Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Biopremium E10 Dan Terhadap Performance Mesin Pada Motor Yamaha Jupiter Z 2004 Sarjono * ) Debi Febriyanto ** ) * ) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin STTR Cepu ** ) Mahasiswa S1 Jurusan Teknik Mesin STTR Cepu Jl. Kampus Ronggolawe Blok B No. 1. Mentul Cepu E-Mail: smk_mh_pangle@yahoo.co.id mesin_sttr@yahoo.com Abstrak Kelangkaan bahan bakar premium yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas diberbagai sektor kehidupan. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya adalah sektor transportasi. Disamping itu, penggunaaan bahan bakar dari minyak bumi telah memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan penggantinya. Tujuan penelitian ini untuk memperoleh gambaran alternatif pemanfaatan energi lain sebagai pengganti minyak bumi. Peneltian yang dilakukan adalah penggunaan biopremium E10 yang dibandingkan dengan premium terhadap performance pada motor Yamaha Zupiter Z tahun 2004. Hasil dari penelitian ini adalah daya dan torsi yang lebih besar (8,8 Hpdan 7,74 Nm), serta konsumsi bahan bakarnya lebih irit yaitu sebesar 0,115 kg/kw.hr Kata kunci : Zupiter Z, Biopremium E10, Bahan Bakar. 1. Pendahuluan Kelangkaan bahan bakar premium yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas diberbagai sektor kehidupan. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya adalah sektor transportasi. Disamping hal tersebut, penggunaaan bahan bakar dari minyak bumi telah memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan penggantinya. Disamping itu penggunaan bahan bakar dari minyak bumi (fossil fuels) telah mengakibatkan pencemaran udara yang sangat komplek. Untuk itulah dibutuhkan suatu energi alternatif yang ramah lingkungan sebagai bahan bakar motor bakar, salah satu diantara energi alternatif itu adalah Bioethanol. Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi terbarukan yang melimpah, seperti biodiesel dari tanaman jarak pagar, kelapa sawit maupun kedelai. Atau methanol dan ethanol dari biomassa, tebu, jagung, dan lain-lain yang bisa dipergunakan sebagai bahan bakar pengganti bahan bakar premium. 2. Tinjauan Pustaka 2.1. Kajian Pustaka Penelitian yang berkaitan tentang campuran bahan bakar premium dengan ethanol sudah banyak dilakukan, sebagaimana yang telah dilakukan oleh Yanni kussuryani, yaitu aplikasi SNI 7390:2008 analisis bioetanol dan campurannya dengan bensin, penggunaan campuran bioetanol dengan bensin meningkatkan angka oktana menurunkan kandungan timbal dan sulfur, kandungan air mengalami sedikit peningkatan karena sifat bioetanol yang hidroskopis. Kemudian Zaenal Arifin (2007), juga melakukan penelitian tentang perbandingan antara bahan bakar premium dengan E-85 pada motor Honda Karisma 125 cc dengan variasi main jet 85,95,105,115.dihasikan daya turun sebesar 3,15 % pada M105 dan efisiensi termis naik sebesar 31,8 % pada M105. Demikian juga Atok Setiyawan (2007), dalam penelitiannya tentang pengaruh ignition timing dan compression ratio terhadap unjuk kerja dan emsi gas buang motor bensin berbahan bakar campuran ethanol 85% dan premium 15% (E85) dimana hasilnya menunjukan pemajuan ignition timing dan compresion ratio dapat meningkatkan unjuk kerja motor bensin berbahan bakar E85 bila dibanding dengan kondisi standart meskipun masih dibawah unjuk kerja premium. Kemudian Sri Utami Handayani (2006), juga melakukan penelitian dengan judul pemanfaatan Ethanol sebagai bahan bakar pengganti bensin, karena ethanol memiliki angka oktan yang lebih tinggi dari bensin maka efisiensi thermalnya akan lebih tinggi. Berdasarkan hasil penelitian sebelumnya, maka peneliti akan melakukan penelitian lebih SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 1
