Upload
phungquynh
View
229
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
DESAIN SISTEM PENGGUNAAN KOMBINASI BAHAN
BAKAR (SOLAR - LPG) DAN PENGUKURAN KINERJANYA
UNTUK MOTOR BAKAR DIESEL
WILIANDI SAPUTRO
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Desain Sistem
Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar - LPG) dan Pengukuran Kinerjanya
untuk Motor Bakar Diesel adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi
pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi
mana pun. 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.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2016
Wiliandi Saputro
NIM F14120088
ABSTRAK
WILIANDI SAPUTRO. Desain Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar
(Solar - LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel. Dibimbing
oleh DESRIAL.
Liquid Petroleum Gas (LPG) merupakan salah satu bahan bakar gas yang
dapat digunakan sebagai bahan bakar pada motor diesel dengan cara
mengkombinasikannya dengan bahan bakar solar. Penelitian ini bertujuan untuk
mendesain sistem penggunaan kombinasi bahan bakar (solar - LPG) dari variasi
pembukaan katup pada regulator, serta menganalisis kelayakan penggunaan
kombinasi solar – LPG sebagai bahan bakar motor diesel dengan perbandingan
harga antara hanya menggunakan solar dengan kombinasi solar – LPG. Hasil
penelitian menyatakan bahwa penggunaan bahan bakar LPG berdasar bukaan katup
pada regulator dapat dilakukan mulai pada bukaan 20%, 25%, 30%, 35%, hingga
40%. Pengujian konsumsi bahan bakar menggunakan LPG dapat menghemat bahan
bakar solar sebesar 0.7 liter/jam (tanpa beban) dan 1.14 liter/jam (menggunakan
beban). Kecepatan motor yang dihasilkanpun meningkat hingga 300 rpm. Hasil dari
kontur simulasi CFD menunjukan percampuran LPG yang paling baik dan merata
terjadi pada bukaan 30% dengan hasil rata-rata campuran 0.064. Dari sisi ekonomi
penggunaan kombinasi bahan bakar (solar – LPG) tidak direkomendasikan pada
daerah yang dekat dengan area SPBU dikarenakan lebih mahal. Namun,
penggunaan kombinasi bahan bakar ini sangat direkomendasikan pada remote
areas di Indonesia yang menghasilkan total biaya konsumsi bahan bakar yang lebih
murah.
Kata kunci: CFD, LPG, kombinasi bahan bakar, motor diesel, solar.
ABSTRACT
WILIANDI SAPUTRO. Systems Design and Performance Test of Fuel
Combination (Diesel Fuel – LPG) for Diesel Engine. Supervised by DESRIAL.
Liquid Petroleum Gas (LPG) is one of gas fuel can be used as fuel for diesel
engine with combination (diesel fuel-LPG) technique. Purpose of this study is to
make a design of the systems use fuel combination and regulator opener variation
with economic engineering analysis that fuel combination (diesel fuel-LPG) as fuel
of diesel engine with comparison use diesel fuel only and combination fuel. The
simulation is done by Solidworks Computation Fluid Dynamic tool (CFD) to know
how the contour formation between LPG and air. Result of this study that LPG
injection based on valve opener at regulator that started at 20%, 25%, 30%, 35%,
until 40%. Performance test of fuel consumption using LPG can save the diesel fuel
about 0, 7 ltr/hour (without load) and 1, 14 ltr/hour (Load). Diesel engine revolution
increase almost 300 rpm, it’s faster than use diesel fuel only. Result of CFD contour
simulation showing the best combination at opener 30% with the combination
average number about 0.064. Based on economically using the fuel combination
(diesel fuel – LPG) is not recomended in near SPBU areas because more expensive.
However, using the fuel combination highly recomended in the remote areas in
Indonesia that resulted total fuel consumption cost is cheaper.
Key words: CFD, diesel engine, diesel fuel, fuel combination application, LPG.
DESAIN SISTEM PENGGUNAAN KOMBINASI BAHAN
BAKAR (SOLAR - LPG) DAN PENGUKURAN KINERJANYA
UNTUK MOTOR BAKAR DIESEL
WILIANDI SAPUTRO
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PRAKATA
Puji dan syukur dipanjatkan ke hadapan Allah SWT atas karunia-Nya
sehingga penelitian ini berhasil diselesaikan. Penelitian dengan judul “Desain
Sistem Penggunaan Kombinasi Bahan Bakar (Solar – LPG) dan Pengukuran
Kinerjanya untuk Motor Bakar Diesel” telah dilaksanakan di Lab. “Siswadhi
Soepardjo”, pada bulan Mei 2016 sampai September 2016.
Dengan telah selesainya penelitian ini , penulis ingin menyampaikan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua dan sanak saudara yang telah memberikan dukungan secara
moril dan materiil kepada penulis.
2. Dr. Ir. Desrial, M.Eng., selaku dosen pembimbing skripsi atas bimbingan dan
arahan kepada penulis selama ini.
3. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si dan Ir. Agus Sutejo, M.Si. selaku dosen penguji
yang memberikan saran dan arahan dalam penyempurnaan skripsi ini.
4. Para teknisi (Pak Udin, Pak Parma, Pak Wana, Mas Firman, Pak Darma dan Pak
Andri), atas bantuannya selama penelitian di lapangan.
5. Bob Andri, Irsyad, Iswadi, Yunan, Andriyana, Diang, Oza, Roziqin, Fauzan,
Danov, dan seluruh teman-teman TMB angkatan 49 yang membantu penulis
selama penelitian.
6. Semua pihak yang telah ikut membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu-
persatu.
Akhirnya penulis berharap semoga skripsi ini bermanfaat bagi pembaca,
penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih ada kekurangan,
kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan.
Bogor, Desember 2016
Wiliandi Saputro
vii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI ....................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL .............................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... viii
DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................................ ix
PENDAHULUAN ................................................................................................ 1
Latar Belakang .................................................................................................. 1
Perumusan Masalah ........................................................................................... 1
Tujuan Penelitian ............................................................................................... 2
TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 2
Motor Diesel ...................................................................................................... 2
Solar ................................................................................................................... 3
Liquefied Petroleum Gas (LPG) ........................................................................ 3
Dual Fuel System (Solar – LPG) ....................................................................... 4
Computational Fluid Dynamic (CFD) .............................................................. 4
METODE PENELITIAN ...................................................................................... 5
Waktu dan Tempat Penelitian ........................................................................... 5
Alat dan Bahan Penelitian ................................................................................. 5
Tahapan Penelitian ............................................................................................ 6
PENDEKATAN RANCANGAN ....................................................................... 16
Analisis Rancangan Fungsional ...................................................................... 16
Analisis Rancangan Struktural ........................................................................ 17
HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 18
Analisis Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD) ............................... 18
Uji Pembukaan Katup Regulator ..................................................................... 24
viii
Uji Konsumsi Bahan Bakar ............................................................................. 24
Uji Kecepatan Putar Motor .............................................................................. 28
Analisis Ekonomi ............................................................................................. 31
SIMPULAN DAN SARAN................................................................................. 38
Simpulan .......................................................................................................... 38
Saran ............................................................................................................... 38
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 39
RIWAYAT HIDUP ............................................................................................. 66
DAFTAR TABEL
1 Data komposisi LPG (BP Migas 2012) 34
2 Spesifikasi regulator yang digunakan 11
3 Nilai masing-masing bukaan katup 12
4 Rancangan fungsional pengujian 16
5 Hasil pengujian pembukaan katup regulator LPG 24
6 Data perhitungan ekonomi 31
7 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada harga solar
standar 32
8 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada harga
solar standar 33
9 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada remote areas 35
10 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada remote
areas 36
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram P-v dan Diagram T-s siklus ideal diesel 22
2 Penggunaan CFD dalam mengetahui kontur campuran volume bahan
bakar (Septiansyah 2013)
34
3 Diagram alir penelitian 56
4 Konsep desain alat ukur konsumsi solar 78
5 Desain dan instalasi alat ukur konsumsi gas LPG 89
6 Tampilan LCD pada alat ukur ventury digital 10
7 Hasil pabrikasi alat ukur konsumsi bahan bakar solar 10
8 Pemberian tanda persen bukaan katup pada regulator 12
ix
9 Gambar teknik mixer LPG 13
10 Sketsa instalasi mixer LPG pada engine 14
11 Layout pengujian kerja 15
12 Mixer hasil pabrikasi dan desain digunakan dalam simulasi CFD 18
13 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup
pada regulator dengan simulasi CFD (tampak samping)
19
14 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan katup
pada regulator dengan simulasi CFD (tampak atas)
20
15 Tekanan dalam mixer pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD 21
16 Kecepatan aliran pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD 22
17 Massa jenis pencampuran LPG dan udara pada bukaan katup 30%
dengan simulasi CFD
23
18 Segitiga perilaku api ( Kelvin et al. 2015) 25
19 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan tanpa beban pada
kecepatan motor 2000 rpm
26
20 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan menggunakan beban
pada kecepatan motor 2000 rpm
27
21 Fuel air ratio (F/A ratio) 28
22 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan tanpa beban 29
23 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan menggunakan beban 2000
watt
30
24 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban
pada harga solar standar
32
25 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunakan beban
harga solar standar
34
26 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban
pada remote areas
35
27 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunkan beban
pada remote areas
37
DAFTAR LAMPIRAN
1 Spesifikasi motor diesel Dong Feng R-180 41
2 Perhitungan rasio LPG - udara 42
3 Perhitungan diameter port yang digunakan 44
4 Analisis teknik mixer 45
5 Perhitungan laju aliran dan intake volumetric satu kali intake 46
6 Perhitungan debit konsumsi bahan bakar solar dan LPG 47
7 Perhitungan ekonomi 53
8 Data pengujian kinerja motor 62
9 Gambar teknik mixer pencampur udara - LPG 64
10 Dokumentasi penelitian 65
x
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Dalam sepuluh tahun terakhir, konsumsi BBM (Bahan Bakar Minyak)
nasional mengalami peningkatan yang signifikan. Saat ini, penggunaan BBM oleh
masyarakat mencapai lebih dari 1.5 juta barel per hari (SKK Migas 2015).
