1 UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG MESIN SINJAI SISTEM INJEKSI BERBAHAN BAKAR CAMPURAN PREMIUM BIOETHANOL (E-50) DENGAN PENGATURAN WAKTU PENGAPIAN DAN DURASI INJEKSI. Bambang Junipitoyo 1,*, Bambang Sudarmanta 2, 1 Jurusan Teknik Mesin, Program Studi Magister Rekayasa Konversi Energi, Falkultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. 2 Jurusan Teknik Mesin, Falkultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember 1,2 Kampus ITS, Jl. Keputih, Sukolilo, Surabaya 60111. Email: 1 ararya.nur.my@gmail.com, 2 sudarmanta@me.its.ac.id ABSTRAK Bioethanol merupakan bahan bakar yang menghasilkan polutan yang rendah, bahan bakar yang aman, titik nyala etanol tiga kali lebih tinggi dibandingkan bensin dan emisi hidokarbon lebih sedikit. Bioethanol E50 merupakan campuran premium 50% - Bioethanol 50% yang mempunyai nilai kalor lebih rendah dari premium dan laju penyalaan yang lebih lambat daripada bahan bakar premium. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui unjuk kerja dan emisi mesin sinjai yang menggunakan bahan bakar campuran premium - bioethanol (E50) dengan pengaturan durasi injeksi dan waktu pengapian. Penelitian dilakukan pada Mesin Sinjai 2 silinder 650 cc pada variable speed 2000-5000 rpm dengan interval 500 rpm, metode yang digunakan adalah dengan mengatur durasi injeksi (ms) dan waktu pengapian. Durasi injeksi yang digunakan pada penelitian ini sebesar 6 ms, 6,6 ms dan 7,2 ms. Sedangkan pengaturan waktu pengapian antara 10 o s/d 18 o btdc. Pengaturan durasi injeksi dan waktu pengapian dilakukan melalui mapping pada software sinjai engine interface. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa melalui pengaturan durasi injeksi dan waktu pengapian pada engine Sinjai berbahan bakar campuran premium-bioethanol (E50), pada durasi injeksi 7,2 ms dan waktu pengapian pada 14 o BTDC diperoleh kenaikan torsi, daya mengalami kenaikan sebesar 10,58 %, 9,63% terhadap E50 standar dan effisiensi turun 37,85 % terhadap E50 standar. Sedangkan kandungan emisi CO dan HC sebesar mengalami penurunan 28,57 % dan 24,19 % terhadap bahan bakar bensin. Kata kunci: Durasi injeksi, bioethanol, premium, waktu pengapian, Mesin Bensin. 1. Pendahuluan Perkembangan jumlah kendaraan bermotor di Indonesia sekarang ini mengalami peningkatan yang cukup tinggi. Ini terlihat dari data yang dikeluarkan oleh BPS (BPS,2012) pada tahun 2011 pertumbuhan kendaraan bermotor 85.601.351 kendaraan. Pada tahun 2012 Perkembangan kendaraan tumbuh meningkat mencapai 94.373.324 kendaraan atau meningkat sekitar 11%. Salah satu energi alternatif yang saat ini berkembang adalah penggunaan bioethanol. Bioethanol adalah bahan bakar yang ramah lingkungan dan merupakan salah satu bentuk energi terbaharui yang dapat diproduksi dari tumbuhan. Sudarmanta. B, et. al, (2014), melakukan penelitian Influence of bioethanolgasoline blended fuel on performance and emissions characteristics from port injection Sinjai Engine 650cc, pada penambahan bioethanol 15% diperoleh peningkatan daya sebesar 10,29% dibanding bensin. Sedangkan pada prosentase bioethanol yang lebih
besar (E20) cenderung menurunkan daya 8,96% dibanding bensin. Setiyawan A, et al, (2007), meneliti campuran ethanol 85% dan premium 15% (E85%) dengan ignition timing dan compression ratio. Pada E85 standar, daya yang diperoleh cenderung menurun 77,13% dibanding bensin, dan sfc E85 meningkat. Dengan memajukan waktu pengapian 30 o BTDC daya yang diperoleh naik 150% dibanding E85 standar. Mardani. R, et. al, (2007), Karakteristik pembakaran dari variasi campuran ethanol-gasoline (E30-E50) terhadap unjuk kerja sepeda motor 4 stroke fuel injection 125 cc. Pada campuran Ethanol 50% dengan pengapian 7 o BTDC diperoleh daya maksimum 7.9 hp pada putaran 7000 rpm. Nilai kalor bioethanol yang rendah memungkinkan mengatur durasi injeksi untuk memperoleh konsumsi bahan bakar E50 lebih banyak sehingga akan diperoleh daya yang lebih besar. Dengan peningkatan durasi injeksi dapat menghasilkan pembakaran yang optimal yang berpengaruh pada peningkatan unjuk kerja. Dengan laju penyalaan yang lebih lambat, waktu pengapian dimajukan. Dari latar belakang tersebut diatas yang melatarbelakangi penulis untuk melakukan penelitian tentang campuran premium - bioethanol (E50) dengan pengaturan waktu pengapian dan durasi injeksi. 