KAJIAN PENAMBAHAN ADITIF NABATI PADA MESIN GENERATOR SET BENSIN TYPE EC 2900L

Transkripsi

1 KAJIAN PENAMBAHAN ADITIF NABATI PADA MESIN GENERATOR SET BENSIN TYPE EC 2900L Anton Sukardi, Bambang Sudarmanta Lab. TPBB Jurusan Teknik Mesin, FTI-ITS Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya Abstrak Zat aditif nabati merupakan campuran zat kimia yang diharapkan ketika ditambahkan dalam bahan bakar memberikan dampak kenaikan unjuk kerja dan penurunan emisi gas buang. Zat aditif nabati ini bekerja dengan cara mereformulasi struktur molekul bahan bakarsehingga menghasilkan proses pembakaran yang lebih merata dan sempurna. Pengujian yang dilakukan yakni pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR) dan unjuk kerja engine dengan menggunakan premium standar dengan variasi aditif nabati (0.5, 1, 1.5, dan 2ml per liter premium). Pengujian dilakukan pada engine Gasoline Generator 4 Stroke menggunakan constant speed electrical dynamometer dengan pembebanan 200 sampai 2000 watt interval 200 watt. Pengukuran meliputi waktu konsumsi bahan bakar 10 ml, T oli, T mesin, dan T exhaust serta emisi gas HC dan CO. Selanjutnya dicari komposisi terbaik untuk dilakukan pengujian dengan pembebanan 500 watt selama 200 jam, pengukuran meliputi jumlah konsumsi bahan bakar, T oli, T mesin, dan T exhaust. Dari pengujian unjuk kerja dan emisi gas diperoleh komposisi terbaik dengan penambahan aditif nabati 1ml per liter premium. Pengujian FTIR dengan penambahan aditif nabati mengalami perubahan pada gugus C- H yang mengindikasikan premium lebih mudah menyerap oksigen sehingga pembakaran menjadi lebih sempurna. Karena adanya mekanisme governor didapatkan hasil rata-rata pada daya efektif, torsi, dan bmep berturut-turut sebesar 1.82 Hp, 8.65 N.m dan kpa. Pada sfc terjadi penurunan rata-rata sebesar 10,118 % dan efisiensi thermal mengalami kenaikan rata-rata sebesar 19,19 %. Adapun Emisi gas CO dan HC terjadi penurunan rata-rata pada penambahan aditif 1ml yaitu sebesar 20,46 % dan 11,89 %. Hasil pengujian selama 200 jam operasi mengindikasikan pengotoran pada ruang bakar tidak menempel pada permukaan sehingga mudah terkelupas dan dibersihkan tetapi terjadi penurunan daya lumas dan kenaikan kandungan elemen pada minyak pelumas. Kata kunci : aditif nabati, premium, unjuk kerja, emisi gas buang, FTIR 1. Pendahuluan Ketergantungan manusia terhadap sumber energi yang berasal dari bahan bakar fosil telah diperkirakan mengalami peningkatan seiring dengan peningkatan jumlah penduduk dan pertumbuhan ekonomi. Krisis energi yang yang diakibatkan semakin menipisnya cadangan minyak bumi merupakan tantangan besar yang harus dihadapi sekaligus dicari solusinya dimasa depan. Indonesia memiliki ketergantungan sebesar 90% terhadap berbagai sumber energi seperti minyak bumi 54,4%, gas 26,5% dan batubara 14,1%. Pemerintah telah melakukan berbagai usaha untuk mulai melakukan penghematan dengan membatasi penggunaan bahan bakar fosil, salah satu caranya dengan memberlakukan pemberian kuota. Tetapi pada kenyataannyacara tersebut masih belum mampu mengurangi penggunaan bahan bakar fosil, hal tersebut disebabkan terjadi peningkatan pertumbuhan pemakaian kendaraan bermotor yang sangat pesat (10-15% per tahun) dan harga BBM subsidi yang lebih murah dibandingkan dengan BBM bon subsidi. Seiring menipisnya cadangan minyak bumi dan kebutuhan energi yang terus menerus meningkat tiap tahunnya maka dituntut adanya energi