Berdasarkan BPPT (2016), pada tahun 2014 konsumsi energi final menurut jenis
selama tahun 2000-2014 masih didominasi oleh BBM. Konsumsi jenis bensin
sebesar 45.5%, minyak solar 45.2%, avtur 6.3%, dan minyak tanah serta minyak
bakar masing-masing sebesar 1.5%. Oleh karena itu, kini penggunaan bahan bakar
alternatif terutama pada mesin pembakaran dalam telah menjadi objek yang
menarik untuk terus dikembangkan. Penggunaan bahan bakar alternatif tidak bisa
lepas dari dua masalah global yaitu ketersediaan minyak mentah yang terus
menurun dan masalah emisi gas buang yang semakin memprihatinkan. Usaha yang
kini terus dilakukan yaitu mengembangkan bahan bakar alternatif yang
dimungkinkan untuk menurunkan emisi gas buang serta biaya bahan bakar yang
relatif rendah. Salah satu upaya untuk menjawab permasalahan tersebut yaitu
dengan menggunakan bahan bakar ganda.
Penggunaan bahan bakar ganda khususnya bagi para petani dan nelayan di
Indonesia telah banyak dimanfaatkan, terutama kombinasi antara solar dengan LPG
(Liquified Petroleum Gas) untuk bahan bakar penggerak bertenaga diesel. Namun,
kendala yang dihadapi yaitu perbandingan komposisi campuran gas dan udara yang
masuk ke ruang pembakaran dilakukan secara tidak tepat. Perbandingan komposisi
yang tidak tepat tersebut dilakukan dengan pembukaan katup aliran gas pada
regulator yang dilakukan secara coba-coba. Sehingga mempengaruhi kinerja,
performa, dan efisiensi mesin yang pada akhirnya akan mempengaruhi biaya bahan
bakar yang harus dikeluarkan.
Berdasarkan permasalahan tersebut, pada penelitian ini akan ditentukan suatu
desain sistem penggunaan kombinasi bahan bakar ganda (solar – LPG) untuk motor
bakar bertenaga diesel. Penggunaan analisis biaya dilakukan untuk mengetahui
perbandingan biaya yang dikeluarkan jika menggunakan bahan bakar solar
sepenuhnya dan jika menggunakan kombinasi bahan bakar ganda. Simulasi
pencampuran udara dan LPG yang dilakukan adalah simulasi aliran fluida untuk
mengetahui kontur pencampuran dari setiap range penentuan bukaan katup.
Perumusan Masalah
Dalam penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG diperlukan studi
ilmiah dalam perbandingan komposisi bahan bakar diantara keduanya, karena
masalah yang terjadi di masyarakat saat ini adalah penggunaan yang sebatas
mencoba tanpa adanya dukungan data yang ilmiah. Perbandingan biaya dari segi
ekonomi akan menjawab pertanyaan benar atau tidaknya menggunakan kombinasi
bahan bakar LPG jauh lebih murah dibanding hanya menggunakan solar, tentunya
dengan data dan analisis yang mendukung.
2
Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah mendesain sistem penggunaan kombinasi bahan
bakar (solar - LPG) dari variasi pembukaan katup pada regulator, serta menganalisis
kelayakan penggunaan kombinasi solar – LPG sebagai bahan bakar motor diesel
dengan perbandingan harga antara hanya menggunakan solar dengan kombinasi
solar – LPG.
TINJAUAN PUSTAKA
Motor Diesel
Motor diesel biasanya disebut juga “motor penyalaan - kompresi”
(“compression - ignition engine”) oleh karena penyalaan bahan bakarnya dilakukan
dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara bertekanan dan bertemperatur
tinggi, sebagai akibat dari proses kompresi (Arismunandar 1993).
Pembakaran merupakan suatu reaksi kimia yang melibatkan kombinasi bahan
bakar dan oksigen untuk menghasilkan panas dan produk pembakaran. Konsep
pembakaran pada motor diesel udara dikompresi ke temperatur di atas temperatur
auto ignition dari bahan bakarnya (175°C sampai 370°C), kemudian pembakaran
dimulai saat bahan bakar yang diinjeksikan kontak dengan udara panas tersebut.
Gambar 1 Diagram P-v dan Diagram T-s siklus ideal diesel
Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan
panas pada volume konstan (Cengel & Boles 2006). Siklusnya seperti pada diagram
P-v dan T-s diatas (Gambar 1). Siklus tersebut terdiri dari empat buah proses
berantai yang reversible secara internal. Proses 1-2 isentropik, 2-3 penambahan
kalor. Pada siklus diesel, kalor dipindahkan pada tekanan konstan. Proses 3-4
ekspansi isentropik, dan proses 4-1 pelepasan kalor pada volume konstan, dimana
kalor keluar dari udara ketika piston berada pada titik mati bawah.
3
Solar
Bahan bakar solar adalah fraksi minyak bumi yang mendidih pada suhu
sekitar 175°C sampai 370°C dan digunakan sebagai bahan bakar motor diesel.
Salah satu sifat bahan bakar solar yang terpenting adalah kualitas penyalaan.
Kualitas penyalaan bahan bakar solar berhubungan dengan kelembapan penyalaan.
Kualitas penyalaan bahan bakar solar dinyatakan dalam angka cetan. Angka cetan
bahan bakar solar dengan kecepatan tinggi mempunyai harga antara 40 – 60
(Hardjono 2000).
Karakteristik bahan bakar motor diesel (solar) yaitu:
a. Volatilitas (penguapan)
Penguapan adalah sifat kecenderungan bahan bakar untuk berubah fasa
menjadi uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang rendah menandakan
tingginya penguapan. Makin rendah suhu ini berarti makin tinggi penguapannya.
b. Titik Nyala
Titik nyala adalah titik temperatur terendah dimana bahan bakar dapat
menimbulkan uap yang dapat terbakar ketika disinggungkan dengan percikan atau
nyala api. Nilai titik nyala berbanding terbalik dengan penguapan.
c. Viskositas
Viskositas menunjukan resistansi fluida terhadap aliran. Semakin tinggi
viskositas bahan bakar, semakin sulit bahan bakar itu diinjeksikan. Peningkatan
viskositas juga berpengaruh secara langsung terhadap kemampuan bahan bakar
tersebut bercampur dengan udara.
d. Kadar Sulfur
Kadar sulfur dalam bahan bakar solar yang berlebihan dapat menyebabkan
terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya
partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran.
Liquefied Petroleum Gas (LPG)
Liquefied Petroleum Gas (LPG) atau lebih dikenal dengan elpiji adalah gas
minyak bumi yang dicairkan pada suhu biasa dan tekanan sedang, sehingga elpiji
dapat disimpan dan diangkut dalam bentuk cair dalam bejana dengan satuan
tekanan. Komponen elpiji di Indonesia yang diproduksi Pertamina didominasi
propana (C3H8) dan butana (C4H10) lebih kurang 99% dan selebihnya adalah gas
pentana (C5H12) dan etana (C2H6). Elpiji memiliki nilai oktan sebesar 110, serta
massa jenis bahan bakar sebesar 1.5 kg/m3 (Purnama 2010). Bahan bakar LPG
mempunyai suhu penyalaan sendiri 500 °C, lebih tinggi dibanding bahan bakar
diesel 245 °C (Yunianto 2008) . Tekanan uap elpiji cair dalam tabung sekitar 5.0 –
6.2 kg/cm2 (Swain 1983). Data komposisi molekus gas LPG secara detail dapat
dilihat pada Tabel 1.