lanjut tentang Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar Biopremium E10 Dan Terhadap Performance Mesin Pada Motor Yamaha Jupiter Z 2004. 2.2. Landasan Teori 2.2.1. Jenis Bahan Bakar Bahan bakar (fuel) didefinisikan sebagai suatu material yang dikonsumsikan untuk menghasilkan energi. Berdasarkan kondisi fisiknya bahan bakar dibedakan menjadi tiga jenis yaitu bahan bakar padat, bahan bakar cair, dan bahan bakar gas. Bahan padat misalnya batu bara, kayu bagase dan lain sebagainya. Bahan cair misalnya minyak bumi, alkohol, dan minyak sintesis. Sedangkan bahan bakar gas misalnya gas alam, petrolium, blast furnace, coke oven gas, coal gas, dan biogas. Bahan bakar cair merupakan komponen hidrokarbon yang didapat dari alam maupun secara buatan. Adapun kelebihan bahan bakar cair dibandingkan dengan bahan bakar padat ialah: menghasilkan suatu pembakaran yang lebih bersih, menggunakan alat bakar yang kompak, penanganannya mudah, sedangkan salah satu kekurangannya adalah harus melalui proses pemurnian yang cukup kompleks. 2.2.1.1. Bensin premium sudah dipergunakan untuk bahan bakar, bahan bakar ini banyak digunakan untuk mengerakan mesin-mesin jenis kendaraan dan pertanian.bensin ini merupaan hasil penyulingan atau distalasi dari minyak bumi. mempunyai kalor pembakaran dengan: nilai kalor atas = 21898,24 BTU/lb, dan nilai kalor bawah = 20500 BTU/lb dengan nilai oktan 88 sesuai dengan Peraturan Direktur Jenderal Minyak Dan Gas Bumi Nomor: 18K/72/DDJM/1990 tanggal 20 April 1990. Penggunaannya pada kendaraan bermotor, bensin (gasoline) harus memiliki sifat-sifat fisika dan kimia tertentu agar proses penyaluran bahan bakar dari tangki ke karburator ataupun injektor akan berjalan dengan baik. Selain itu bensin juga harus bisa membentuk campuran yang homogen dengan udara sehingga dapat terbakar dengan sempurna dan dapat menghasilkan energi yang dibutuhkan. 2.2.1.2. Ethanol Ethanol (ethil alcohol) merupakan salah satu. Gugusan alkohol yang mempunyai rumusan kimia C 2 H 5 OH yang dapat digunakan untuk bahan bakar motor bensin atau sebagai campuran bahan bakar premium ethanol. Bahan baku pembuatan bahan bakar ini adalah cellulosic biomass, antara lain tumbuhan, rumput, sampah agrikultural, sampah kertas dan kayu. Kemudian diolah dengan proses feedstocks sampai menghasilkan unsur pembentuk gula dan akhirnya melaui proses fermentasi gula dan destilasi dihasilkan produk ethanol. Pada umumnya ethanol mempunyai angka oktan 107-109, density 0,79 kg/l, A/F rasio 9, LHV sebesar 26.900 kcal/kg, panas untuk penguapan sebesar 840 kj/kg dan autoignation temperatur 423 0 C. Oleh sebab itu kemampuan ethanol untuk diuapkan (volatility) menjadi lebih rendah dan energi yang dihasilkan bahan bakar ini lebih rendah dibandingkan dengan premium akan tetapi dengan angka oktannya yang lebih tinggi dari premium dapat digunakan untuk kompresi rasio engine yang lebih tinggi. Gambar 1. Rumus Bangun Ethanol Ethanol tidak berwarna dan tidak berasa tapi memiliki bau yang khas. Bahan ini dapat memabukkan jika diminum. Karena sifatnya yang tidak beracun bahan ini banyak dipakai sebagai pelarut dalam dunia farmasi dan industri makanan dan minuman. 2.2.2. Parameter Unjuk Kerja Motor Bakar Baik atau tidaknya suatu desain motor bakar dapat dilihat melalui unjuk kerja mesin (performance) yang dihasilkannya. Demikian juga untuk sebuah penelitian, diharapkan dengan dilakukan penelitian akan diketahui analisa dari desaign motor bakar dengan hasil konsumsi bahan bakar yang efisien dan performance yang tinggi. Adapun parameter-parameter dari unjuk kerja tersebut adalah: 2.2.2.1. Torsi Torsi adalah ukuran kemampuan suatu motor untuk memberikan gaya tangensial yang berguna untuk menghasilkan kerja. Torsi biasanya dilambangkan dengan T yang mempunyai satuan Lb.ft (british) atau N.m.(SI). Torsi mesin diukur dengan water brake dinamometer, yaitu melihat beban yang ditunjukkan dari timbangan kemudian dikalikan dengan lengan. Adapun rumusannya adalah sebagai berikut: Torsi (T) = F. L = m.g.l dimana F : Beban pada Dinamometer (N) L : Panjang lengan Dinamometer (m) g : Percepatan gravitasi (m/s 2 ) m: massa yang terukur dalam dynamometer (kg) SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 2
