnya digandengkan/dipasangkan dibagian belakang mesin. Traktor roda dua merupakan mesin serba guna karena dapat juga berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk alat-alat lain seperti pompa air, gandengan (trailer), dan lain-lain (Hardjosentono etal. 2002). Traktor roda dua merupakan salah satu tenaga penggerak disektor pertanian yang menggunakan mesin diesel sebagai sumber tenaga. Traktor roda dua dapat mengerjakan berbagai jenis pekerjaan petani dengan bermacam tipe alat yang digandengkan dibelakang traktor. Alat tersebut disebut peralatan traktor (Sakai ed al. 998). Contoh traktor roda dua dapat dilihat pada Gambar. 5

23 Gambar. Contoh traktor roda dua (SNI : 200). Bila dilihat dari segi ekonomis, penggunaan traktor roda dua di Indonesia lebih unggul dan lebih efektif. Karena lahan pertanian Indonesia pada umumnya terdapat lahan kecil dan sempit. Apabila digunakan traktor roda empat kurang efektif, hal ini mengingat bahwa traktor tersebut memerlukan lahan yang luas dan sangan sulit bila dioperasikan pada lahan yang sempit (Abdullah 2007). Menurut Sakai et al. (998) traktor roda dua terdiri dari komponen-komponen sebagai berikut ; () enjin, (2) dudukan enjin dengan titik gandeng, (3) rumah gigi transmisi termasuk kopling master dan titik gandeng belakang (4), stir dengan beberapa tuas control, dan (5) roda, seperti ditunjukan pada Gambar 2. Gambar 2. Komponen utama traktor roda dua (Sakai et al.998) EMISI GAS BUANG MOTOR BAKAR proses pembakaran bahan bakar dari motor bakar menghasilkan gas buang yang secara teoritis mengandung unsur CO, NO 2, HC, C, H 2, CO 2, H 2 O dan N 2, dimana banyak yang bersifat mencemari lingkungan sekitar dalam bentuk polusi udara. Unsur gas karbon monoksida (CO) yang berpengaruh bagi kesehatan makhluk hidup perlu mendapat kajian khusus, karena unsur karbon monoksida hasil pembakaran bersifat racun bagi darah manusia pada saat pernafasan, sebagai akibat berkurangnya oksigen pada jaringan darah. Jumlah CO yang terdapat di dalam darah, lamanya dihirup dan kecepatan pernapasan menentukan jumlah karboksi-hemoglobin (kombinasi hemoglobin/karbon-monoksida) di dalam darah, dan jika jumlah CO sudah mencapai jumlah tertentu/jenuh di dalam tubuh maka akan menyebabkan kematian (Kusuma 2002). karbon monoksida (CO) sebagai gas yang cukup banyak terdapat di udara, dimana gas ini terbentuk akibat adanya suatu pembakaran yang tidak sempurna. Gas karbon monoksida mempunyai ciri yang tidak berbau, tidak terasa, serta tidak berwarna. Kendaraan bermotor memberi andil yang besar dalam peningkatan kadar CO yang membahayakan. Di dalam semua polutan udara maka CO adalah pencemar yang paling utama (Kusuma 2002). 6

24 2.3. AIR Air memegang peranan yang sangat penting bagi mahluk hidup (manusia, hewan dan tumbuhan). Air dalam tubuh berfungsi membantu metabolisme dan sebagai pelarut ion-ion tubuh. Hampir 60% tubuh manusia berisi air. Ketersediaan air cukup melimpah, air bahkan menutupi hampir 70% permukaan bumi dan persediaanya mencapai.4 triliun km 3 atau setara dengan 330 juta mil 3. Sebagian besar air terdapat di lautan dan lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung). Air bergerak mengikuti suatu siklus, yaitu penguapan, hujan, aliran air diatas permukaan tanah (seperti mata air, sungai dan muara yang menuju ke laut), demikian seterusnya. Jika dikelola dengan baik, air merupakan sumber daya alam yang tidak ada habisnya (Sudirman 2009). Air merupakan senyawa kimia dengan rumus H 2 O, terdiri atas dua atom hidrogen yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan sebagai sebuah ion hidrogen (H+) yang berikatan dengan sebuah ion hidroksida (OH-). Pada kondisi normal, yaitu pada tekanan 00 kpa dengan temperatur k (0 C) air tidak bewarna, tidak berasa, dan tidak berbau. Berdasarkan sifat-sifatnya tersebut, air mampu melarutkan beberapa zat kimia, seperti garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan molekul organik (Sudirman 2009) KATALIS Katalis didefinisikan sebagai suatu zat yang mempercepat laju reaksi namun katalis tersebut tidak mengalami perubahan kimia. Katalis tidak ditulis dalam persamaan reaksi stoikiometri dan konsentrasinya dalam campuran reaksi tidak berubah. Hal ini hanya mungkin jika pada satu tahap reaksi yang katalisnya ikut bereaksi dan tahap yang lainya itu dihasilkan kembali. Oleh karena itu katalis tidak terdapat pada persamaan reaksi, dan konsentrasinya pun tidak terdapat dalam ungkapan kesetimbangan. Dengan demikian katalis tidak mempengaruhi kedudukan kesetimbangan reaksi. Secara umum katalis akan menurunkan besarnya energi pengaktifan (Laksono 2005). Katalisator tidak mengalami perubahan pada akhir reaksi, karena itu tidak memberikan energi kedalam sistem, tetapi katalis akan memberikan mekanisme reaksi alternatif dengan energi pengaktifan yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi tanpa katalis (Laksono 2005). Gambar 3. memperlihatkan diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis. Gambar 3. Diagram profil energi dari reaksi tanpa dan dengan katalis. 7