Jika terjadi kebocoran, gas cenderung berada dibawah karena sifatnya yang
lebih berat dari udara dan akan menempati permukaan tanah, yang apabila
terkonsentrasi dapat berpotensi menyebabkan kebakaran. Merkeptan sulfur
digunakan untuk mengindikasi kebocoran dengan cepat, merkeptan sulfur memiliki
bau yang sangat menyengat dan mudah menguap.
4
Tabel 1 Data komposisi LPG
Molekul Gas Komposisi (%) Berat Molekul Densitas (kg/m3)
Propana (C3H8) 29.3 44.09 1.88
Butana (C4H10) 69.7 58.1 2.48
Pentana (C5H12) 0.62 72.15 626
Etana (C2H6) 0.38 30.07 1.26
Sumber: BP Migas (2012)
Dual Fuel System (solar – LPG)
Dual fuel system solar – LPG adalah sistem bahan bakar yang menggunakan
dua jenis bahan bakar sekaligus di dalam bekerjanya motor penggerak yaitu solar –
LPG melalui sedikit modifikasi mixer motor pada intake manifold dan
menggunakan peralatan konversi LPG. LPG bercampur udara di mixer masuk ke
dalam silinder motor penggerak, kemudian dikompresi di ruang bakar untuk
selanjutnya terbakar bersama solar (Oktavin 2011).
Computational Fluid Dynamic (CFD)
Menurut Heng (2008), software CFD memungkinkan penggunanya untuk
membuat virtual prototype dari sebuah sistem atau alat yang ingin dianalisis dengan
menerapkan kondisi nyata di lapangan. Software CFD akan memberikan data-data,
gambar-gambar, atau kurva-kurva yang menunjukkan dari performansi keandalan
sistem yang akan didesain. Hasil analisis CFD umumnya berupa prediksi kualitatif
meski terkadang kuantitatif (bergantung pada data yang dimasukkan). Sebuah
perangkat lunak CFD dapat memberikan kemudahan dalam mengsimulasikan
perpindahan panas, perpindahan massa, benda-benda bergerak, aliran multifasa,
reaksi kimia, serta aliran fluida seperti tampak pada Gambar 2.
Gambar 2 Penggunaan CFD dalam mengetahui kontur pencampuran volume
bahan bakar (Septiansyah 2013)
5
METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Maret 2016 sampai dengan September
2016. Studi pustaka, pembuatan konsep desain dan gambar kerja dilakukan pada
bulan Maret – Mei 2016. Pembuatan prototipe dan pengujian dilakukan dari bulan
Mei – Agustus 2016. Selang waktu tersebut juga digunakan untuk perbaikan dan
penyempurnaan prototipe. Tempat pembuatan alat konsumsi bahan bakar, mixer
LPG, serta pengujian dilaksanakan di Laboratorium Lapangan Siswadhi Soepardjo.
Desain gambar teknik dilakukkan di Engineering Design Studio (EDS),
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut
Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
1. Gerinda
2. Las karbid
3. Mesin bubut
4. Mesin bor
5. Jangka sorong
6. Penggaris
7. Set kunci pas
8. Motor diesel
9. Multimeter
10. Tachometer
11. Regulator tekanan tinggi
12. Selang bahan bakar
13. Komputer
14. Software Solid works
15. Lampu halogen 2000 watt
16. Busur
17. Generator
18. CFD simulation Solid works
Bahan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini meliputi:
1. LPG 3 Kg
2. Solar
3. Besi
4. Timah (solder)
5. Lem campur
6
Tahapan Penelitian
Gambar 3 Diagram alir penelitian
Mulai
Identifikasi masalah
Merumuskan kriteria rancangan alat
ukur konsumsi bahan bakar :
Solar
Gas LPG
Pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar
Solar
Uji fungsional prototipe
Ya
Tidak
Pengembangan dan merumuskan perhitungan persen (%)
bukaan katup pada regulator tekanan tinggi dan mixer LPG
Pembuatan prototipe mixer LPG
Uji fungsional katup dan
prototipe mixer LPG
Tidak
Pengujian dan pengukuran kinerja motor bakar
Analisis dan pengolahan data
Selesai
Gambar teknik dan simulasi mixer LPG Data
pendukung
Ya
7
Identifikasi Masalah
Penggunaan LPG sebagai bahan bakar di Indonesia mulai banyak digunakan,
terutama pada sektor pertanian dan perikanan. Dalam penggunaannya terdapat
kendala yang dihadapi, Budiyanto (2012) menyatakan kendala penggunaan bahan
bakar ganda khususnya pada beban menengah dan tingkat subtitusi yang tinggi
sebagai akibat dari peningkatan delay propagasi pengapian adalah akibat campuran
miskin bahan bakar udara-gas, yang dalam kondisi seperti ini berakibat tidak
sempurnanya pembakaran dan atau lebih banyak bahan bakar gas yang tidak
terbakar dibanding aplikasi bahan bakar petrodiesel murni.
LPG yang digunakan sebagai bahan bakar harus mempertimbangkan debit
yang masuk ke dalam ruang pembakaran. Pertimbangan tersebut didasarkan pada
katup regulator yang dibuka, sehingga saat berada pada mixer gas LPG memiliki
komposisi ideal dimana udara juga memliki proporsi dalam proses pembakaran
yang berlangsung. Karena komposisi LPG berlebih dibanding udara akan
menyebabkan pembakaran yang tidak sempurna dan engine akan mati dengan
sendirinya. Oleh sebab itu harus dilakukan penelitian terhadap proporsi gas LPG
yang masuk ke ruang pembakaran berdasarkan bukaan katup regulator yang
digunakan. Sehingga memungkinkan LPG dijadikan bahan bakar dengan
mengetahui debit serta performansi engine yang dihasilkan. Analisis ekonomi
dilakukan untuk mengetahui total biaya yang harus dikeluarkan saat menggunakan
kombinasi bahan bakar atau hanya menggunakan solar sepenuhnya.
Perumusan Rancangan Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar
a) Alat ukur konsumsi bahan bakar solar
Konsumsi bahan bakar solar pada engine dilakukan dengan
menggantikan saluran bahan bakar dari tangki solar yang ada pada motor
bakar diesel ke dalam sebuah wadah yang transparan. Dengan demikian
penurunan jumlah bahan bakar dapat diamati. Wadah ini kemudian akan
disebut sebagai alat ukur konsumsi bahan bakar.
Alat ukur konsumsi bahan bakar yang digunakan terdiri dari selang
plastik transparan, botol minuman, corong kaca, selang bahan, dan keran
bahan bakar. Botol plastik digunakan sebagai penampung sementara sehingga
bahan tidak cepat habis selama mesin dinyalakan, pemilihan botol plastik
yang digunakan adalah botol plastik transparan dengan tujuan agar dapat
mengetahui volume bahan bakar pada botol sewaktu-waktu harus diisi
kembali. Botol dilubangi pada bagian atas dan bagian bawah untuk
menyambungkan botol dengan selang ukur (bagian atas botol) dan selang
menuju ruang bakar (bagian bawah botol) menggantikan saluran bahan bakar
dari tangki motor, sehingga solar di dalam botol mengalir ke ruang
pembakaran. Diantara lubang bawah botol dan selang diberikan keran agar
sewaktu-waktu tidak digunakan solar dapat ditutup. Botol dan selang di
sambung dan ditutup dengan campuran lem “Dextone” yang cukup banyak
untuk menghindari adanya kebocoran pada sambungan. Desain alat ukur
konsumsi bahan bakar solar dibuat menggunakan software CAD Solidworks
yang dapat dilihat pada Gambar 4.
8
Gambar 4 Konsep desain alat ukur konsumsi solar
Alat ukur panjang yang digunakan berupa kertas putih yang dijadikan
background dan penggaris sepanjang 60 cm yang diletakkan diatasnya
kemudian diikat dengan tali tis. Lalu selang diletakkan disamping mistar,
sehingga dapat diketahui penurunan solar yang terjadi.
Selang digunakan untuk mengamati kecepatan penurunan volume
bahan bakar selama pengujian konsumsi bahan bakar. Selang ini dipasang
tegak lurus sehingga penurunan volume bahan bakar dapat diamati. Ukuran
selang yang digunakan adalah diameter luar 10 mm, dengan ketebalan
dinding 3.5 mm berdasarkan pengukuran dengan jangka sorong. Dengan
demikian diameter dalam selang adalah 6.5 mm. Karena dimensi selang yang
bermacam-macam dan belum diketahui volume selang dalam ketinggian 1
cm, maka untuk mengetahui volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm
harus dihitung menggunakan rumus berikut:
a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm :
𝑉 = (1
4𝜋 × 𝑑2) × ℎ (1)
Keterangan : 𝑉 = Volume selang (ml)
𝜋 = 3.14
𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter
selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm)
ℎ = tinggi, 1 cm
𝑉 = (1
4× 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2) × 1 𝑐𝑚
𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar
sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume
bahan bakar sebesar 10 ml.