alternatif dan cara-cara penghematan bahan bakar minyak bumi. Salah satu upaya untuk meningkatkan kualitas bahan bakar adalah dengan menambahkan zat aditif nabati pada bahan bakar bensin. Dengan menambahkan zat aditif nabati pada bahan bakar bensin, secara cepat bahan bakar tersebut mengalami perubahan struktur kimiawi yang dikenal dengan perubahan struktur molekul. Proses re-formulasi ini merubah susunan struktur molekul pada bahan bakar sehingga mudah menyerap dan merapatkan oksigen menyebabkan kemudahan pada proses pembakaran yang lebih merata dan sempurna, maka hal ini dapat mengurangi terjadinya pemborosan bahan bakar. 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Zat Aditif Nabati pada Bahan Bakar Zat aditif nabati merupakan campuran zat kimia yang diharapkan ketika ditambahkan dalam bahan bakar memberikan dampak kenaikan unjuk kerja dan penurunan emisi gas buang. 2.2 Mekanisme kerja dari zat aditif nabati terhadap bahan bakar Dalam kondisi normal, bahan bakar pada mesin tidak akan mengalami pembakaran secara keseluruhan, bahkan lebih buruk lagi bagi mesin yang sudah tua. Ketidaksempurnaan pada saat pembakaran dapat meninggalkan sisa bahan bakar yang tidak terbakar sehingga pada akhirnya berubah menjadi sumber polusi yang

2 berbahaya bagi lingkungan. Selain dari sisa gas buang yang diakibatkan, hal tersebut juga dapat mengakibatkan terbentuknya karbon pada mesin yang dapat mengurangi tenaga serta kinerja mesin. Ketika zat aditif nabati dicampurkan pada bahan bakar,secara cepat bahan bakar tersebut mengalami perubahan struktur kimiawi yang dikenal dengan perubahan struktur molekul. Gbr. 1 Reaksi pembakaran bahan bakar + aditif Manfaat Zat Aditif Umumnya manfaat dari penambahan zat aditif pada bahan bakar adalah sebagai berikut: 1. Menambah tenaga mesin, mengurangi konsumsi dan emisi gas buang. 2. Mengurangi korosi pada engine dan komponen pendukungnya. 3. Mengurangi endapan karbon 3. Metodologi Penelitian Pengujian dimulai dengan pengujian Fourier Transform Infra Red (FTIR) di lab intrumentasi zat padat Kimia FMIPA ITS dengan memvariasi penambahan zat aditif nabati sebesar 0.5, 1, 1.5 dan 2ml/ liter bensin. Pengujian ini membuktikan seberapa besar penyerapan inframerah terhadap molekul yang telah mengalami penambahan zat aditif nabati. Sedangkan untuk pengujian unjuk kerja engine dilakukan dengan constant speed mulai 200 sampai dengan 2000 watt interval 200 watt. Dari tabel diatas terlihat bahwa pada analisa properties aditif nabati bensin terdapat beberapa kandungan elemen, antara lain Pb dan Cr. Dimana pada Pb (lead) merupakan senyawa kimia yang umumnya ditambahkan pada aditif nabati untuk mengatasi detonasi pada proses pembakaran diruang bakar, namun senyawa ini berbahaya apabila terhirup oleh manusia. Sedangkan adanya unsur Cr (Chromium) pada aditif ini memungkinkan terjadinya pengikisan pada cleannes piston dalam jangka panjang. Hasil Pengujian Fourier Transform Infrared (FTIR) Tabel 2. Intensitas bahan bakar fungsi panjang gelombang Gbr. 2 Gambar skema pengujian Keterangan: 1. Tangki bahan bakar 7.Thermometer Digital 2. Gelas ukur 8. Gas Analyzer 3. Valve 9. Avometer 4. Knalpot 10. Lampu Uji 5. Selector Switch 11.Saklar lampu 6. Kabel Thermocouple 12. Blower 4. Hasil dan Pembahasan Dari uji properties aditif adalah sebagai berikut : Tabel 1. Properties aditif nabati bensin Gbr. 3 Grafik transmitan fungsi panjang gelombang variasi bahan bakar Berdasarkan grafik transmitan fungsi panjang gelombang diatas terlihat bahwa dengan penambahan aditif sebanyak 0.5 ml dan 1 ml memiliki trend line diatas bensin standar. Intensitas ini menyatakan perubahan struktur molekul. Sedangkan pada grafik dengan penambahan zat aditif nabati sebesar 1,5 dan 2 ml cenderung mengalami penurunan dengan penambahan aditif, penambahan zat aditif nabati