25 2.5. HIDROGEN Hidrogen adalah unsur yang paling banyak ditemukan di jagat raya. Diperkirakan 75% dari masa semua materi yang ada di alam semesta terbentuk dari hidrogen. Hidrogen yang memiliki inti atom dengan satu elektron yang mengorbit mengelilingi intinya. Hidrogen berubah menjadi cair ketika berada pada suhu 20 K (-423 º F; -253 º C), dan membeku pada suhu 4 K (-434 º F; -259 º C) (lanz 200). Setiap bahan bakar akan menghasilkan sejumlah energi ketika bereaksi sepenuhnya dengan oksigen. Kandungan energinya pada beberapa bahan bakar dapat dilihat pada Tabel 2 dibawah ini. Tabel 2. Nilai kalor dari beberapa bahan bakar. Fuel Higher heating value Lower heating value (at 25 C and atm) (kj/kg) (at 25 C and atm) (kj/kg) Hydrogen Methane Propane Gasoline Diesel Methanol Sumber : Lanz 200 Auto ignition point adalah suhu minimum yang diperlukan campuran bahan bakar dengan oksigen untuk terbakar sendirinya ketika sumber pengapian tidak ada. Dengan kata lain, campuran bahan bakar dipanaskan sampai terbakar dengan sendirinya. Setiap bahan bakar memilki auto ignition point yang berbeda-beda. Untuk hidrogen auto ignition point nya relatif tinggi, yaitu pada suhu 085 F (585 C). hal ini membuat hidrogen sulit terbakar di udara tanpa ada sumber pengapian. Kecepatan pembakaran (burning speed) adalah kecepatan jalanya pembakaran pada campuran bahan bakar. Burning speed hidrogen adalah berkisar m/s, dengan demikian pembakaran hidrogen sangat cepat dan relatif sebentar (lanz 200) ELEKTROLISIS Elektrolisis merupakan proses kimia yang mengubah energi listrik menjadi energi kimia. Elektrolisis adalah proses penguraian unsur-unsur pembentuk air. Dengan menggunakan arus listrik, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron pada katoda yang tereduksi menjadi gas H 2 dan ion hidroksida (OH-). Pada kutub anoda, dua molekul air lainya akan terurai menjadi gas oksigen (O 2 ) dangan melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katoda. Akibat reaksi tersebut, ion H+ dan OH- akan mengalami netralisasi dan membentuk molekul air kembali (Sudirman 2009). Gas dan oksigen yang dihasilkan oleh reaksi tersebut membentuk gelembung dan mengumpul disekitar elektroda. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan hidrogen dan hidrogen peroksida (H 2 O 2 ). Komponen-komponen terpenting dari proses elektrolisis ini adalah elektroda dan larutan elektrolit. Pada proses elektrolisis diperlukan dua buah kutub, yaitu katoda sebagai kutub negatif dan anoda sebagai kutub positif (Sudirman 2009). HHO adalah gas yang dihasilkan dari elektrolisis air yang merupakan kombinasi dari dua gas hidrogen (H 2 ) dan oksigen (O 2 ). Persamaan sederhana konversi air menjadi HHO dapat ditulis sebagai berikut : H 2 O (l) HHO (g) 8

26 Sel elektrolitik yang dihubungkan dengan arus listrik akan memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen : 2H 2 O + energi 2H 2 + O 2 Proses elektrolisis dapat dipercepat dengan bantuan katalis dan selama proses berjalan, katalis tidak mempengaruhi bentuk dari hasil elektrolisis tersebut. Katalis bertujuan untuk mempercepat reaksi elektrolisis dan menurunkan jumlah energi aktivasi yang dibutuhkan dalam suatu proses. 2H 2 O + katalis + energi 2H 2 + O 2 + katalis Sehingga reaksi kimia yang terjadi pada elektrolisis adalah : 2H 2 O 2H 2 + O 2 (Chakrapani dan Neelamegam 20). Katalis pada proses elektrolisis adalah katalisator yang dilarutkan didalam air (H 2 O) dan menyatu membentuk larutan elektrolit. Katalis yang biasa digunakan pada proses elektrolisis yaitu diantaranya garam cuka (H 3 C-COOH) atau soda kue (NaHCO 3 ) atau kalium hidroksida (KOH). Semakin sedikit menggunakan katalis, produksi gas HHO menjadi sedikit. Sebaliknya, jika katalis yang digunakan terlalu banyak, akan menaikan suhu pada prosesnya (Sudirman 2009) PENERAPAN GAS HHO PADA MOTOR BAKAR Mesin 4 tak dengan injeksi tekanan tinggi dan penyalaan kompresi dapat dijalankan dengan hidrogen, dan itu merupakan konsep moderen dalam konversi energi bersih tanpa emisi CO 2. Proses utamanya dalam mengoptimalkan operasi mesin adalah dengan membentuk campuran yang baik, penyalaan yang optimal dan pembakaran yang efisien (Prechtl et al. 999). Gas HHO yang dihasilkan dari proses elektrolisis mengandung unsur hidrogen, dimana menurut Yilmaz et al. (200), bahwa hidrogen merupakan bahan bakar rendah karbon dibandingkan dengan bahan bakar fosil, dimana pembakaranya tidak menghasilkan emisi seperti HC, CO dan CO2. Menurut Kahraman (2005), injeksi gas hidrogen secara langsung dapat diaplikasikan dengan tujuan mendapatkan performa mesin yang lebih baik dan menurunkan emisi gas buang. Menginjeksikan sejumlah hidrogen kedalam mesin diesel dapat menurunkan heterogenitas semprotan bahan bakar diesel, karena difusivitas hidrogen yang tinggi membuat campuran bahan bakar dan udara lebih seragam, hal ini dapat juga mengurangi durasi pembakaran karena cepat rambat pembakaran hidrogen sangat tinggi dibandingkan bahan bakar lainya. Selain itu karena hidrogen memiliki energi penyalaan yang rendah dan kecepatan pembakaran yang tinggi, campuran gas HHO dan bahan bakar diesel dapat mempermudah penyalaan dan cepat pembakaran dibandingkan dengan menggunakan bahan bakar diesel saja, sehingga meningkatkan torsi pada kecepatan tinggi ( 750 Rpm) dapat tercapai (Yilmaz et la. 200). Hidrogen memiliki nilai penyebaran pembakran yang tinggi dalam silinder mesin dibandingkan dengan bahan bakar lain. Salah satu keistimewaan dari hidrogen dalam operasi mesin adalah rendah emisi gas buang, dimana tidak adanya hidrokarbon yang tidak terbakar (HC), tidak menghasilkan karbonmonoksida, karbondioksida, sulfur oksida, asap dan partikel lain. Hanya nitrogen oksida dan uap air yang dihasilkan dari pembakaran hidrogen (Kahraman 2005). Santoso et al. (200) menyatakan bahwa hidrogen tidak bisa digunakan secara langsung pada mesin diesel, karena autoignition temperature hidrogen lebih tinggi dibandingkan bahan bakar diesel. Salah satu metode alternatif penggunaanya adalah hidrogen dicampur dengan udara atau diinjeksikan melalui intake manifold sebelum dimasukan kedalam ruang bakar. Memasukan hidrogen kedalam ruang bakar dapat menurunkan 9