9
b. Laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm :
𝑄 = 𝑉
𝑡 (2)
Keterangan : 𝑄 = laju aliran bahan bakar (ml/s)
𝑉 = volume selang dalam ketinggian 30.5 cm (ml)
𝑡 = waktu untuk penurunan permukaan 30.5 cm (s)
c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam
maka laju aliran bahan bakar dikonversi dengan persamaan :
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙
𝑠
× (3600 𝑠/1000 𝑚𝑙) (3)
b) Alat ukur konsumsi gas LPG
LPG adalah bahan bakar berwujud gas, oleh karena itu pengukuran
konsumsi bahan bakar tidak seperti solar atau bahan bakar lainnya. Sifat fisik
bahan bakar gas yang memiliki nilai spesifik grafity dibawah udara
menyebabkan tidak dapat menggunakan metode penimbangan. Hal tersebut
mewujudkan adanya pembuatan alat ukur debit gas dengan output berupa
tekanan (Pa) dan debit (l/min). Alat ini dibuat dengan menggunakan prinsip
venturi untuk mendapatkan nilai debit. Alat ukur konsumsi gas LPG terdiri
dari regulator LPG tekanan tinggi, tabung gas LPG, mikrokontroler dan LCD,
tabung venturi, sensor tekanan, dan selang bahan bakar gas yang instalasinya
dapat dilihat seperti pada Gambar 5.
Gambar 5 Desain dan instalasi alat ukur konsumsi gas LPG
Tabung LPG
3 kg
Mikrokontroler
dan LCD
(tekanan dan
debit)
Tabung
venturi
Sensor tekanan
Regulator tekanan
tinggi
Selang bahan bakar
gas
10
Selang transparan Pengukur ketinggian
permukaan bahan bakar
Botol penampung
Keran on - off Selang bahan bakar
Hasil tampilan output pada tampilan LCD terdiri dari tekanan dan debit
dapat dilihat pada Gambar 6. Dibuat dengan menggunakan sensor perbedaan
tekanan MPX5050dp dan Mikrokontroler Atmega 8535 sehingga dapat
diubah kenilai debit menggunakan persamaan venturi dengan skema
pemrograman tertentu (Septiansyah 2013).
Gambar 6 Tampilan LCD pada alat ukur venturi digital
Pembuatan Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Solar
Pembuatan dari prototipe alat ukur konsumsi bahan bakar dilakukan secara
manual, dengan bahan rangka kayu dan memiliki tinggi 2 meter. Dimensi alat ukur
konsumsi bahan bakar solar adalah 30 cm x 20 cm x 200 cm. Motor penggerak
dengan dudukannya memiliki ketinggian 100 cm, oleh karena itu dengan tujuan
agar solar dapat mengalir ke saluran bahan bakar maka ketinggian botol penampung
dari tanah adalah 110 cm. Pembuatan dilakukan di Bengkel Metanium Siswadhi
Soepardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, IPB. Hasil pembuatan alat
konsumsi bahan bakar solar dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7 Hasil pembuatan alat ukur konsumsi bahan bakar solar
11
Pengujian Fungsional Alat Ukur Konsumsi Bahan Bakar Solar
Uji fungsional dilakukan dengan mengisi wadah botol dengan solar dan
menyambungkan selang bahan bakar ke lubang pemasukan bahan bakar pada
motor. Kemudian motor dinyalakan dan dilihat penurunan solar yang terjadi.
Pengecekan kebocoran juga dilakukan pada bagian lubang yang telah di
rekatkan/diberi lem. Di dalam pengisian bahan bakar solar ke dalam wadah botol
penampung sementara harus dilakukan secara perlahan agar bahan bakar solar tidak
tumpah karena diameter corong yang digunakan kecil mengikuti diameter selang
pada alat ukur konsumsi bahan bakar solar.
Perhitungan Persen (%) Bukaan Katup
Regulator gas yang digunakan adalah regulator tekanan tinggi dengan
spesifikasi seperti pada Tabel 2 :
Tabel 2 Spesifikasi regulator yang digunakan
Sebelum menentukan range pembukaan katup LPG, terlebih dahulu
ditentukan derajat maksimum saat katup dibuka penuh. Pengukuran dilakukan
dengan menggunakan busur, dengan cara menempatkan busur pada titik saat katup
dalam keadaan tertutup. Saat katup dalam keadaan tertutup (gas tidak dapat
dialirkan melalui regulator) pada bagian leher keran regulator diberikan tanda
menggunakan cat putih. Tanda yang diberikan berupa garis lurus vertikal sejajar
dengan keran regulator yang digunakan. Selanjutnya keran regulator diputar hingga
katup terbuka penuh (100%).
Didapatkan bahwa keran berputar mengulangi tanda titik awal (cat putih)
sebanyak tiga kali ulangan putar ditambah 120° sisa bukaan, dimana satu kali
pengulangan sebesar 360°. Artinya total pembukaan katup hingga keadaan terbuka
maksimum adalah 1200.
Total pembukaan katup
= (360°×jumlah putaran penuh) + sisa derajat putaran (4)
Kemudian dilakukan penentuan range 5% hingga 100% dengan cara total
nilai bukaan penuh katup dikalikan dengan range % (persen) bukaan katup, maka
didapat nilai derajat untuk range tersebut adalah sebagai berikut. Setelah
didapatkan nilai derajat untuk masing-masing range bukaan katup, dengan
menggunakan kertas putih yang telah diberikan nilai range lalu direkatkan pada
leher regulator.
Spesifikasi Regulator Keterangan
Jenis Regulator Regulator tekanan tinggi
Merk / Type Winn gas / W 181 M
Kapasitas Aliran Gas ( kg/h) 0 - 6
Tekanan Keluar ( kg/cm2) 0 - 2
Tekanan Masuk ( kg/cm2) 0.7 - 20
Kapasitas Tabung LPG ( kg) 3 - 12
12
Tabel 3 Nilai masing-masing bukaan katup
Persen (%) Bukaan Katup Nilai (°)
5 60
10 120
15 180
20 240
25 300
30 360
35 360 + 60
40 360 +120
45 360 +180
50 360 + 240
55 360 + 300
60 360 + 360
65 360 + 420
70 360 + 480
75 360 + 540
80 360 + 600
85 360 + 660
90 360 + 720
95 360 + 780
100 360 + 840
Lalu masing-masing nilai diberikan tanda menggunakan kertas yang diberi
nilai pada bagian leher regulator seperti pada Gambar 8.
Gambar 8 Pemberian tanda persen bukaan katup pada regulator
Nilai persen
(%) bukaan
katup
13
Analisis Teknik Mixer LPG
Analisis teknik dilakukan untuk mengetahui kecepatan aliran udara dengan
desain yang dibuat pada leher mixer pada kecepatan motor maksimum, sehingga
pencampuran antara udara dan LPG dapat berlangsung dengan baik. Perhitungan
yang digunakan antara lain laju intake volumetric, kecepatan aliran udara pada leher
mixer, luas penampang leher mixer, dan debit dalam satu kali intake.
Mixer LPG ini memiliki panjang total 50 mm, diameter lubang bagian depan
disamakan dengan diameter saluran saringan udara, yaitu 28 mm. Diameter bagian
belakang sama dengan diameter intake manifold pun terhitung 28 mm. Serta
diameter lubang LPG disamakan dengan diameter keran bahan bakar sebagai
pengatur on – off yaitu 14 mm.
Gambar Teknik Mixer LPG
Gambar teknik mixer dilakukan setelah perhitungan teknis. Proses gambar
teknik dilakukan dengan menggunakan bantuan Computer Aided Design (CAD)
oleh piranti lunak Solidworks 2016. Hasil gambar teknik mixer LPG dapat dilihat
pada Gambar 9.
a. Gambar teknik tampak 2 dimensi b. Gambar teknik tampak 3 dimensi
Gambar 9 Gambar teknik mixer LPG
Simulasi CFD
Simulasi CFD dilakukan untuk melihat kontur campuran LPG dan udara dari
pendekatan hasil teoritis dengan pengaturan bukaan katup regulator. Simulasi CFD
ini menggunakan software CAD Solidworks yang di dalamnya terdapat menu flow
simulation yang memungkinkan pengguna untuk melakukan simulasi CFD. Dalam
melakukan simulasi CFD diperlukan beberapa penginputan parameter yang akan
dijadikan boundary conditions dalam simulasi kali ini.
Pada awalnya kita memilih sistem unit SI yang akan digunakan project ini.
Type analysis yang digunakan adalah internal flow. Konsep internal flow adalah
aliran dalam suatu wadah atau aliran yang dibatasi oleh permukaan. Karena
analysis type yang digunakan adalah internal flow maka kita dapat mengabaikan
exclude cavities without conditions, sehingga proses running tidak membutuhkan
memori yang terlalu besar. Selanjutnya penginputan project fluids yang digunakan
terdiri dari air (gases), butane (gases), dan propane (gases). Penggunaan butana
dan propana karena komponen LPG yang diproduksi Pertamina didominasi oleh
molekul gas tersebut lebih kurang 99%. Jenis aliran yang digunakan adalah aliran
14
turbulen yang memiliki nilai bilangan Reynold (Re) > 4000. Pada default wall
thermal condition, parameter yang digunakan adalah adiabatic wall, dimana wall
akan terisolasi sempurna. Ini karena kita tidak mempertimbangkan panas konduksi
dalam solid, dan kita memiliki pilihan untuk mendefinisikan nilai panas konduksi
untuk permukaan yang kontak dengan fluida saja.