2. METODE Pengujian dilakukan pada engine Sinjai 2 silinder 4 langkah dengan kapasitas engine 650 cc single fuel gasoline engine dengan menggunakan bahan bakar campuran premiumbioethanol. Untuk mendapatkan kinerja engine yang baik, khususnya daya, dilakukan pengaturan durasi injeksi dan waktu pengapian dengan diuji menggunakan waterbrake chasis dynamometer dan Sinjai Interface Sistem. Untuk mengetahui kadar emisi gas buang dilakukan pengukuran dengan menggunakan gas analyzer. Proses modifikasi mesin dan seluruh rangkaian pengujian dilakukan di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar (TPBB), Jurusan Teknik Mesin, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Surabaya. Penelitian yang dilakukan yaitu : Adapun skema penelitian adalah sebagai berikut: Gambar 1 Skema pengujian Dalam melakukan pengujian eksperimen maka dimulai dengan melakukan urutan sebagai berikut: 1) pengujian engine dengan menggunakan bahan bakar premium tanpa dilakukan modifikasi. 2) pengujian engine dengan menggunakan bahan bakar campuran premium bioethanol (E50) dengan melakukan setting durasi injeksi (ms), selanjutnya dilakukan pengaturan waktu pengapian dengan Sinjai Interface sistem. 2
3. HASIL DAN PEMBAHASAN Setelah melakukankan penelitian, maka data yang diperoleh perlu dideskripsikan terlebih dahulu kemudian dianalisis hasilnya dan digrafikkan, tujuannya adalah untuk menjelaskan data yang diperoleh agar tidak terjadi perbedaaan dalam mempersepsikan data. Berikut analisa data pada pengujian eksperimen ini adalah sebagimana berikut: 1. Analisa Torsi Mesin tiap pengaturan durasi Injeksi. Gambar 2. Grafik Torsi terhadap Putaran Mesin Pada gambar 2. Menunjukkan pengaruh pengaturan durasi injeksi dan waktu pengapian pada torsi keluaran. Penambahan durasi injeksi bahan bakar E50 dan pengaturan waktu pengapian akan berpengaruh terhadap torsi yang dikeluarkan mesin. Torsi tertinggi 46,64 Nm terjadi pada durasi injeksi 7,2ms, waktu pengapian 14 o btdc pada putaran 3000 rpm, atau terjadi kenaikan torsi sebesar 10,58% dibanding dengan E50 standar. 2. Analisa Daya Mesin tiap pengaturan durasi Injeksi. Gambar 3. Grafik Daya terhadap Putaran Mesin Gambar 3 menunjukkan bahwa daya mengalami kenaikan seiring naiknya putaran mesin untuk mencapai daya maksimum dan selanjutnya turun pada putaran tinggi. Daya tertinggi 16,68 kwatt terjadi pada putaran 3500 rpm yand diperoleh pada 3
pengaturan durasi injeksi 7,2 ms dan waktu pengapian 14 o kenaikan 9,63% dibanding E50 standar. btdc atau terjadi 3. Analisa Spesific Fuel Consumption (Sfc) Mesin tiap pengaturan durasi Injeksi. Gambar 4. Grafik Sfc terhadap Putaran Mesin Pada gambar 4. menunjukan pengaruh durasi injeksi dan waktu pengapian terhadap konsumsi bahan bakar (Sfc). Penambahan durasi injeksi berpengaruh bertambahnya konsumsi bahan bakar. Konsumsi bahan bakart turun pada kondisi bertambahnya putaran mesin untuk mencapai sfc minimum selanjutnya mengalami kenaikan seiring bertambahnya putaran mesin. Sfc minimum 0,481 kg/kw.jam terjadi pada putaran 3500 rpm dengan durasi injeksi 6 ms dan waktu pengapian 14 o btdc atau mengalami kenaikan 2,34% dibandingkan dengan E50 standar. 4. Analisa Effisiensi Thermal Mesin tiap pengaturan durasi Injeksi. Gambar 5. Grafik Effisiensi Thermal terhadap Putaran Mesin Pada gambar 5. Menunjukkan grafik hubungan Effisiensi thermal terhadap putaran mesin. Effisiensi thermal tertinggi 21,298 terjadi pada putaran 3500 rpm pada pengaturan durasi injeksi 7,2 ms dan waktu pengapian 14 o btdc atau terjadi penurunan 37,85% dibanding dengan bensin murni, tetapi mengalami kenaikan 14,81% dibandingkan E50 standar. Hal ini dikarenakan nilai kalor bioethanol lebih rendah dibanding dengan bensin, sehingga untuk menghasilkan daya yang sama memerlukan bahan bakar yanglebih besar. 4