3 yang berlebihan justru membuat proses reformulasi tidak berlangsung secara optimal sehingga hasil yang diperoleh justru menurun dibandingkan dengan variasi aditif lainnya. Analisa Unjuk Kerja Besarnya daya efektif, torsi, tekanan efektif ratarata, menggunakan bensin standar maupun variasi aditif nabati berturut turut sebesar 1.82 Hp, 8.65 Nm dan 607,3 kpa. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) Analisa Daya efektif, Torsi dan Bmep Gbr. 7 Grafik sfc fungsi beban Gbr. 4 Grafik Daya fungsi beban Gbr.5 Grafik torsi fungsi beban Gbr. 6 Grafik Bmep fungsi beban Unit generator set bekerja dengan menghasilkan tegangan listrik dimana putaran generator dijaga konstan pada 1500 rpm untuk mendapatkan tegangan listrik tetap, sementara pada saat beban listrik ditambah maka akan menyebabkan putaran generator yang diputar oleh engine akan turun. Putaran tersebut dikontrol oleh governor dengan mengatur bahan bakar bensin yang diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Setiap penambahan beban listrik maka jumlah bahan bakar akan lebih banyak untuk menjaga putaran engine konstan. Karena adanya mekanisme governor maka untuk semua variasi penambahan aditif menghasilkan kecenderungan dan nilai daya efektif, torsi dan Bmep yang relatif sama, yaitu ditunjukkan dengan grafik yang relatif berimpit. Konsumsi bahan bakar spesifik dapat didefinisikan sebagai laju aliran bahan bakar yang diperlukan untuk memperoleh daya efektif. Besar kecilnya konsumsi bahan bakar spesifik tergantung oleh kualitas pembakaran yang terjadi dalam ruang bakar, karena semakin sempurna pembakaran maka akan menghasilkan daya yang lebih besar. Pada gambar grafik menunjukkan perbandingan konsumsi bahan bakar bensin dan dengan penambahan variasi aditif mulai 0,5; 1; 1,5; dn 2 ml aditif setiap liter bensin. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa secara umum konsumsi bahan bakar bensin mengalami penurunan dengan adanya penambahan jumlah aditif pada bensin. Dengan besaran sfc minimum diperoleh dengan variasi nabati 1 ml/liter bensin sebesar 0,378 kg/hp.jam. dengan persentase rata-rata penurunan sebesar 10,11% dibandingkan bensin standar. Analisa Effisiensi Thermis Gbr. 8 Grafik efisiensi fungsi beban Dapat dilihat bahwa sfc dengan nilai efisiensi termal saling berhubungan, dimana nilai sfc merupakan kebalikan dari nilai efisiensi termal dan sebaliknya. Dimana saat sfc turun hingga nilai terendah maka efisiensi termal naik hingga bernilai maksimum, yang menggambarkan bahwa dengan naiknya efisiensi termal maka

4 semakin banyak bahan bakar yang dapat dikonversi selama proses pembakaran menjadi daya yang dikeluarkan melalui poros mesin. Saat nilai sfc naik kembali maka nilai efisiensi termal turun yang mengindikasikan semakin banyak bahan bakar yang terbuang bersama gas sisa pembakaran karena tidak dapat dikonversi menjadi daya mesin pada saat proses pembakaran berlangsung di ruang bakar. menunjukkan kecenderungan penurunan. Hal ini mengindikasikan bahwa proses pembakaran dapat terjadi lebih tuntas didalam ruang bakar