Sebuah boundary condition diperlukan sebagai jalan masuk atau keluar fluida
pada sistem CFD dan dapat ditetapkan sebagai pressure, mass flow, volume flow,
atau velocity. Engineering goals adalah parameter yang ditekankan dalam output.
Pada dasarnya adalah merupakan cara untuk menyampaikan ke proses perhitungan
flow simulation sehingga mengurangi waktu untuk mencapai solusi yang
konvergen. Engineering goals dapat diatur dalam global domain (global goals).
Dalam volume domain (volume goals), di daerah surface domain (surface goals),
atau point domain (point goals). Selanjutnya, flow simulation dapat
mempertimbangkan rata-rata nilai, nilai maksimum atau nilai minimum untuk
tujuan tertentu. Dalam project kali ini parameter engineering goals yang ditekankan
diantaranya pressure, velocity, volume fraction (air - LPG), dan density.
Pembuatan Mixer LPG
Pembuatan dari prototipe mixer dilakukan secara manual tanpa adanya
pencetakan komponen secara tepat dan presisi. Bahan yang digunakan adalah besi
pipa dengan diameter dalam lubang 28 mm, tebal 7.5 mm, dan panjang 50 mm.
Pabrikasi dilakukan di Bengkel Metanium Siswadhi Soepardjo, Departemen
Teknik Mesin dan Biosistem, IPB.
Pengujian Fungsional Mixer LPG
Instalasi dilakukan dengan cara menyambungkan bagian depan mixer dengan
lubang saringan udara dan bagian belakang mixer dengan intake manifold pada
engine. Lubang pada bagian tengah mixer disambungkan dengan selang pemasukan
gas LPG. Selanjutnya motor diesel dinyalakan, pembukaan keran pada regulator di
buka, hingga motor dapat hidup dalam keadaan stabil. Apabila motor bakar hidup
dalam keadaan tidak stabil maka perlunya pengulangan pada proses perumusan
konsep perancangan hingga motor yang diuji hidup dalam keadaan stabil. Instalasi
mixer LPG yang ditempatkan pada saluran udara dapat dilihat pada Gambar 10.
Gambar 10 Sketsa instalasi mixer LPG pada engine
Mixer LPG
Selang
pemasukan
gas LPG
15
Pengujian dan Pengukuran Kinerja Motor Bakar
Pengujian dilakukan dalam dua tahap yaitu 1) pengujian yang dilakukan tanpa
menggunakan beban dan 2) pengujian yang dilakukan dengan menggunakan beban,
berupa lampu halogen dengan daya 2000 watt. Kecepatan motor yang digunakan
sebesar 2000 rpm, dengan mencoba terlebih dahulu perlakukan yang dapat
digunakan saat pembukaan katup setiap kelipatan 5 % (5 % – 100 %).
Pengukuran konsumsi bahan bakar solar dilakukan dengan cara menghitung
waktu yang dibutuhkan setiap penurunan 10 ml solar menggunakan stopwatch.
Pengukuran konsumsi gas LPG dilakukan dengan menggunakan alat ukur debit gas
dengan range pembukaan katup LPG yang bervariasi.
Gambar 11 Layout pengujian kerja
Pengukuran kecepatan motor diakukan disetiap pembukaan katup gas LPG
dengan beban dan tanpa beban menggunakan tachometer. Pengulangan dilakukan
sebanyak tiga kali disetiap pembukaan persen katup gas LPG dengan layout kerja
penelitian seperti pada Gambar 11.
Analisis dan Pengolahan Data
Analisis yang akan dilakukan setelah pengujian adalah analisis perbandingan
konsumsi bahan bakar antara solar dan LPG dengan menggunakan beban dan tanpa
menggunakan beban pada kecepatan motor 2000 rpm, hasil uji kecepatan motor
dengan variasi pembukaan persen katup regulator dengan beban dan tanpa beban,
waktu konsumsi bahan bakar solar dengan perlakuan variasi pembukaan katup
regulator dengan beban dan tanpa beban. Serta analisis dari segi ekonomi yaitu
perbandingan harga antara menggunakan solar 100% dengan menggunakan
kombinasi bahan bakar solar - LPG.
Analisis CFD juga akan digunakan untuk mengetahui kontur pencampuran
yang terjadi antara udara dengan bahan bakar LPG dari setiap range bukaan katup
yang dilakukan. Analisis CFD menggunakan Solidworks software, selain dapat
melihat kontur pencampuran yang terjadi dengan software ini dapat ditentukan
pencampuran yang terbaik berdasarkan data yang diperoleh dari hasil simulasi
Alat ukur
konsumsi
bahan bakar
solar
LPG 3 kg
Alat ukur
konsumsi
gas LPG
Generator
Engine
Lampu
halogen
2000 watt
16
PENDEKATAN RANCANGAN
Analisis Rancangan Fungsional
Berdasarkan kriteria rancangan mixer dibuat dengan bagian-bagian yang
terdiri dari flens, badan selongsong, serta keran gas, alat ukur konsumsi bahan bakar
solar dibuat dengan bagian-bagian seperti selang plastik transparan, botol, corong,
selang bahan bakar, rangka, corong, dan keran bahan bakar, alat ukur konsumsi gas
dibuat dengan bagian-bagian seperti venturi, sensor perbedaan tekanan,
mikrokontroler, serta tampilan LCD. Penjelasan fungsi dari masing-masing
komponen dapat dilihat pada Tabel 4.
Tabel 4 Rancangan fungsional pengujian
Komponen Rancangan Fungsional
Flens
Flens atau dudukan merupakan bagian yang
menghubungkan selongsong dengan motor dan
saringan udara serta menjaga agar selongsong
diam pada tempatnya.
Badan selongsong Sebagai penghubung udara dengan gas LPG dan
tempat terjadinya pencampuran keduanya.
Keran gas Menutup dan membuka aliran gas saat
digunakan dan tidak digunakan.
Selang plastik transparan
Untuk mengamati kecepatan penurunan volume
bahan bakar selama pengujian konsumsi bahan
bakar.
Botol 250 ml
Sebagai penampung sementara sehingga bahan
bakar tidak cepat habis selama mesin
dinyalakan.
Corong Mempermudah pemasukan solar ke dalam alat
ukur konsumsi bahan bakar.
Rangka Penegak atau penopang komponen lain seperti
botol, selang, keran, dll.
Sensor perbedaan tekanan Untuk membaca dan mengetahui nilai tekanan
yang mengalir selama pengujian berlangsung.
Mikrokontroler Untuk mengontrol suatu proses atau aspek-
aspek dari lingkungan.
Venturi
Mampu menyalurkan campuran gas LPG dan
udara ke dalam silinder serta mampu menjaga
tekanan saat proses intake (Septiansyah 2013).
LCD Menapilkan hasil output dari proses yang
terjadi.
17
Analisis Rancangan Struktural
Analisis struktural diperlukan untuk mengetahui kecepatan aliran udara
dengan desain yang dibuat pada leher mixer tidak melebihi 150 m/s pada kecepatan
motor maksimum (Mitzlaff 1988), sehingga pencampuran antara udara dan LPG
dapat berlangsung dengan baik. Perhitungan diameter leher mixer agar
kecepatannya tidak melebihi batas tersebut, maka harus dihitung laju intake
volumetric menggunakan persamaan 5 (Siripornakarachi 2007):
𝑉𝑖 =𝐷 × 𝑁𝑚𝑎𝑥
2000 × 60 (5)
Keterangan : 𝑉𝑖 = Laju intake volumetric (m3/s)
𝐷 = Kapasitas silinder motor (liter)
𝑁𝑚𝑎𝑥 = Kecepatan putar motor maksimum (rpm)
Diameter leher mixer dibuat sama dengan diameter lubang intake manifold
yaitu sebesar 28 mm, tidak dibuatkannya venturi dikarenakan gas LPG yang masuk
sudah bertekanan tinggi sehingga tidak diperlukannya venturi sebagai peningkatan
laju tekanan pada leher mixer. Namun demikian, juga harus dianalisis bahwa aliran
udara yang masuk tidak melebihi 150 m/s pada kecepatan motor maksimum.
Memastikan kecepatan aliran udara di dalam leher mixer tidak melebihi batas, maka
kecepatan dihitung dengan persamaan 6 (Mitzlaff 1988).