27 konsumsi bahan bakar diesel, konsumsi energi spesifik meningkat dengan meningkatnya aliran hidrogen. Keuntungan hidrogen setelah dimasukan kedalam ruang bakar dibandingkan bahan bakar lainya adalah rendah polusi, tidak beracun, tidak berbau, dan jarak pembakaran yang luas REAKSI PEMBAKARAN HIDROGEN DENGAN BAHAN BAKAR Menurut Yilmaz (200), hubungan antara susunan dari reaktan dan produknya tergantung kepada massa dari setiap unsur kimia dari reaktan. Pada pembakaran sempurna, unsur karbon dari bahan bakar akan diubah menjadi CO2 dan unsur hidrogen di konversi menjadi H2O. Persamaan umum dari proses pembakaran sempurna dari mole hidrokarbon dengan udara yaitu : C a H b + (a+ ¼ b)(o N 2 ) aco 2 + ½ b H 2 O (a + ¼ b) N 2 Berdasarkan persaman diatas, diketahui bahwa air fuel ratio bergantung pada komposisi kimia dari bahan bakar. Untuk bahan bakar diesel (C 5 H 27 ) persamaan reaksinya sebagai berikut : C 5 H O N 2 5 CO H 2 O N 2 begitu pula dengan pembakaran hidrogen yaitu : H 2 + ½ O N 2 H 2 O N 2 Menurut Chaisermtawan et al. (202), didalam beberapa keadaan pembakaran bisa juga dalam keadaan miskin dan kaya bahan bakar. Maka air fuel ratio relative (λ) dijelaskan pada persamaan dibawah : λ = ( ) ( ) Dimana, (A/F)actual adalah air fule ratio yang berdasarkan massa dari pembakaran sesungguhnya dan (A/F)stokiometri adalah proporsi secara teori dari pembakaran bahan bakar dengan udara. Chaisermtawan (202) juga menyatakan persamaan pembakaran bahan bakar diesel-hidrogen yaitu : C 5 H 27 + H λ (O N 2 ) 5 CO H 2 O + (22.5λ 22.25)O 2 + (22.5 x 3.773λ) N 2 Produk hasil pembakaran dari bahan bakar, hidrogen dan udara adalah berupa CO 2, H 2 O, kelebihan O 2 dan N RESONANSI Dalam hal elektronika, resonansi merupakan suatu keadaan dimana fase induktansi sama dengan fase kapasitansi, sehingga menghasilkan reaktansi minimum. Impedansi merupakan gabungan hambatan reaktansi dan resistansi. Dengan reaktansi yang minimum,maka impedansi yang dihasilkan dari rangkaian tersebut adalah juga minimum (Sears dan Zhemansky, 960). Berdasarkan (Hayt et al, 2005) terdapat dua jenis resonansi pada bidang elektronika, yakni resonansi paralel dan resonansi seri.pada resonansi paralel yang digerakkan oleh sebuah sumber sinusoid, rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor berada dalam rangkaian paralel. Kombinasi paralel digerakkan oleh sebuah sumber energi yang memiliki impedansi keluaran yang sangat tinggi pada keadaan resonansi. Berdasarkan hal itu, rangkaian resonansi () 0

28 paralel akan menghasilkan arus induktor dan arus kapasitor yang mempunyai amplitudo Q 0 kali lebih besar daripada arus sumber. Pada resonansi seri, rangkaian resistor, induktor, dan kapasitor berada dalam rangkaian seri. Rangkaian resonansi seri dicirikan oleh nilai impedansi minimum pada keadaan resonansi. Dampak dari hal tersebut adalah rangkaian resonansi akan menghasilkan tegangan induktor dan tegangan kapasitor yang mempunyai amplitudo Q 0s kali lebih besar daripada tegangan sumber pada kondisi resonansi. Jadi rangkaian seri akan menghasilkan pernguatan tegangan pada kondisi resonansi TENAGA TARIK Traktor pertanian bisa disebut sebagai sumber tenaga didalam mekanisasi pertanian. Menurut Hunt (995), traktor pertanian dapat menyalurkan tenaganya melalui as Power Take-Off (PTO), hidrolik dan tenaga tarik. Drawbar pull merupakan gaya tarik yang dihasilkan oleh traktor. Gaya tarik pada traktor dapat terjadi jika ada sentuhan antara roda dengan permukaan landasan (Wanders 978 diacu dalam Wiratama 2009). Tenaga atau daya yang ada pada traktor dapat dibagi menjadi Indicated Horse Power, Brake Horse Power, dan Drawbar Power. Indicated horse power merupakan daya yang timbul pada ruang pembakaran dan diterima oleh piston. Brake horse power merupakan daya yang diberika oleh poros engkol. Drawbar power merupakan daya pada gandengan yang tersedia untuk menarik beban (Daywin 990). Kemampuan atau kapasitas drawbar power pada traktor bergantung kepada tenaga traktor, distribusi gerak pada tenaga penggerak, tipe gandengan, dan permukaan jalan (Hunt 995 diacu dalam Imantara 20). Besarnya tenaga tarik traktor dan kemampuan mobilitasnya dibatasi oleh kapasitas traksi dan alat traksi pada permukaan landasan. Traksi yang dihasilkan oleh roda penggerak akibat roda penggerak mampu mengubah torsi menjadi gaya tarik maksimum. Gaya tarik (drawbar pull) traktor sangat bergantung pada daya traktor, distribusi gerak pada roda penggerak, tipe gandengan, dan permukaan bidang gerak. Penggunaan pada peralatan traksi baik untuk roda ban atau roda rantai mengkonsumsi sebagian besar tenaga dalam empat cara, yaitu tahanan gelinding (rolling resistance), slip roda (wheel slippage), pengaruh alat pada tanah, dan tahanan drawbar traktor (tractor-drawbar resistence) Pengukuran tenaga tarik traktor bertujuan untuk mengetahui besarnya gaya tarik horizontal yang dihasilkan roda traksi traktor. Tenaga tarik atau daya tarik (drawbar power) dapat diukur berdasarkan kecepatan maju traktor dan gaya tarik (drawbar pull) yang dihasilkan oleh traktor ketika diberi beban atau disebut juga dengan beban tarik. Drawbar power dapat dihitung berdasarkan persamaan (2) (Wanders, 978 diacu dalam Imantara 20). DbP = Dbpull x v (2) Dimana : DbP = tenaga tarik (drawbar power) (Watt) Dbpull = beban tarik/gaya tarik terukur (drawbar pull) (N) v = kecepatan maju rata-rata traktor (m/s) Kecepatan maju traktor dihitung dengan cara mengukur waktu tempuh traktor sejauh 0 m, selanjutnya kecepatan maju dihitung menggunakan persamaan (3) (Liljehdal et al. 989). v = s / t (3) Dimana : v = kecepatan maju traktor (m/s) s = jarak tempuh (m) t = waktu tempuh (s)

29 2.. SLIP RODA Slip (slippage) merupakan pengurangan kecepatan maju traktor karena beban operasi pada kondisi lapang. Slip roda yang terjadi pada roda traksi traktor dapat diketahui dari pengurangan kecepatan traktor pada saat operasi dengan beban dibandingkan dengan kecepatan traktor teoritis (Liljehdal et al. 989). Slip roda traktor merupakan salah satu faktor pembatas bagi pengoperasian traktor-traktor pertanian. Drawbar pull masih dapat terus meningkat sampai maksimum yaitu sampai slip roda mencapai 30%, slip optimum 6% terjadi pada saat efifiensi traksi maksimum (wanders 978). Menurut Wanders (978), meningkatkan slip roda dapat menambahkan kemampuan traksi, gaya tarik traktor masih dapat ditambah dengan menaikan slip hingga 30%, tetapi slip yang optimum pada operasi traktor adalah 0-7%. Tenaga yang tersedia pada roda traksi tidak seluruhnya dapat digunakan sebagai tenaga tarik, sehingga dikenal dengan istilah efisiensi tenaga tarik (traktive power efficiency). Efisiensi tenaga tarik adalah perbandingan drawbar power dengan tenaga pada as roda. Kehilangan tenaga ini, yaitu untuk mengatasi tahanan gelinding dan slip roda. Semakin besar slip yang terjadi akan semakin kecil tenaga yang tersedia untuk menarik alat. Slip roda dengan cara membandingkan jarak tempuh traktor saat pembebanan dengan jarak tempuh traktor tanpa beban. Slip roda dapat ditentukan berdasarkan persamaan (4) (SNI 0738 : 200). Slip roda = x 00% (4) Keterangan.: L = jarak yang ditempuh untuk 5 kali putaran roda traktor pada saat traktror berjalan dilahan tanpa mengolah tanah. L2 = jarak yang ditempuh untuk 5 kali putaran roda traktor pada saat traktor berjalan dilahan untuk operasi. 2