sehingga keluar ruang bakar suhunya relatif lebih rendah. Analisa Emisi Gas CO dan HC Analisa Temperatur Mesin Gbr. 12 Grafik emisi CO fungsi beban Gbr. 9 Grafik Suhu mesin fungsi beban Gbr. 13 Grafik emisi CO fungsi beban Gbr. 10 Grafik Suhu oli fungsi beban Gbr. 11 Grafik Suhu ekshaust fungsi beban Berdasarkan semua grafik suhu, baik itu suhu mesin, suhu oli maupun suhu ekhaus menunjukkan besaran nilai yang cenderung menurun dengan penambahan aditif. Hal ini bisa dijelaskan bahwa type pengotoran pada ruang bakar relatif lebih ringan sehingga dampak yang ditimbulkan terhadap perpindahan panas pada mesin menjadi lebih rendah. Hal ini diindikasikan oleh lebih rendahnya suhu mesin dan suhu oli pelumas. Sedangkan untuk suhu ekshaust, pengaruh penambahan aditif pada bensin terhadap suhu ekshaust juga Sedangkan untuk grafik emisi gas buang memberikan kecenderungan yang semakin menurun kadarnya dengan penambahan aditif, utamanya adalah pada emisi CO dan HC. Gas CO merupakan gas yang tidak berwarna, tidak berbau pada suhu diatas titik didihnya dan mudah larut dalam air. Pembakaran yang normal akan membakar semua hidrogen dan oksigen yang terkandung dalam campuran udara dan bahan bakar. Gas CO pada gas buang kendaraan bermotor terjadi akibat kurang sempurnanya pembakaran di dalam ruang bakar.kurang sempurnanya pembakaran ini diakibatkan oleh kurangnya pasokan udara dalam campuran yang masuk ke ruang bakar atau juga bisa diakibatkan kurangnya waktuyang tersedia untuk menyelesaikan pembakaran. Pada grafik emisi gas CO fungsi kenaikan beban memiliki tren grafik yang cenderung menurun mulai beban engine rendah hingga mencapai titik optimum, pada titik optimum tersebut pasokan udara dalam campuran dalam komposisi yang sesuai, lalu CO akan cenderung naik kembali dengan semakin tingginya putaran engine. Emisi gas buang hidrokarbon (HC) adalah sejumlah bahan bakar yang tidak ikut terbakar selama proses pembakaran berlangsung. Secara

5 umum kadar emisi HC akan menurun seiring dengan meningkatnya beban mesin diakibatkan ketika beban bertambah tinggi maka homogenitas campuran udara dan bahan bakar akan semakin baik. Akan tetapi hal itu hanya terjadi hingga beban tertentu. Bila beban bertambah lagi, maka waktu pembakaran akan semakin sempit sehingga kadar bahan bakar yang belum terbakar akan lebih besar lagi. Hasil Uji Ketahanan Mesin 200 jam Kerja Tabel 3. Properties minyak pelumas setelah 200 jam kerja (bensin standar) Tabel 4.Properties minyak pelumas setelah 200 jam operasi (bensin + aditif) pada suhu engine. Kenaikan suhu pada engine dapat menyebabkan pelumasan pada ruang bakar berkurang dan menurunkan kinerja yang dihasilkan oleh engine. b. Elemen Fe dan Pb Pada dasarnya elemen Fe dan Pb ini merupakan parameter dari wear metal yang terjadi pada komponen engine, jadi semakin tinggi hasil analisa dari elemen Fe dan Pb ini berarti semakin banyak pula komponen komponen pada engine ini yang mengalami kehausan ataupun terkikis. Apabila melihat hasil pengujian minyak pelumas, elemen Fe dan Pb ini mengalami kenaikan masing-masing sebesar 5,7 ppm dan 1,3 ppm, hal ini sebagai indikasi terjadi wear metal pada engine generator set ini. Banyak komponen yang mengalami keausan baik itu sifat nya abrasif maupun adesif. c. TAN/TBN Total Base Number (TBN) adalah sejumlah asam yang dinyatakan dalam mgkoh/gram, yang diperlukan untuk menetralisir sejumlah basa yang terkandung dalam sampel. Pada minyak pelumas