𝑣 = 𝑉𝑖
𝐴𝑣 (6)
Keterangan : 𝑣 = Kecepatan aliran udara pada leher mixer (m/s)
𝑉𝑖 = Laju intake volumetric (m3/s)
𝐴𝑣 = Luas penampang leher mixer (m2/s)
Luas penampang leher mixer dapat dihitung menggunakan persamaan 7
(Mitzlaff 1988).
𝐴𝑣 = 𝜋𝑑2
4 (7)
Keterangan : 𝐴𝑣 = Luas penampang leher mixer (mm2/s)
𝑑 = Diameter leher mixer (m)
Menggunakan asumsi putaran motor maksimum 2600 rpm dan diameter leher
mixer sebesar 28 mm, didapatkan laju intake volumetric motor sebesar 0.0871 m3/s
dan kecepatan udara pada leher mixer sebesar 141.62 m/s, atau dalam 1 kali intake
ialah 4.467 x 10-3 m3/s dan 4.46 m/s yang artinya desain mixer LPG ini masih layak
untuk dibuat. Perhitungan yang lebih jelas dapat dilihat pada Lampiran 4 dan 5.
18
HASIL DAN PEMBAHASAN
Liquefied Petroleum Gas (LPG) merupakan salah satu bahan bakar berbentuk
gas yang dapat diterapkan ke dalam motor diesel terutama pada Dong Feng/R-180.
Perlunya beberapa analisis dalam pemanfaatan LPG didalam penerapannya.
Analisis tersebut berupa pembukaan katup regulator yang diizinkan, debit
pemasukan gas, kecepatan aliran udara di dalam mixer, serta analisis perbandingan
harga pemakaian solar dan kombinasi solar – LPG. Hal tersebut dapat
memaksimalkan penggunaan kombinasi bahan bakar, serta menetukan kelayakan
penggunaan kombinasi solar -LPG sebagai bahan bakar motor diesel.
Analisis Simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD)
Berikut ini merupakan hasil pabrikasi dari mixer LPG (Gambar 12). Simulasi
CFD akan menggunakan desain mixer seperti pada gambar 12 yang telah dilakukan
beberapa analisis untuk menentukan diameter inlet dan outlet dari mixer.
Gambar 12 Mixer hasil pabrikasi dan desain
digunakan dalam simulasi CFD
Dalam menentukan pertimbangan kondisi batas untuk persen (%) bukaan
katup 20 hingga 40 persen pada simulasi kali ini, maka didasarkan pada beberapa
penginputan parameter seperti tekanan atmosfer, tekanan LPG, serta debit
masuknya gas LPG setiap variasi bukaan. Pendekatan simulasi dilakukan dengan
cara penginputan data input tekanan atmosfer sebesar 101325 Pa pada lubang inlet
udara dan penginputan tekanan LPG pada lubang inlet LPG sebesar 201260 Pa
(20%), 218080 Pa (25%), 237239 Pa (30%), 260534 Pa (35%), dan 332549 Pa
(40%). Selanjutnya data input debit LPG sebesar 0.000167 m3/s (20%), 0.0004 m3/s
(25%), 0.00045 m3/s (30%), 0.000608 m3/s (35%), dan 0.000872 m3/s (40%)
diletakan pada lubang pemasukan gas LPG pada mixer. Pendekatan CFD
menghasilkan kontur pencampuran volume LPG dengan udara seperti pada Gambar
13 dan Gambar 14.
19
20% 25%
30% 35%
40%
Gambar 13 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan
katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak samping)
20
20% 25%
35% 30%
40%
Gambar 14 Fraksi volume campuran LPG dan udara terhadap persen bukaan
katup pada regulator dengan simulasi CFD (tampak atas).
21
Tampak Atas
Tampak Samping
Tampak Samping
Hasil dari kontur simulasi CFD menunjukan percampuran LPG yang paling
baik dan merata terjadi pada bukaan 30% dengan hasil rata-rata campuran 0.064.
Pendekatan simulasi CFD menghasilkan hasil pencampuran yang sama dengan
hasil teoritis sebesar 0.064. Sementara itu hasil rata-rata pencampuran pada bukaan
katup 20%, 25%, 35%, dan 40% sebesar 0.023, 0.056, 0.081, dan 0.108.
Pencampuran LPG sangat dipengaruhi oleh kecepatan dan tekanan aliran bahan
bakar dan udara, selain itu faktor yang mempengaruhi adalah debit intake LPG yang
masuk ke dalam mixer LPG. Pendekatan CFD menghasilkan kontur tekanan dalam
mixer seperti pada Gambar 15.
Gambar 15 Tekanan dalam mixer pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD
22
Gambar 16 Kecepatan aliran pada bukaan katup 30% dengan simulasi CFD
Pada hasil simulasi CFD (Gambar 16) menunjukan pencampuran LPG dan
udara dapat berlangsung dengan tepat apabila di daerah lubang pencampuran lebih
kecil dibandingkan di daerah inlet LPG, apabila kecepatan inlet LPG lebih kecil
dibandingkan di daerah pencampuran maka tidak akan terjadi pencampuran secara
merata hingga keseluruh daerah mixer. Bukaan katup sangat mempengaruhi
kecepatan di daerah inlet LPG, semakin besar bukaan katup maka semakin besar
kecepatan di daerah inlet LPG. Kecepatan rata-rata inlet udara adalah 66.012 m/s,
kecepatan rata-rata inlet LPG adalah 118.043 m/s, dan kecepatan rata-rata outlet
adalah 86.937 m/s.
Tampak Atas
Tampak Samping
23
Tampak Samping
Tampak Samping
Tampak Atas
Percampuran yang merata menyebabkan adanya percampuran massa jenis
di ruang mixer LPG. Berdasarkan hasil simulasi yang telah dilakukan dihasilkan
percampuran massa jenis rata-rata di daerah manifold connection sebesar 1.32
kg/m3. Pendekatan CFD menghasilkan kontur pencampuran massa jenis LPG
dengan udara seperti pada Gambar 17.
Gambar 17 Massa jenis pencampuran LPG dan udara pada bukaan katup 30%
dengan simulasi CFD
24
Uji Pembukaan Katup Regulator
Pengujian persen (%) pembukaan katup dilakukan untuk mengetahui dalam
range 5 – 100 persen (dengan kelipatan 5%) pada pembukaan katup manakah
pemasukan gas LPG dapat digunakan. Pengujian dilakukan dengan kecepatan
motor 2000 rpm dengan hasil sebagai berikut, pada pembukaan katup gas LPG 5%
alat ukur debit gas belum mendeteksi laju pengeluaran yang terjadi, pembukaan
katup dinaikkan menjadi 10% dan 15% dengan hasil yang sama alat ukur debit gas
belum mendeteksi laju pengeluaran yang terjadi. Selanjutnya pembukaan katup
dinaikkan menjadi 20% dengan hasil alat ukur debit menunjukkan rata-rata laju
pengeluaran debit gas sebesar 10 liter/menit, pada pembukaan katup 25%
didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 24 liter/menit, pada
pembukaan katup 30% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit gas sebesar 27
liter/menit, pada pembukaan katup 35% didapatkan rata-rata laju pengeluaran debit
gas sebesar 36.57 liter/menit, pada pembukaan katup 40% didapatkan rata-rata laju
pengeluaran debit gas sebesar 52.43 liter/menit. Pada pembukaan katup sebesar
45% terjadi ledakan pada muffler yang sangat keras, tidak hanya terjadi sekali saat
mencoba kembali terjadi ledakan hingga beberapa kali sehingga disimpulkan
pembukaan katup yang dizinkan adalah 20 hingga 40 persen.
Terjadinya ledakan tersebut ditandai dengan keluarnya api bewarna merah
disertai suara dentuman yang sangat keras pada bagian muffler. Hal ini terjadi akibat
melimpahnya komposisi gas LPG yang masuk ke ruang pembakaran, sehingga
terjadinya pembakaran yang tidak sempurna. Padahal untuk menghasilkan
pembakaran yang sempurna dibutuhkan campuran udara dan bahan bakar dalam
takaran yang ideal. Hasil pengujian pembukaan katup regulator secara rinci dapat
dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil pengujian pembukaan katup regulator LPG
Bukaan
Katup (%)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
- - - √ √ √ √ √ × ×
55 60 65 70 75 80 85 90 95 100
× × × × × × × × × ×
Keterangan : - : Belum keluar, √ : Diizinkan, × : Tidak diizinkan
Uji Konsumsi Bahan Bakar
Uji konsumsi bahan bakar adalah pengujian yang dilakukan untuk
mengetahui jumlah bahan bakar solar dan LPG yang dihabiskan selama pengujian.
Pengujian dilakukan dengan dua perlakuan yaitu perlakuan tanpa beban dan
perlakuan menggunakan beban lampu halogen 2000 watt.