2.2.2.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption) adalah merupakan parameter yang biasa digunakan pada motor pembakaran dalam untuk menggambarkan pemakaian bahan bakar. Spesific Fuel Consumption didefinisikan sebagai perbandingan antara laju aliran massa bahan bakar terhadap daya yang dihasilkan (output). Dapat pula dikatakan bahwa Spesific Fuel Consumption (SFC) menyatakan seberapa efisien bahan bakar yang disuplai ke mesin untuk dijadikan daya output. Satuan dalam Sistem Internasional (SI) adalah kg/kwh. SFC disebut Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC) jika menggunakan brake horse power. Nilai SFC yang rendah mengindikasikan pemakaian bahan bakar yang irit, oleh sebab itu, nilai SFC yang rendah sangat diinginkan untuk mencapai efisiensi bahan bakar. Brake Spesific Fuel Consumption (BSFC) juga merupakan suatu parameter yang tepat untuk membandingkan kinerja mesin. Besarnya jumlah kilogram bahan bakar yang dibutuhkan mesin setiap jam untuk menghasilkan daya efektif sebesar 1Hp. Pemakaian konsumsi bahan bakar spesifik dapat dirumuskan sebagai berikut: Sfc = (kg/kw.hr) mf =. xñ bb (kg/h) Keterangan: Mf : Konsumsi bahan bakar (kg/h) P : Daya (kw) b : Volume buret dalam pengujian (cc) t : Waktu untuk mengosongkn buret (s) : Massa jenis bahan bakar (kg/l) ñ bb 2.2.2.3. Daya Daya adalah kerja yang dihasilkan per satuan waktu. Merupakan ukuran kemampuan suatu motor untuk menghasilkan kerja berguna per satuan waktu yang dinyatakan dalam Horse Power (Hp) dan dirumuskan sebagai berikut : P = dimana: P : Daya mesin(kw) n : Putaran mesin(rpm) T : Torsi(Nm) 3. Metodologi Penelitian 3.1. Bahan Penelitian Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah: bahan bakar Biopremium E10, dan bahan bakar. 3.2. Alat Penelitian Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Sepeda motor 4 stroke Yamaha Jupiter Z 2004 dengan spesifikasi sebagai berikut: Tipe: 4 langkah, SOHC, 2 katup Diameter x langkah: 51,0 x 54,0 mm Volume silinder: 110,3 cc Power max: 8,8 HP pada putaran 8000 rpm Torsi max: 0,92 Kgf.m pada putaran 5000 rpm Dimensi: 1910 mm x 680 mm x 1045 mm Jarak Sumbu Roda: 1230 mm Jarak Terendah: 140 mm Kapasitas Tangki BBM : 4,2 liter Berat Motor: 98 kg 1 unit alat dyno test dengan spesifikasi sebagai berikut : Merk : Sportdyno V3.3 Seri model : SD 325 Dimensi (p x l x t): 2110 x 1000 x 800 mm Berat : 400 kg Wheelbase : 850 1850 mm Daya maksimum : 200 Hp (147 kw) Kecepatan maksimum: 300 km/h Beban maksimum: 450 kg Diameter roller : 300 mm Berat roller : 190 kg Panjang roller : 200 mm Roller inertia : 1,446 kg m² Standart dynamometer: ISO 1585 Gambar 2. Gelas ukur, Tachomater, dan Stopwatch 3.3. Pengambilan Data 1. Torsi dan daya Tahap penelitian dilakukan dengan mengendarai sepeda motor diatas mesin dynometer. Dengan memasukkan gigi perseneling ke gigi tiga lalu memutar handle gas hingga putaran peak. Hasil akan terlihat dilayar monitor computer yang terhubung dengan mesin dynometer. Mengulangi langkah-langkah tersebut sampai lima kali percobaan untuk menghasilkan data yang lebih akurat. SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 3