30 III. METODOLOGI 3..WAKTU DAN TEMPAT Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret sampai Oktober 202. Pembuatan prototype dilaksanakan di Laboratorium Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Sedangkan pengujian prototype dilaksanakn di Laboratorium Lapang Teknik Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Lintasan yang digunakan pada penelitian ini adalah lintasan beton dan lintasan tanah berumput seperti terlihat pada Gambar 4 dibawah ini : Gambar 4. Lintasan beton (kiri) dan tanah berumput (kanan) tempat uji kinerja tarik traktor. 3.2.ALAT DAN BAHAN Alat Alat yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut : a) Traktor roda dua Yanmar bromo DX sebagai traktor uji b) Traktor roda empat Yanmar YM 330 sebagai traktor beban c) Drawbar dynamometer (load cell, kyowa tipe LT-5TSA7C) d) Handystain meter UCAM-A dan kabel handystain meter e) Alat ukur konsumsi bahan bakar f) Alat ukur emisi (gas analyzer) tipe PCA2 255 g) Tachometer dan Stowatch h) Meteran dan patok i) Penetrometer j) Ring sampel tanah dan oven k) Peralatan perbengkelan (las listrik, bor listrik, gergaji besi, gerinda, tang, obeng, dan peralatan lain yang mendukung) 3

31 Pada penelitian pengujian tenaga tarik traktor menggunakan traktor tangan sebagai traktor uji dan traktor roda empat sebagai traktor beban. Traktor tangan atau traktor roda dua yang digunakan adalah traktor Yanmar Bromo DX yang terlihat pada Gambar 5, sedangkan spesifikasi dari traktor tangan dapat dilihat pada Lampiran 3. Untuk traktor beban yaitu traktor roda empat menggunakan traktor Yanmar YM330T. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 6 dan spesifikasi traktor roda empat dapat dilihat pada Lampiran 32. Gambar 5. Traktor uji (Yanmar Bromo DX) Bahan Gambar 6. Traktor beban (Yanmar YM330T). Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bahan bakar solar dan air. Air dicampur dengan KOH (kalium hidroksida) untuk membuat larutan elektrolit. Konsentrasi larutan elektrolit yang digunakan dalam pengujian yaitu 0 gr, 25 gr, dan 50 gr KOH tiap liter air. Bahan pembuatan generator HHO, yaitu plat stainless steel tipe 36 L, karet silikon, akrilik, serta baud dan mor. Bahan yang digunakan untuk pembuatan tempat dudukan dan pemasangan generator beserta perangkat generator yaitu besi plat, besi siku, tabung filter air (sebagai tempat larutan elektrolit), botol minuman (sebagai water trap), aki, alternator, selang, keran, sabuk dan pully, serta peralatan pendukung lainya. Bahan pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar yaitu selang transparan, botol air minum, meteran, besi siku, dan keran. 4

32 3.3. METODE PENELITIAN Adapun tahapan penelitian disajikan dalam diagram alir dibawah. Mulai Pembuatan generator HHO Uji fungsional generator HHO berhasil tidak Modifikasi Pembuatan dudukan dan pemasangan generator HHO, aki, alternator beserta perangkat lainya Perancangan dan pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar Uji fungsional alat ukur konsumsi bahan bakar berhasil tidak Modifikasi Kalibrasi load cell Pengukuran kondisi lahan Pengukuran tenaga tarik traktor Pengukuran konsumsi bahan bakar Pengukuran emisi gas buang traktor Perhitungan dan analisis data selesai Gambar 7. Diagram alir tahapan penelitian. 5

33 3.3.. Generator HHO Generator HHO yang dibuat adalah jenis generator dry cell. Pembuatan generator HHO berdasarkan rancangan yang telah ditentukan. Pembuatan generator HHO diawali dengan pemotongan plat stainless steel sebagai elektroda, pemotongan akrilik sebagai penutup bagian samping generator. Karet silikon digunakan sebagai pembatas elektroda sehingga elektroda tidak saling bersentuhan dan sebagai penahan pada generator supaya elektrolit yang berada pada generator tidak keluar dan tidak mengalami kebocoran. Hasil dan bentuk dari generator HHO dapat dilihat pada Gambar 8 dibawah ini Uji Fungsional Generator HHO Gambar 8. Bentuk generator HHO. Uji fungsional generator HHO dilakukan untuk mengetahui apakah generator yang dibuat dapat bekerja sesuai dengan yang diharapkan. Uji fungsional dilakukan dengan cara mengalirkan arus listrik pada generator dari aki, dan sebelumnya generator telah diisi dengan larutan elektrolit. Gambar 9. Uji fungsional generator hidrogen. Dari Gambar 9. dapat terlihat terjadi proses elektrolisis yang ditandai dengan adanya gelembung-gelembung gas pada elektroda stainless steel. Keluaran dari generator yang disalurkan oleh selang dimasukan kedalam air untuk mengetahui apakah gas HHO dihasilkan dari generator tersebut. Pengukuran debit gas HHO yang dihasilkan untuk beberapa perlakuan juga dilakukan. Pengukuran debit gas HHO yang dihasilkan dari generator dimaksudkan 6

34 untuk melihat seberapa banyak gas HHO yang dihasilkan oleh generator HHO dan membandingkanya dengan debit dari perlakuan lain. Data debit yang dihasilkan oleh beberapa perlakuan terhadap generator HHO dapat dilihat pada tabel dibawah. Tabel 3. Debit gas HHO yang dihasilkan oleh generator HHO debit gas HHO yang Jenis perlakuan yang digunakan dihasilkan (ml/dt) Generator HHO elektrolit KOH 50gr/l air Generator HHO elektrolit KOH 25gr/l air Generator HHO elektrolit KOH 0gr/l air 4.67 Generator HHO resonansi elektrolit KOH 25gr/l air Generator HHO resonansi elektrolit KOH 0gr/l air Pembuatan Dudukan dan Pemasangan Generator HHO, Aki, Alternator beserta Perangkat Lainya Pemasangan perangkat generator HHO seperti aki dan alternator dipasang pada traktor, dan diusahakan supaya tidak mengganggu keseimbangan dan kerja traktor. Aki 2 volt 70 Amp dipasang pada traktor di bagian tengah atas traktor, yaitu tegak lurus dengan poros roda traktor supaya menghindari gangguan keseimbangan pada traktor akibat berat dari aki itu sendiri. Gambar 0. Penempatan aki pada traktor. Pemasangan alternator dimaksudkan untuk pengisian energi listrik pada aki. Energi listrik yang tersedia pada aki disalurkan ke generator HHO untuk memproduksi gas HHO. Pemakaian energi listrik pada aki secara terus menerus dapat menurunkan energi listrik pada aki. Untuk mengatasi itu, alternator digunakan sebagai penyuplai energi listrik ke aki. Alternator mengubah energi mekanik (putar) dari putaran mesin menjadi energi listrik. Pemasangan alternator juga berada pada titik keseimbangan traktor dan dipasang didekat sumber tenaga putar. Tenaga putar yang digunakan untuk memutar alternator diambil dari putaran puli pada gear box. Perancangan kecepatan putar alternator diatur berdasarkan kecepatan putar puli pada gear box. 7