25
Didalam mesin, bahan bakar dibakar oleh campuran udara dan LPG. Udara
kering merupakan campuran berbagai gas yang memiliki komposisi representatif
23.3% oksigen, 78.09% nitrogen, dan sisanya berupa argon, CO2, neon, helium,
metana, dan gas lainnya. Dengan diinjeksikannya LPG maka campuran memiliki
gas tambahan seperti butana (C4H10) dan propana (C3H8) selebihnya adalah gas
pentana (C5H12).
Pada pembakaran, oksigen merupakan komponen reaktif dari udara. Sebelum
diinjeksikan ke ruang pembakaran, campuran udara dan bahan bakar LPG di mixer
terlebih dahulu. Gas propana, butana, dan pentana yang memiliki persentase
komposisi sebesar 29.3%, 69.7%, dan 1% (Anton 2013) direaksikan dengan
oksigen sehingga didapatkan rasio LPG dengan udara secara teoritis sebesar 1 :
15.52 (Lampiran 2). Udara dan LPG dikompresi pada tekanan 30 kg/cm2 – 35
kg/cm2 dan diatas temperatur auto ignition bahan bakar solar sebesar 245 ºC
dimana titik temperatur terendah bahan bakar solar berada. Saat kompresi
temperatur naik secara perlahan sampai mencapai titik bakarnya lalu solar
diinjeksikan, partikel bahan bakar solar dikabutkan halus dan bersinggungan
dengan udara – LPG dimana temperatur mencapai titik nyala LPG sebesar 500 ºC
dan terjadilah ledakan atau yang disebut dengan langkah kerja atau usaha.
Proses pembakaran (ignition point) bermula dari pembakaran yang terjadi
oleh bahan bakar solar yang menghasilkan suhu melebihi dari titik nyala LPG dan
selanjutnya diikuti dengan bahan bakar LPG sehingga kedua bahan bakar tersebut
terbakar pada langkah power. Berdasarkan segitiga perilaku api (Gambar 18),
oksigen adalah salah satu komponen dari proses pembakaran oleh karena itu
kaitannya dengan pembakaran pada motor diesel sangat penting. Motor diesel yang
tidak tersuplai oksigen maka tidak akan terjadi proses pembakaran. Energi yang
dihasilkan akan jauh lebih besar karena nilai kalor LPG dan solar sebesar 10920
kkal/kg dan 10917 kkal/kg sehingga tenaga yang dihasilkan motor diesel akan lebih
besar dibandingkan dengan hanya menggunakan solar dalam waktu yang sama.
Gambar 18 Segitiga perilaku api ( Kelvin et al. 2015)
26
Perlakuan Tanpa Beban
Pada pengujian konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban terlihat
pada Gambar grafik 19, bahwa debit konsumsi solar mengalami penurunan seiring
dengan penambahan jumlah gas yang diinjeksikan ke motor diesel. Salah satu hal
yang dapat mempengaruhi hal ini adalah flame speed dari LPG yang terlampau
lebih tinggi dari pada solar sendiri, dimana flame speed dari LPG adalah 82 cm/s
dan untuk solar hanya 30 cm/s (Sitorus 2002).
Gambar 19 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan tanpa beban pada
kecepatan motor 2000 rpm
Dengan kemampuan flame speed LPG yang sangat cepat ini menyebabkan
pembakaran dalam mesin tidak membutuhkan solar atau bahan bakar terlalu banyak
untuk membuat RPM tetap stabil. Hal ini dapat ditunjukan dengan perbandingan
udara dan solar 22:1(Dayang 2011), dengan adanya LPG dapat menggesar ratio
udara dan bahan bakar solar kearah F/A (air fuel ratio) yang lebih rendah atau
dengan kata lain bahan bakar yang dibutuhkan untuk nyala mesin yang stabil lebih
sedikit, yang disebabkan rentang nyala LPG yang lebih luas dibanding solar.
Dengan demikian LPG akan membuat ratio semakin lebar untuk titik tertingginya
dan terendahnya (Andrea 2004).
Konsumsi solar terbesar terjadi saat pengujian menggunakan solar 100%
konsumsi solar yang dibutuhkan per jamnya mencapai 0.75 liter. Konsumsi solar
terkecil terjadi saat pengujian pada pembukaan katup 40% sebesar 0.054 liter/jam.
Sementara itu konsumsi gas LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40%
mencapai 3.14 m3/h, dan konsumsi gas LPG terkecil terjadi pada pembukaan katup
20% sebesar 0.6 m3/h.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 20 25 30 35 40
Deb
it G
as
LP
G (
m³/
h)
Deb
it S
ola
r (l
iter/
jam
)
Bukaan Katup (%)
Solar Gas LPG
27
Perlakuan Menggunakan Beban
Pada pengujian konsumsi bahan bakar menggunakan beban, digunakan dua
buah lampu halogen yang masing-masing memiliki daya sebesar 1000 watt
kemudian lampu dirangkai secara paralel sehingga dayanya menjadi 2000 watt.
Hasil pengujian menggunakan beban terlihat pada Gambar grafik 20. Hal ini dapat
menjelaskan setelah gas LPG di injeksi ke mesin melalui saluran udara, terjadi
penghematan kosumsi solar seiring dengan pembukaan katup LPG yang semakin
besar.
Gambar 20 Grafik konsumsi bahan bakar dengan perlakuan menggunakan beban
pada kecepatan motor 2000 rpm
Pada kondisi pembebanan yang sama (pada beban 2000 watt), terlihat
penurunan konsumsi bahan bakar solar yang signifikan. Sementara itu seiring
besarnya pembukaan katup, kenaikan konsumsi bahan bakar LPG semakin besar.
Pada pembakaran dalam mesin, semakin tinggi beban yang diberikan pada engine
maka kontrol laju alir pemasukan bahan bakar akan semakin cepat dan besar. Hal
inilah yang menyebabkan peningkatan konsumsi solar terlihat jelas.
Konsumsi solar terbesar terjadi saat pengujian menggunakan solar 100%
konsumsi solar yang dibutuhkan per jamnya mencapai 1.241 liter. Konsumsi solar
terkecil terjadi saat pengujian pada pembukaan katup 40% sebesar 0.097 liter/jam.
Sementara itu konsumsi gas LPG terbesar terjadi pada pembukaan katup 40%
mencapai 3.14 m3/h, dan konsumsi gas LPG terkecil terjadi pada pembukaan katup
20% sebesar 0.6 m3/h.
Konsumsi bahan bakar akan semakin meningkat dengan demakin besarnya
putaran. Pada sistem pembakaran dalam mesin, saat beban dinaikkan maka kerja
piston yaitu mendorong dan menghisap akan lebih cepat atau dengan kata lain butuh
ledakan dari pembakaran yang bisa mendorong piston lebih cepat yang artinya
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 20 25 30 35 40
Deb
it G
as
LP
G (
m³/
h)
Deb
it S
ola
r (L
iter
/Ja
m)
Bukaan Katup (%)
Solar Gas LPG
28
butuh bahan bakar yang lebih banyak (Suyanto 1989). Hal inilah yang
menyebabkan semakin banyak terjadi penghematan saat penggunaan kombinasi
bahan bakar LPG dan solar pada beban yang besar.
Gambar 21 Fuel air ratio
Fenomena Gambar 21 yang menyebabkan pada beban yang semakin besar
maka LPG akan semakin berperan untuk menurunkan F/A lebih jauh, sehingga
efisiensi bahan bakar solar makin terlihat jelas dibanding dengan pada beban kecil
atau tanpa beban.
Uji Kecepatan Putar Motor
Pengujian kecepatan motor dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui
seberapa besar peningkatan kecepatan putar motor yang terjadi, dengan cara
membandingkan pemakaian solar sepenuhnya dengan variasi pembukaan katup
pada regulator. Kecepatan putar motor awalnya diatur pada 2000 rpm, selanjutnya
akan diatur pembukaan katup pada 0%, 20%, 25%, 30%, 35%, dan 40%. Pada
pengujian kali ini diberikan dua perlakuan yaitu perlakuan tanpa menggunakan
beban dan perlakuan dengan menggunakan beban.
Perlakuan Tanpa Beban
Hasil pengujian kecepatan motor tanpa menggunakan beban terlihat seperti
pada Gambar grafik 22, dapat diinformasikan berdasarkan grafik dengan kecepatan
awal motor yang sama, penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG lebih
menguntungkan karena dapat meningkatkan kecepatan motor hingga lebih dari 300
rpm. Naiknya rpm disebabkan oleh salah satu faktor yaitu, karena density LPG 1.5
kg/m3 jauh lebih rendah dari pada solar yaitu 820 kg/m3, maka LPG akan lebih
mudah untuk bercampur dengan udara di intake manifold. Disaat putaran tinggi,
High point
F/A ratio
Low point F/A
ratio (1/22)
Tanpa Beban
High point
F/A ratio
Low point F/A
ratio (>1/22)
Dengan Beban
29
maka turbulensi aliran campuran udara dan bahan bakar yang masuk ke ruang
pembakaran semakin meningkat. Karena kecepatan perambatan (flame speed) yang
dimiliki LPG lebih besar yaitu 82 cm/s dibandingkan dengan solar yang hanya 30
cm/s maka rasio ekuivalen udara dan bahan bakar pada LPG akan memberikan efek
yang besar terhadap kecepatan perambatan, tekanan pembakaran, dan durasi
pembakaran.