2. Konsumsi bahan bakar Tahap penelitian dilakukan dengan mengendarai sepeda motor diatas mesin dynometer. Dengan memasukkan gigi persneling ke gigi tiga lalu memutar handle gas hingga pada kisaran putaran 5000 rpm, 6000 rpm, 7000 rpm, 8000 rpm, dan 9000 rpm. Mengukur konsumsi bahan bakar pada gelas pengukur yang dihubungkan dengan selang ke karburator. Setelah itu mencatat waktu dengan Stopwatch. 4. Hasil Dan Pembahasan 4.1. Perhitungan dari Penelitian Bahan Bakar Dari hasil penelitian bahan bakar premium dengan mengunakan alat uji dynotest yang dilakukan di Mototech Yogyakarta, didapatkan hasil sebagai berikut: Data-data yang mempengaruhi percobaan: Temperatur ruangan : 31,8 C Humidity : 80 % Berdasarkan pengujian yang telah dilaksanakan dapat dibuat tabel hubungan antara daya, torsi dan konsumsi bahan bakar premium sebagai berikut: Tabel 1. Hubungan Daya, Torsi dan Konsumsi Bahan Bakar Putaran (rpm) Daya (Hp) Torsi (Nm) Waktu (detik) Volume Buret (mm) Massa jenis (kg/liter) Sfc (kg/kw hr) 5000 6,3 9,02 49,68 10 0,72 0,112 6000 7,5 8,86 42,18 10 0,72 0,111 7000 8,3 8,35 37,09 10 0,72 0,114 8000 8,4 7,46 32 10 0,72 0,131 9000 7,7 6,06 27,92 10 0,72 0,164 Berdasarkan data dan tabel di atas ditunjukkan bahwa dengan menggunakan bahan bakar terhadap Yamaha Jupiter Z 2004, didapatkan pada putaran 5000 rpm menghasilkan daya sebesar 6,3 Hp pada torsi 9,02 Nm dengan waktu 49,68 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,112 kg/kw.hr. Pada putaran 6000 rpm menghasilkan daya sebesar 7,5 Hp pada torsi 8,86 Nm dengan waktu 42,18 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,111 kg/kw.hr. Pada putaran 7000 rpm menghasilkan daya sebesar 8,3 Hp pada torsi 8,35 Nm dengan waktu 37,09 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,114 kg/kw.hr. Pada putaran 8000 rpm menghasilkan daya sebesar 8,4 Hp pada torsi 7,46 Nm dengan waktu 32,00 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,131 kg/kw.hr. Pada putaran 9000 rpm menghasilkan daya sebesar 7,7 Hp pada torsi 6,06 Nm dengan waktu 27,92 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,164 kg/kw.hr. 4.2. Perhitungan dari Penelitian Bahan Bakar Biopremium E10 Dari hasil penelitian bahan bakar Biopremium E10 dengan mengunakan alat uji dynotest yang dilakukan di Mototech, didapatkan hasil sebagai berikut : Data-data yang mempengaruhi percobaan: Temperatur ruangan : 31,8 C Humidity : 80 % Berdasarkan pengujian yang telah dilaksanakan dapat dibuat tabel hubungan antara daya, torsi dan konsumsi bahan bakar Biopremium E10 sebagai berikut: Tabel 2. Hubungan Daya, Torsi dan Konsumsi Bahan Bakar Biopremium E10 Putaran (rpm) Daya (Hp) Torsi (Nm) Waktu (detik) Volume Buret (mm) Massa jenis (kg/liter) Sfc (kg/kw. hr) 5000 6,4 9,13 66,13 10 0,745 0,086 6000 7,6 9,03 51,69 10 0,745 0,093 7000 8,3 8,45 43,89 10 0,745 0,100 8000 8,8 7,74 36,08 10 0,745 0,115 9000 8,4 6,58 30,16 10 0,745 0,145 Berdasarkan data dan tabel di atas ditunjukkan bahwa dengan menggunakan bahan bakar Biopremium E10 terhadap Yamaha Jupiter Z 2004, didapatkan pada putaran 5000 rpm menghasilkan daya sebesar 6,4 Hp pada torsi 9,13 Nm dengan waktu 66,13 detik pada volume buret 10 mm dan massa jenis 0,745 kg/liter konsumsi bahan bakar spesifik sebesar 0,086 kg/kw.hr. Pada putaran 6000 rpm menghasilkan daya sebesar 7,6 Hp pada torsi 9,03 Nm dengan waktu 51,69 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,093 kg/kw.hr. Pada putaran 7000 rpm menghasilkan daya sebesar 8,3 Hp pada torsi 8,45 Nm dengan waktu 43,89 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,100 kg/kw.hr. Pada putaran 8000 rpm menghasilkan daya sebesar 8,8 Hp pada torsi 7,74 Nm dengan waktu 36,08 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,115 kg/kw.hr. Pada putaran 9000 rpm menghasilkan daya sebesar 8,4 Hp pada torsi 6,58 Nm dengan SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 4