35 Gambar. Penempatan alternator pada traktor. Pemasangan perangkat elektrolisis yaitu tabung penampung elektrolit, water trap, dan generator HHO. Tabung penampung elektrolit dipasang pada bagian titik keseimbangan traktor yaitu bagian tengah atas traktor. Tabung penampung elektrolit dipasang lebih tinggi dari generator HHO dengan tujuan untuk menyalurkan cairan elektrolit dari tabung penampung menuju generator berdasarkan prinsip grafitasi, dimana cairan akan mengalir dari tempat yang lebih tinggi ke tempat yang lebih rendah. Untuk generator sendiri diletakan pada bagian depan bawah traktor supaya berada lebih rendah dari tabung penampung elektrolit. Tabung water trap diletakan didekat tabung penampung elektrolit dan juga berdekatan dengan saringan udara traktor. Sehingga gas HHO keluaran dari tabung water trap bisa langsung dimasukan kedalam saluran udara traktor. Gambar 2. Pemasangan tabung penampung elektolit, water trap, dan generator HHO Perancangan dan Pembuatan Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Konsumsi bahan bakar merupakan jumlah debit bahan bakar yang terkonsumsi mesin terhadap waktu. Dari prinsip ini, alat ukur bahan bakar dibuat. Selang bahan bakar dengan diameter 0.65 cm dijadikan alat ukur debit bahan bakar 8

36 yang terkonsumsi. Bahan bakar yang berada didalam selang, sewaktu akan dilakukan pengukuran, disalurkan ke injektor mesin diesel. Ketika mesin diesel hidup, bahan bakar yang berada didalam selang transparan tersebut akan terlihat pengurangan debitnya. Ketinggian awal bahan bakar yang terlihat pada selang dikurang dengan ketinggian ketika bahan bakar sudah dikonsumsi dalam tenggang waktu tertentu Uji Fungsional Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Setelah alat ukur konsumsi bahan bakar dibuat, dilakukan pengujian fungsional terhadap alat ukur tersebut. Uji fungsional dilakukan untuk memastikan apakah alat ukur ini berfungsi dan bekerja dengan baik. Serta dilakukan pengecekan terhadap saluran bahan bakarnya, sehingga kemungkinan terjadi kebocoran bahan bakar diminimalisir. Traktor uji yang telah di pasangkan alat ukur konsumsi bahan bakar dihidupkan untuk mengetahui apakah konsumsi bahan bakar dapat terlihat. Kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar dilakukan setelah alat ukur berjalan dengan baik. Kalibrasi alat ukur dilakukan untuk mengetahui perbandingan antara penurunan level ketinggian bahan bakar yang terlihat pada selang pengukuran dengan berat bahan bakar yang terkonsumsi. Hasil kalibrasi alat ukur dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Data kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar jarak pada selang (cm) ulangan berat wadah berat BB+W berat bahan bakar (g) (g) (g) rata-rata rata-rata rata-rata rata-rata rata-rata 2.9 9

37 3 Berat bahan bakar (g) y = x R² = Jarak pada selang (cm) Gambar 3. Grafik kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar Dari grafik kalibrasi alat ukur konsumsi bahan bakar didapatkan persamaan kalibrasi, yaitu : y = x (5) Dimana : y = berat bahan bakar yang terukur (g) x = jarak penurunan bahan bakar pada selang terukur (cm) Kalibrasi Load Cell Kalibrasi load cell dilakukan dengan cara memberikan beberapa tingkat beban pada load cell yang diteruskan ke alat pembaca sebagai masukan. Langkah awal pada kalibrasi ini adalah memasang load cell dengan cara menggantungkan load cell pada crane. Lalu dilanjutkan dengan menghubungkan kabel pembaca pada load cell dan handystrain meter. Dilakukan pemberian tingkatan beban pada load cell dan dibaca keluaran (dalam ) pada handystarin meter. Tingkatan beban yang diberikan yaitu dari 0, 20, 40, 60, 80, dan 00 kg. dan dilakukan 3 kali pengulangan untuk mendapatkan data yang lebih akurat. Crane / tempat gantungan Load cell Kabel penghubung load cell dengan handystrain meter Beban Gambar 4. Pengujian load cell dengan tingkatan beban. 20

38 Pengujian dan Pengambilan Data Pada penelitian ini dilakukan beberapa pengukuran terhadap traktor uji yang di beri perlakuan. Pada traktor dilakukan pengujian terhadap kekuatan tarik traktor dan konsumsi bahan bakar traktor. Perlakuan yang diberikan yaitu pencampuran gas HHO dengan bahan bakar traktor (solar). Gas HHO didapat dari proses elektrolisis larutan elektrolit oleh generator HHO biasa dan generator HHO resonansi. Ada 3 jenis konsentrasi larutan elektrolit yang akan digunakan, yaitu 0 gr, 25 gr, dan 50 gr KOH yang dilarutkan dalam liter air. Sebagai kontrol dilakukan pengukuran terhadap traktor yang hanya menggunakan bahan bakar solar saja. Pengujian ini dilakukan pada 2 lintasan yang berbeda, yaitu lintasan beton dan lintasan tanah berumput. Untuk lebih jelasnya lagi dapat dilihat pada Gambar 4. Solar (Perlakuan 0) Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 0gr KOH dalam liter air (Perlakuan ) Pengujian pada lintasan beton Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 25gr KOH dalam liter air (Perlakuan 2) Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 50gr KOH dalam liter air (Perlakuan 3) Solar+gas HHO dari generator resonansi Elektrolit 0gr KOH dalam liter air (Perlakuan 4) Pengujian traktor Solar+gas HHO dari generator resonansi Elektrolit 25gr KOH dalam liter air (Perlakuan 5) Solar (Perlakuan 0) Pengujian pada lintasan tanah berumput Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 0gr KOH dalam liter air (Perlakuan ) Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 25gr KOH dalam liter air (Perlakuan 2) Solar+gas HHO dari generator biasa Elektrolit 50gr KOH dalam liter air (Perlakuan 3) Solar+gas HHO dari generator resonansi Elektrolit 0gr KOH dalam liter air (Perlakuan 4) Solar+gas HHO dari generator resonansi Elektrolit 25gr KOH dalam liter air (Perlakuan 5) a. Pengukuran kondisi lahan Gambar 5. Diagram perlakuan pengujian traktor. Pengukuran terhadap tenaga tarik traktor dilakukan pada lintasan beton dan tanah berumput. Sebelum pengukuran, pada lintasan tanah berumput dilakukan pengukuran terhadap kondisi lintasan yaitu pengukuran kerapatan tanah, kadar air tanah, dan tahanan penetrasi tanah. Untuk pengukuran kerapatan 2