baru umumnya bersifat basa, hal ini disebabkan karena aditif yang diberikan bersifat basa yang berguna untuk memperbaiki mutu pelumas itu. Dari hasil pengujian minyak pelumas terlihat penurunan hasil TBN sebesar 2,57 mgkoh/gram, hal ini umum terjadi pada setiap pelumas karena sifat basa pada minyak pelumas itu dinetralisir oleh asam yang terbentuk selama pengujian 200 jam. Visualisasi Ruang Bakar Hasil visualisasi ruang bakar ditunjukkan untuk mesin bensin meliputi penampang busi, piston cavity, dan slinder head sebagai berikut: a. Elemen Aluminium Dari hasil pengujian minyak pelumas untuk mesin bensin setelah dioperasikan selama 200 jam menunjukkan bahwa pengaruh pemakaian aditif menyebabkan adanya indikasi kenaikan pada elemen Al sebesar 2 ppm. Kenaikan pada elemen ini dapat mempengaruhi tingkat laju keausan pada piston yang dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan piston, sehinggga cleanlines pada antar permukaan piston semakin tidak rata sehingga menimbulkan gesekan yang berlebihan dan pada akhirnya akan menyebabkan kenaikan Gambar 14 Visualisasi busi pada mesin bensin

6 Gambar 15 Visualisasi mesin bensin piston cavity pada ml/liter bensin sebesar 19,19 %. Dengan persentase rata-rata kenaikan sebesar 9,55 % dibandingkan bensin standar. Pada penambahan 1 ml aditif didapatkan pengurangan rata-rata emisi CO dan HC masing-masing 20,46% dan 11,89% daripada bensin standar. 3. Pada properties minyak pelumas untuk mesin bensin setelah dioperasikan selama 200 jam menunjukkan bahwa: Terdapat beberapa kenaikan kandungan elemen-elemen pada minyak, berupa elemen Fe, Al, Pb dan Ni Berdasarkan hasil tersebut menunjukkan bahwa penambahan aditif nabati dapat menurunkan kualitas dari minyak pelumas, baik dari segi daya lumas maupun dari segi pengotoran logam didalam minyak 6. Pustaka Gambar 16 Visualisasi silinder head pada mesin bensin Berdasarkan hasil visualisasi diatas menunjukkan bahwa ada perbedaan karakter pengotoran akibat penambahan aditif pada bahan bakar. Penambahan aditif mengindikasikan pengotoran pada ruang bakar mudah terkelupas dan dibersihkan dibandingkan dengan bahan bakar bensin murni. Hal ini lebih banyak disebabkan oleh kesempurnaan selama proses pembakaran. 5. Kesimpulan Dari penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan: 1. Dari hasil pengujian FTIR diperoleh hasil terbaik yaitu pada penambahan aditif nabati 1ml/liter bensin, terlihat dari persentase transmitan yang ditunjukkan pada grafik FTIR lebih tinggi dibandingkan bensin standar. 1. Heywood, B.J Fundamental Internal Combustion Engines,McGraw Hill, London. 2. Mudzakir,Akhmad.2010.Metode Spektroskopi Inframerah untuk Analisis Material, UPI, Bandung. 3. Mathur, M.L. and Sharma, R.P, A.1980, Course in Internal Combustion Engine 3rd edition, Dhanpat Rai & Sons : Nai Sarak, Delhi. 4. Kawano, Djoko Sungkono Motor Bakar Torak (Diesel).ITSpress: Surabaya 5. Himawan, Chusnu Bio Reformulator. Surabaya 2. Pada pengujian unjuk kerja dan gas buang menunjukkan bahwa : Besarnya daya efektif, torsi, tekanan efektif rata-rata, menggunakan bensin standar maupun variasi aditif nabati berturut turut sebesar 1.82 Hp, 8.65 N.m, dan 607,3 kpa. Besarnya sfc minimum diperoleh dengan variasi aditif nabati 1 ml/liter bensin sebesar 0,378 kg/hp.jam. Dengan persentase rata-rata penurunan sebesar 10,11 % dibandingkan bensin standar. Besarnya kenaikan effisiensi thermal diperoleh dengan variasi aditif nabati 1