5. Analisa Gas buang terhadap pengaturan durasi Injeksi. a. Analisa Gas Karbon Monoksida (CO) Gambar 6. Grafik CO terhadap Putaran Mesin Gambar 6. menunjukan grafik karbon monoksida (CO) fungsi rpm di atas, didapat grafik setiap perubahan durasi injeksi memiliki tren yang sama. Dengan durasi injeksi yang berbeda, bahan bakar E50 menghasilkan emisi CO yang lebih rendah dari pada bahan bakar bensin. Hal ini terlihat jelas pada grafik di atas yang mana terjadi penurunan emisi pada putaran engine 2000-5000 rpm dengan rata-rata 20%.. Dengan penambahan durasi injeksi (ms) 7,2ms maka terjadi penurunan kadar CO yang lebih besar pula pada putaran 2000-5000 rpm dengan rata-rata sebesar 28,57 %. Dengan meningkatnya durasi injeksi (ms) berarti bahan bakar E50 yang masuk kedalam ruang bakar juga lebih banyak. Hal ini dibuktikan dengan menurunnya emisi CO dan semakin meningkatnya CO 2 yang dihasilkan oleh pembakaran. b. Analisa Gas Buang Hidro Karbon (HC) Gambar 7. Grafik Gas Hidro Karbon (HC) terhadap Putaran Mesin (Rpm) Berdasarkan grafik 7 di atas, nilai kadar emisi HC pada engine ketika menggunakan bahan bakar E50 dengan berbagai settingan durasi injeksi (ms) mengalami penurunan. Pada saat engine beroperasi menggunakan setingan dengan durasi 7,2 ms denagn pengapian 14 o btdc kadar HC mengalami penurunan rata-rata sebesar 14,19%. Lebih rendah. 5
4. KESIMPULAN A. Kesimpulan Seminar Nasional (PNES II), Semarang, 12 Nopember 2014 Berdasarkan hasil analisis data dan pembahasan, dapat disimpulkan bahwa: 1. Dengan melakukan setting durasi injeksi (injection time) dan waktu pengapian yang tepat maka akan didapatkan nilai optimasi pada kenaikan torsi, daya, sfc dan efisiensi yang terbaik. 2. Dengan melakukan setting durasi injeksi (injection time) dan waktu pengapian yang tepat maka akan didapatkan nilai kadar emisi gas buang terutama CO dan HC yang menurun dibandingkan dengan saat menggunakan bahan bakar Premium. B. Saran 1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut supaya mendapatkan settingan durasi injeksi dan waktu pengapian yang optimal pada setiap putaran engine. DAFTAR PUSTAKA Supriyono. A. (2008), Pengembangan Bahan Bakar Nabati untuk mengurangi Dampak Pemanasan Global. Seminar Nasional kebijakan pemanfaatan lahan dalam menanggulangi dampak pemanasan global. pp. 1-11. Fuel Quality Monitoring.Langit Biru, Kementerian Lingkungan Hidup, (2007), pp (16,17,25) N. Jeuland, N, Montagne & X. Gautrot. (2004), Potentiality of Ethanol as a Fuel for Dedicated Engine. Oil & Gas Science and Technology Rev. IFP,, Institut Frances du Petrole, Vol. 59 No.6, pp. 559-570 Bayraktar. H. (2005), Experimental and theoritical investigation of using gasolineethanol blends in spark ignition engine. Renewable Energy 30. pp. 1733-1747. Heywood, (1988), Internal Combustion Engine Fundamental, New York, Mc Graw Hill. Ganesan.V, (2003), Internal Combustion Engine., NewDelhi, McGraw Hill. Pulkrabek. W, (2002), Engineering fundamental of the internal combustion engine,, New Jersey, Prentice Hall. Sudarmanta B, (2014), Influence of a bioethanol-gasoline blended fuel on performance and emissions characteristic from port Injection Sinjai Engine 650 cc. Applied Mechanics and Materials Vol. 493. pp 273-280. Mardani. R, (2007), Karakteristik pembakaran dari variasi campuran ethanol-gasoline (E30-E50) terhadap unjuk kerja sepeda motor 4 stroke fuel injection 125cc. Tugas Akhir Teknik Mesin, Universitas Indonesia, pp. 34-50. 6