39 isi tanah dan kadar air tanah dilakukan pengambilan sampel pada tanah yang akan dilewati oleh traktor. Sampel tanah diambil menggunakan ring sampel tanah. Sampel diambil pada lintasan yang akan dilewati traktor sebanyak 0 sampel pada titik yang berbeda sepanjang lintasan. Besarnya kandungan air yang terdapat dalam satu contoh tanah yang sering disebut kadar air (moisture content atau water content) dinyatakan dalam prosentase terhadap berat tanah dalam keadaan kering, dapat dihitung dengan rumus (6) (Budi 20). Wc = (6) Wc = kadar air basis kering (water content) (%) Ww = massa air dalam tanah (g) Ws = massa tanah kering (g) Dimana masa air dalam tanah (Ww) merupakan berat tanah basah sebelum di oven dikurang dengan berat tanah kering setelah di oven. Menurut Budi (20), metode pengukuran tanah dilakukan dengan pengeringan dengan oven (oven drying method). Yaitu menguapkan semua air yang terkandung didalam contoh tanah dan menimbang berat tanah dalam keadaan kering. Pada metode ini dilakukan pengeringan tanah dengan cara memanaskan contoh tanah didalam oven pada suhu 05 ± 5 C selama 24 jam. Kerapatan isi tanah (bulk density) dihitung dengan persamaan (7) (Sapei 990). ρd = kerapatan isi tanah (g/cm 3 ) mtk = massa tanah kering (g) Vtk = volume tanah dalam ring sampel (cm 3 ) ρd = (7) Gambar 6. Pengukuran tahanan penetrasi tanah. 22

40 Pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan menggunakan alat penetrometer dengan kerucut berpenampang 2 cm 2. Pengukuran tahanan penetrasi tanah dapat dilihat pada gambar 5. Untuk pengukuran tahanan penetrasi tanah dilakukan pengambilan data pada lintasan sebelum dan setelah dilewati traktor. Pengukuran dilakukan dengan menekan penetrometer pada lintasan tanah sebanyak 0 kali pengulangan pada titik yang berbeda sepanjang lintasan. Serta setiap titik dilakukan pengukuran pada kedalaman penancapan batang penetrometer. Kedalaman yang diukur yaitu kedalaman 0, 2, 4, 6, 8, dan 0 cm. Tahanan penetrasi dapat dihitung berdasarkan persamaan (8). Tp = (8) Tp = tahanan penetrasi tanah (kpa) Fp = beban penetrasi terukur pada penetrometer (kgf) Ak = luas penampang kerucut (cm2) b. Pengukuran tenaga tarik traktor Tenaga tarik traktor diukur dengan cara menggandengkan traktor roda dua dengan traktor roda empat yang ditengah-tengahnya dipasangkan load cell pada posisi horizontal (SNI 0738 : 200). Traktor roda dua sebagai traktor uji dijalankan dan menarik traktor roda empat. Kecepatan traktor roda dijalankan pada kecepatan 2000 rpm, sedangkan kecepatan traktor roda empat diatur lebih lambat dari kecepatan traktor roda dua, sehingga kecepatan maju dan beban yang ditarik oleh traktor roda dua berdasarkan kecepatan maju traktor roda empat yang dijadikan beban. Pada setiap perlakuan beban, dilakukan pengukuran terhadap kecepatan, gaya tarik, dan slip roda traktor uji. Besarnya gaya penarikan traktor dibaca langsung pada handystain meter, dan dinyatakan dalam satuan Newton. Gambar 7. Uji kinerja tarik traktor roda dua (SNI 0738:200). c. Pengukuran slip roda traktor Pengukuran slip roda traktor dilakukan dengan mengukur jarak tempuh 5 kali putaran roda tanpa beban. Roda diberi tanda, kemudian dihitung setiap kali tanda pada roda menyentuh permukaan lintasan sebagai satu putaran. Setelah 5 23

41 kali putaran, jarak 5 putaran tersebut diukur. Pengukuran dilanjutkan dengan mengukur 5 kali putaran roda traktor ketika traktor telah diberi beban. Gambar 8. Pengukuran jarak tempuh 5 putaran roda traktor. d. Pengukuran konsumsi bahan bakar Konsumsi bahan bakar adalah banyaknya bahan bakar yang diubah mesin menjadi tenaga per satuan waktu. Pengukuran konsumsi bahan bakar dilakukan dengan alat ukur konsumsi bahan bakar. Alat ukur konsumsi bahan bakar akan memperlihatkan pengurangan volume bahan bakar ketika mesin traktor dihidupkan dan dijalankan. Untuk mengetahui seberapa besar konsumsi bahan bakar, pengurangan volume bahan bakar dicatat berdasarkan lama waktu yang dibutuhkan traktor untuk mengkonsumsi bahan bakar dalam kadar tertentu. Banyaknya bahan bakar yang dikonsumsi dibagi dengan lamanya waktu mesin traktor mengkonsumsi bahan bakar tersebut Pengukuran Emisi Gas Buang Traktor Pengukuran emisi gas buang dilakukan menggunakan alat ukur emisi yaitu gas analyzer tipe PCA Pengukuran emisi dilakukan untuk setiap perlakuan yang diberikan pada traktor uji, sehingga didapatkan data perbandingan kadar emisi dari gas buang hasil pembakaran traktor uji. Alat uji emisi yang digunakan masih belum sempurna, karena baru bisa mengukur kadar CO saja dalam satuan ppm Perhitungan dan Analisis data Gambar 9. Pengukuran uji emisi gas buang traktor. Data yang didapatkan dari pengukuran yang dilakukan dihitung dan dianalisa menggunakan persamaan-persamaan. Data yang didapatkan berupa data kekuatan tarik, konsumsi bahan bakar, dan data emisi gas buang dari traktor uji. 24