waktu 30,16 detik pada volume buret 10 mm dan spesifik sebesar 0,145 kg/kw.hr. 4.3. Perbandingan daya pada bahan bakar premium dengan daya pada bahan bakar biopremium E10 9 8,5 Daya (Hp) 8 7,5 7 6,5 6 5000 6000 7000 8000 9000 Putaran (rpm) Biopremi um E10 Gambar 3. Perbandingan daya yang dihasilkan mesin terhadap putaran Dari hasil percobaan diperoleh berbagai hubungan yang menunjukkan perbedaan daya mesin sepeda motor yang menggunakan bahan bakar premium dengan mesin sepeda motor yang menggunakan bahan bakar Biopremium E10. Dari grafik diatas dapat dilihat daya tertinggi sebesar 8,8 Hp yaitu pada putaran 8000 rpm dengan menggunakan bahan bakar Biopremium E10. Dengan bahan bakar premium sepeda motor hanya menghasilkan daya sebesar 8,4 Hp pada putaran 8000 rpm. 4.4. Perbandingan torsi pada bahan bakar premium dengan torsi pada bahan bakar biopremium E10 9,5 8,5 Torsi (Nm) 7,5 6,5 5,5 5000 6000 7000 8000 9000 Putaran (rpm) Biopremi um E10 Gambar 4. Perbandingan torsi yang dihasilkan mesin terhadap putaran Dari hasil percobaan diperoleh berbagai hubungan yang menunjukkan perbedaan torsi mesin sepeda motor yang menggunakan bahan bakar premium dengan mesin sepeda motor yang menggunakan bahan bakar Biopremium E10. Dari grafik diatas dapat dilihat torsi tertinggi sebesar 9,13 Nm yaitu pada putaran 5000 rpm dengan menggunakan bahan bakar Biopremium E10. Dengan bahan bakar premium sepeda motor hanya menghasilkan torsi sebesar 9,02 Nm pada putaran 5000 rpm. 4.5. Perbandingan konsumsi bahan bakar premium dengan konsumsi bahan bakar biopremium E10 Sfc (kg/kw hr) 0,13 0,08 5000 6000 7000 8000 9000 Putaran (rpm) Biopremi um E10 Gambar 5. Perbandingan konsumsi bahan bakar terhadap putaran Dari hasil percobaan diperoleh berbagai hubungan yang menunjukkan perbedaan konsumsi bahan bakar premium dengan konsumsi bahan bakar Biopremium E10 pada putaran. Dari grafik diatas dapat dilihat konsumsi bahan bakar Biopremium E10 rendah dari putaran 5000 rpm sampai 9000 rpm dibanding konsumsi bahan bakar premium. 5. Kesimpulan Setelah melakukan penelitian pengaruh penggunaan bahan bakar Biopremium E10 dan premium terhadap performance mesin pada motor Yamaha Jupiter Z 2004 di Workshop Mototech Yogyakarta, maka dapat disimpulkan bahwa penggunaan bahan bakar Biopremium E10 apabila dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar memiliki keunggulan, pada putaran yang sama (8000 rpm) penggunaan bahan bakar Biopremium E10 menghasilkan daya 8,8 Hp dan torsi 7,74 Nm dengan konsumsi bahan bakar 0,115 kg/kw.hr, sedangkan penggunaan bahan bakar menghasilkan daya 8,4 Hp dan torsi 7,46 Nm dengan konsumsi bahan bakar 0,131 kg/kw.hr. Tapi untuk nilai ekonomis bahan bakar lebih unggul karena harga lebih murah dibanding dengan bahan bakar Biopremium E10. 6. Saran Penelitian berikutnya dapat dilakukan dengan perbandingan bahan bakar dengan bahan bakar Biopremium E15, Biopremium E20, Biopremium E25, mungkin diperoleh performance yang lebih optimum. 7. Daftar Pustaka Arends, BPM. and Berenschot, H., 1980, Motor Bensin, Penerbit Erlangga, Jakarta. SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 5
Arismunandar, W., 1988, Motor Bakar Torak, Penerbit ITB, Bandung. Atmaja, ida bagus wira, 1999, Analisis Perpindahan Panas Bensin Dengan Penambahan Ethanol Sebagai Bahan Bakar Alternatif Dengan Pendidihan Kolam, Jurusan Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Malang. Daryanto, Drs., 1994, Motor Bakar Untuk Mobil, Penerbit Rineka Cipta, Jakarta. Haryono, G.,1984, Uraian Praktis Mengenal Motor Bakar, CV.Aneka Ilmu, Semarang. http://energibio.wordpress.com/, diakses 29 januari 2011. N. Petrovski, 1979, Marine Combustion Engines, Mir Publishers, Moscow. Soenarta, N. and Furuhama S, Dr., 2002, Motor Serba Guna, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Subroto, 2008, Pengaruh Penggunaan Koil Racing Terhadap Unjuk Kerja Pada Motor Bensin, Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta, Surakarta. SimetriS Nomor : 15, Tahun 10, Juli - Desember 2012 6