42 IV. PERSIAPAN PENGUJIAN 4.. PERSIAPAN GENERATOR HHO Persiapan pemasangan generator HHO pada traktor dimulai dengan membuat rancangan generator HHO dan pembuatanya, pembuatan komponen-komponen pendukung generator HHO dan pemasanganya, serta pembuatan saluran gas HHO dari generator HHO sampai ke saringan udara pada mesin traktor sebagai tempat masuknya gas HHO ke ruang bakar Rancangan Generator HHO Generator HHO terbuat dari lempengan-lempengan stailess steel dan diantara lempengan tersebut dibatasi dengan karet silikon berbentuk gelang lingkaran. Pada bagian luar generator ditutupi dengan akrilik di sisi kanan dan kiri generator. Pada akrilik terdapat lubang yang digunakan untuk saluran cairan elektrolit memasuki generator, dan pada akrilik dibagian yang satunya lagi juga terdapat lubang sebagai keluaran gas HHO hasil dari elektrolisis. Plat stainless steel dipilih supaya tidak mudah berkarat. Pada bagian tengah plat dilubangi sebagai sirkulasi cairan elektrolit didalam generator dan berfungsi juga sebagai menyalurkan gas hasil elektrolisis dari bagian cell yang satu ke bagian cell yang lain dan menuju ke saluran pengeluaran gas pada akrilik. Rancangan generator dapat dilihat pada Gambar 9 dan lebih jelasnya pada Lampiran 24. Gambar 20. Rancangan generator HHO Pembuatan Komponen Pendukung Generator HHO Komponen pendukung generator HHO diantaranya adalah tabung penampung elektrolit dan tabung water trap. Tabung penampung elektrolit dibuat mampu menampung cairan elektrolit, tahan panas dan tidak bocor, sebab ketika terjadi proses elektrolisis yang menghasilkan gas HHO akan memproduksi sejumlah panas. Adanya getaran dari mesin traktor dapat menyebabkan kerusakan pada tabung, sehingga pemilihan tabung yang kokoh dan kuat sangat diperlukan. Pada tabung penampung ini terdapat tiga saluran, dimana saluran pertama berada pada 25

43 bagian bawah tabung untuk mengalirkan elektrolit dari tabung menuju generator HHO. Saluran yang satu lagi berfungsi menerima gas HHO dari proses elektrolisis di generator. Dan saluran yang terakhir difungsikan untuk menyalurkan gas HHO menuju water trap. Pada tabung penampung elektrolit dibuat saluran pemasukan cairan elektrolit yang berada di bagian tutupnya, sehingga memudahkan dalam memasukan dan menambahkan cairan elektrolit kedalam tabung. Water trap berfungsi untuk menangkap air agar tidak ikut masuk kedalam ruang bakar. Selain itu alat ini juga berfungsi sebagai tangki penampung gas HHO sebelum memasuki ruang bakar. Tabung water trap diisi dengan air murni tanpa katalis yang dimasukan kedalam tabung dengan ketinggian /3 tinggi tabung. Tabung ini dilengkapi dengan saluran penyalur gas HHO menuju saringan udara pada mesin diesel. Tabung penampung elektrolit dan water trap dapat dilihat pada Gambar 20. Tabung penampungan larutan elektrolit Tabung water trap Gambar 2. tabung penampung elektrolit dan water trap Instalasi Komponen Pendukung Generator HHO Komponen-komponen pendukung generator HHO dipasang berdasarkan skema pada Gambar 2. Pemasangan semua komponen diatur supaya tidak mengganggu pergerakan dan keseimbangan mesin. Generator HHO harus dipasang berada lebih rendah dari tabung penampung lelektrolit. Dari tabung penampung elektrolit, elektrolit disalurkan menuju generator HHO memanfaatkan gaya grafitasi. Hasil dari proses elektrolisis berupa gas HHO dimasukan lagi kedalam tabung penampung elektrolit, karena gas yang mengalir ikut membawa cairan elektrolit. Sehingga cairan elektrolit yang terbawa oleh gas HHO tetap masuk kedalam tabung penampung. Gas keluaran dari tabung elektrolit dimasukan kedalam tabung water trap untuk dilakukan penyaringan menggunakan air. Gas HHO yang masih mengandung partikel-partikel air dilewatkan pada air murni sehingga terjadi gelembunggelembung gas. Pada saat itu partikel-partikel air yang tadinya ikut terbawa oleh gas HHO terperangkap oleh air yang dilewatinya. Gas HHO dari tabung water trap disalurkan menggunakan selang menuju ruang bakar melewati saringan udara mesin diesel. Sehingga sewaktu mesin melakukan langkah pemasukan (intake), gas HHO juga ikut masuk bersamaan dengan udara yang terhisap. 26

44 Gambar 22. Perangkat generator HHO dan aliran gas HHO Pemasukan Gas HHO pada Mesin Diesel Traktor Roda Dua Gas HHO hasil elektrolisis yang telah melewati tabung water trap langsung dimasukan ke dalam ruang bakar bersama udara. Gas HHO disalurkan melalui selang melewati lubang pemasukan udara pada saringan bahan bakar mesin. Pemasukan gas HHO melalui saluran udara dimaksudkan supaya gas HHO juga ikut masuk terhisap kedalam silinder mesin ketika mesin diesel melakukan langkah intake, sehingga ketika terjadi pembakaran, gas HHO juga berperan dalam pembakaran dan menghasilkan tenaga. Gambar 23. Pemasukan gas HHO melalui saringan udara. 27

45 4.2. PEMBUATAN ALAT UKUR KONSUMSI BAHAN BAKAR Pada penelitian ini dilakukan pengukuran konsumsi bahan bakar, untuk mengetahui terjadinya penghematan konsumsi bahan bakar ketika bahan bakar traktor dikombinasikan dengan gas HHO. Pengukuran bahan bakar dilakukan dengan cara melihat banyaknya bahan bakar yang digunakan mesin diesel pada traktor ketika dihidupkan. Pengukuran bahan bakar biasanya dilakukan dengan cara mengukur banyaknya bahan bakar yang habis digunakan pada tangki bahan bakar itu sendiri. Pada penelitian ini dilakukan pengukuran konsumsi bahan bakar untuk setiap perlakuan beban yang diberikan pada traktor. Waktu yang dibutuhkan untuk satu kali perlakuan tidak terlalu lama, sehingga bahan bakar yang terpakai juga tidak terlalu banyak. Pengukuran dengan cara mengukur banyaknya konsumsi bahan bakar pada tangki bahan bakar tidak akurat dan ketelitianya sangat kurang. Untuk itu diperlukan alat ukur konsumsi bahan bakar yang lebih teliti dan akurat dalam mengukur konsumsi bahan bakar pada penelitian ini. Alat ukur konsumsi bahan bakar sangatlah penting dalam penelitian kali ini. Alat ukur ini didisain supaya mampu melihat pengurangan bahan bakar yang telah dikonsumsi walaupun sedikit. Prinsip kerjanya yaitu memindahkan jalur bahan bakar yang awalnya bahan bakar berasal dari tangki bahan bakar, diubah menjadi bahan bakar berasal dari selang transparan pada alat ukur. Prinsip kerja alat ukur bahan bakar dapat dilihat pada Gambar 23 dibawah ini. Gambar 24. Prinsip pengukuran laju konsumsi bahan bakar. Alat ukur konsumsi bahan bakar terdiri dari selang transparan dengan diameter 0.65 cm, skala ukur yang diletakan di dekat selang, tabung penampung bahan bakar, serta keran pemutus dan penyambung aliran bahan bakar. Selang transparan berfungsi untuk melihat laju konsumsi bahan bakar. Laju konsumsi bahan bakar terlihat jelas pada penurunan ketinggian bahan bakar pada selang transparan yang diukur menggunakan penggaris dengan skala ukur cm. Tabung penampung bahan bakar berfungsi sebagai pengaman pada alat ukur. Dimana 28

46 ketika terjadi kelalaian dalam pengukuran seperti bahan bakar yang berada pada selang habis terkonsumsi, tabung bahan bakar yang menyimpan cadangan bahan bakar dapat menyuplai bahan bakar pada mesin. Sehingga dapat menghindari mesin kehilangan asupan bahan bakar yang dapat menyebabkan mesin mati dan juga dapat menghindari adanya gelembunggelembung udara pada saluran bahan bakar. Sumber bahan bakar yang awalnya berasal dari tangki bahan bakar diubah, sehingga sumber bahan bakar berasal dari alat ukur bahan bakar. Saluran bahan bakar antara tangki bahan bakar dan alat ukur menuju injector dihubungkan dengan T-pipe. T-pipe berfungsi membuat jalur dua arah saluran bahan bakar. Ketika melakukan pengukuran konsumsi bahan bakar, keran alat ukur dibuka dan keran tangki bahan bakar ditutup, sehingga bahan bakar mengalir dari alat ukur. Setelah selesai pengukuran, keran tangki bahan bakar dibuka lalu keran alat ukur ditutup. Pemasangan alat ukur konsumsi bahan bakar dapat dilihat pada Gambar 24 dibawah ini. Gambar 25. Pemasangan alat ukur konsumsi bahan bakar pada traktor KALIBRASI LOAD CELL Kalibrasi adalah proses verifikasi bahwa suatu akurasi alat ukur sesuai dengan rancanganya. Kalibrasi dilakukan untuk pengaturan suatu perangkat, ketika suatu perangkat mengalami tumbukan, getaran atau umur pakai yang sudah lama yang berpotensi mengubah kalibrasi. Kalibrasi dilakukan untuk menyesuaikan keluaran dari suatu perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar yang digunakan. Load cell sebagai perangkat pengukuran beban tarik dan keluaran dari pengukuranya ditampilkan oleh handystrain meter. Pada penelitian kali ini, pengukuran beban tarik traktor menggunakan load cell merek kyowa tipe LT-5TSA7C. Load cell yang digunakan dilakukan kalibrasi terlebih dahulu karena ada kemungkinan load cell yang digunakan mengalami perubahan nilai kalibrasi. Kalibrasi load cell dilakukan berdasarkan prosedur atau metode kalibrasi pada bab Metode. 29

47 Tabel 5. Data pembebanan load cell Beban (kg) Regangan Ulangan Ulangan 2 Ulangan 3 Rata-rata Beban (Kg) y = x Regangan () Gambar 26. Grafik kalibrasi load cell. Hasil dari kalibrasi dapat dilihat pada Tabel 5 yang merupakan hasil pengukuran dari tiga kali ulangan untuk setiap tingkatan pembebanan. Dari grafik kalibrasi load cell didapatkan persamaan kalibrasi, yaitu : y = x (9) Dimana : y = beban tarik yang terukur (kg) x = regangan () 30

48 V. HASIL DAN PEMBAHASAN 5.. KONDISI LINTASAN UJI Pengujian daya tarik traktor dilakukan selama beberapa hari pada waktu yang tidak bersamaan. Pengukuran kondisi lintasan uji dilakukan pada saat pengujian daya tarik traktor pada lintasan tanah berumput. Pengujian daya tarik traktor pada lintasan tanah berumput terdapat enam perlakuan pengujian yaitu perlakuan 0,, 2, 3, 4, dan 5. Perlakuan 0,, 2, dan 3 dilakukan pengujian pada hari yang bersamaan, sedangkan dua perlakuan lainya dilakukan pada hari berbeda dengan selang waktu yang cukup lama. Sehingga pengukuran kondisi lintasan uji dilakukan pada hari pengujian pertama dan hari pengujian kedua untuk lintasan tanah berumput. Hasil dari pengujian sifat fisik lintasan tanah berumput, dapat dilihat pada Tabel 4. Pengukuran kondisi lintasan tanah berumput menunjukan bahwa kerapatan isi tanah dari lintasan tersebut sebesar.3 g/cm 3. Kadar air tanah rata-rata pada saat pengujian pertama adalah sebesar 35.2 % sedangkan pada saat pengujian kedua adalah sebesar %. Dari data dapat diketahui bahwa kadar air tanah pada lintasan tanah berumput pada saat pengujian kedua lebih besar dari pada kadar air tanah pada saat pengujian pertama. Perbedaan ini cukup besar karana pada saat pengujian pertama cuaca didaerah sekitar sangat panas dan tidak terjadi hujan beberapa minggu sebelumnya. Sedangkan pada pengujian kedua dilakukan pada saat cuaca mendung dan sering terjadi hujan pada beberapa hari sebelumnya. Keadaan ini juga berpengaruh terhadap tahanan penetrasi tanah. Tahanan penetrasi tanah pada lintasan uji juga terdapat perbedaan antara hari pertama dengan hari kedua pengujian. Dari data pada Tabel 6 dapat diketahui bahwa tahanan penetrasi tanah pada pengujian pertama lebih besar dibandingkan tahanan penetrasi tanah pada pengujian kedua. Tabel 6. Data kondisi lintasan uji parameter lintasan tanah berumput (pengujian pertama) lintasan tanah berumput (pengujian kedua) Kerapatan tanah (g/cm 3 ).3.3 Kadar air tanah (%) Tahanan penetrasi (kpa) awal Tahanan penetrasi (kpa) akhir Kedalam (cm) Kedalam (cm) over load over load over load over load over load over load over load over load 3

49 Hasil dari pengujian tahanan penetrasi tanah pada lintasan tanah berumput didapatkan data tahanan penetrasi tanah sebelum lintasan dilewati traktor dan setelah dilewati traktor. Data pada Tabel 4 menunjukan terjadinya kenaikan tahanan penetrasi tanah setelah lintasan dilewati traktor. Kenaikan tahanan penetrasi pada tanah setelah dilewati traktor diakibatkan oleh aktifitas traktor pada permukaan tanah dan beban traktor yang membuat tanah menjadi padat. Nilai penetrasi tanah juga meningkat seiring dengan bertambahnya kedalaman pengukuran. Hal ini disebabkan karena semakin dalam tanah akan semakin kompak, sehingga gaya yang dibutuhkan untuk menekan tanah akan semakin besar juga. Pada data tahanan penetrasi tanah terjadi over load, itu diakibatkan karena tanah pada lintasan tersebut sangat keras dan kering, sehingga alat uji penetrasi tidak mampu membaca gaya penetrasi pada kedalaman tertentu KINERJA TARIK TRAKTOR Traktor uji yang digunakan adalah traktor roda dua. Traktor roda dua dimodifikasi untuk dapat dipasangkan perangkat generator HHO. Modifikasi traktor dapat dilihat pada Gambar 26. Gambar 27. Traktor roda dua yang telah dimodifikasi. Pengujian tenaga tarik traktor dilakukan pada dua lintasan yaitu lintasan beton dan lintasan tanah berumput. Masing-masing lintasan dilakukan pengujian traktor dengan perlakuan yang sama seperti tertera pada diagram perlakuan pengujian pada Gambar4. Data yang didapatkan merupakan data rata-rata tiga kali ulangan setiap tingkatan slip roda pada semua perlakuan yang diberikan. 32