Gambar 22 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan tanpa beban
Dengan kompresi tinggi yang sesuai dengan octane number LPG yaitu 110
dan ignition timing kondisi standar, maka diperoleh tekanan pembakaran yang
tinggi sehingga menghasilkan penyaluran tenaga output pembakaran yang lebih
besar, akibatnya ledakan yang dihasilkan juga semakin besar dan rpm yang
dihasilkan akan meningkat.
Secara teori peningkatan kecepatan putar motor mempengaruhi kenaikan
daya motor. Daya motor merupakan salah satu parameter menentukan performa
motor. Perbandingan perhitungan daya terhadap berbagai macam motor tergantung
pada putaran mesin dan momen putar itu sendiri, semakin cepat putaran mesin, rpm
yang dihasilkan akan semakin besar sehingga daya yang dihasilkan juga semakin
besar, begitu juga momen putar motornya. Hal ini dapat dilihat saat penambahan
bukaan katup LPG (mencapai 40%), kecepatan putar motor mengalami peningkatan
hingga 300 rpm ini disebabkan oleh meningkatnya nilai kalor pada hasil
pembakaran di ruang bakar. Nilai kalor yang tinggi akan menaikan kecepatan putar
motor dan menaikan keluaran daya. Dengan demikian jumlah putaran (rpm) dan
besarnya momen putar mempengaruhi daya motor yang dihasilkan sebuah motor.
Peningkatan terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar 2337 rpm, lebih
besar 300 rpm dibandingkan hanya menggunakan solar.
2000 2015
2075
2220
2286
2337
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
0 20 25 30 35 40
Kec
epata
n P
uta
r M
oto
r (r
pm
)
Bukaan Katup (%)
30
Perlakuan Menggunakan Beban
Hasil pengujian kecepatan putar motor dengan menggunakan beban terlihat
seperti pada Gambar grafik 23, bahwa terjadi penurunan kecepatan motor
dibandingkan tanpa menggunakan beban. Namun terdapat perbedaan saat
menggunakan solar sepenuhnya dan kombinasi bahan bakar. Saat hanya
menggunakan solar kecepatan putar motor menurun menjadi 1883 rpm (selisih 130
rpm), berbeda saat pembukaan katup 30% yang memiliki selisih 91 rpm, dan
pembukaan katup 40% yang memiliki selisih lebih kecil 69 rpm.
Berdasarkan kecepatan putar motor, penggunaan kombinasi bahan bakar LPG
– solar pada pembebanan yang sama lebih menguntungkan dibandingkan hanya
menggunakan bahan bakar solar. Karena dengan diinjeksikannya gas LPG akan
dihasilkannya penyaluran tenaga output pembakaran yang lebih besar, akibatnya
ledakan yang dihasilkan juga semakin besar dan rpm yang dihasilkan akan
meningkat. Namun dalam pengaplikasiannya perlu diketahui pula bukaan katup
yang menghasilkan kenaikan rpm terbesar walau pada pembebanan yang besar
sekalipun.
Gambar 23 Hasil uji kecepatan motor dengan perlakuan menggunakan beban
2000 watt
18831919
1992
2129
2220
2313
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
0 20 25 30 35 40
Kec
epata
n P
uta
r M
oto
r (r
pm
)
Bukaan Katup (%)
rpm tanpa beban rpm dengan beban
31
Analisis Ekonomi
Penggunaan LPG sebagai kombinasi bahan bakar motor diesel juga harus
dikaji dari sisi ekonomi, tujuannya adalah untuk menentukan layak atau tidaknya
LPG sebagai bahan bakar dalam pengujian kali ini. Analisis ekonomi dibagi
menjadi dua yaitu berdasarkan pada daerah yang menggunakan harga solar standar
Pertamina yang biasa di jual di SPBU dan remote areas (daerah-daerah terpencil)
yang menggunakan harga eceran dari produsen yang jauh dari SPBU. Harga solar
standar Pertamina yang digunakan yaitu Rp 5900/liter dan harga solar eceran yang
digunakan yaitu Rp 20000,00/liter. Harga solar eceran ini merupakan harga eceran
yang digunakan pada masyarakat di daerah Sandaran, Kabupaten Kutai Timur,
Provinsi Kalimantan Timur. Desa-desa di wilayah kalimantan merupakan daerah
yang jauh dari Stasiun Pengisian Bahan Bakar Umum (SPBU) karena jalan darat
yang ekstrim dan jauh sehingga banyak warga yang membeli Bahan Bakar Minyak
(BBM) dari produsen eceran yang terdapat di wilayah mereka. Harga solar di
beberapa daerah di wilayah kalimantan tidaklah jauh berbeda, seperti di daerah
Kotawaring Timur, Kalimantan Tengah harga solar yang dijual berkisar Rp
15000,00 – Rp 25000,00 per liter. Sementara harga LPG yang digunakan yaitu
harga standar Pertamina untuk LPG isi ulang 3 kg sebesar Rp 16000,00 /tabung
(BPMPTSP Kaltim 2015) . Berikut ini rincian data yang akan digunakan dalam
perhitungan analisis ekonomi terlihat pada Tabel 6. Perhitungan volume LPG dan
harga konsumsi LPG per meter kubik dapat dilihat pada Lampiran 7.
Tabel 6 Data perhitungan ekonomi
Spesifikasi Nilai
Harga solar standar Pertamina (Rp/Liter) 5900
Harga solar remote areas (Rp/Liter) 20000
Harga satu tabung LPG 3 kg (Rp) 16000
Massa jenis LPG pada P = 101325 atm (kg/m³) 2
Volume LPG 3 kg (m³) 1.5
Harga konsumsi LPG (Rp/m³) 10666
Perlakuan Tanpa Beban Pada Harga Solar Standar
Hasil analisis ekonomi perlakuan tanpa beban pada harga solar standar dapat
dilihat pada Tabel 7, biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup
0% (solar sepenuhnya) sebesar Rp 4425,00 /jam, seiring dengan pembukaan katup
LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya konsumsi solar
mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan debit solar
0.054 liter/jam seharga Rp 319,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG seiring dengan
penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan akan semakin
32
besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG terbesar terjadi
pada pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam.
Tabel 7 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada harga solar standar
Bukaan
Katup
(%)
Debit
Solar
(ltr/jam)
Debit
Gas
LPG
(m³/h)
Biaya
Konsumsi
Solar (Rp/h)
Biaya
Konsumsi
LPG (Rp/h)
Total Biaya (Rp/h)
0 0.75 0 4425 0 4425
20 0.507 0.6 2991 6400 9391
25 0.45 1.44 2655 15360 18015
30 0.094 1.62 555 17280 17835
35 0.085 2.19 502 23360 23862
40 0.054 3.14 319 33493 33812
Berdasarkan pada Gambar grafik 24, untuk mengoperasikan sebuah motor
diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama yaitu 2000 rpm bahwasanya
penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG pada daerah yang menggunakan
harga standar Pertamina memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya
menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Total biaya penggunaan kombinasi
bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp
9391,00 /jam, dan paling mahal terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp
33812,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total
biaya sebesar Rp 4425,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 4966,00 per jamnya
dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar-LPG pada bukaan katup 20%.
Gambar 24 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan beban
pada harga solar standar
4425
9391
18015 17835
23862
33812
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Perlakuan (%)
Tota
l B
iaya
(Rp/j
am)
Perlakuan (%)
0 20 25 30 35 40
33
Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG tanpa menggunakan beban
pada daerah-daerah yang menggunakan harga solar standar Pertamina Pertamina
tidak lebih menguntungkan dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar
sepenuhnya. Hal ini terlihat dari hasil analisis ekonomi kelima pembukaan katup
yang telah dilakukan pengujian, dan dilihat dari grafik hasil analisis pengujian
bahwasanya kelima pembukaan katup menunjukan total biaya yang lebih mahal
dibanding menggunakan solar sepenuhnya oleh sebab itu penggunaan kombinasi
bahan bakar solar – LPG tidak direkomendasikan bagi masyarakat yang dekat
dengan Stasiun Pengisian Bahan Bakar Umum. Namun dari segi penghematan
konsumsi bahan bakar solar dan dari segi peningkatan kecepatan putar motor dapat
dijadikan pertimbangan apabila ingin menggunakan kombinasi bahan bakar solar –
LPG.
Perlakuan Menggunakan Beban Pada Harga Solar Standar
Hasil analisis ekonomi perlakuan menggunakan beban pada harga solar
standar dapat dilihat pada Tabel 8, biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada
bukaan katup 0% (solar sepenuhnya) sebesar Rp 7322,00 /jam, seiring dengan
pembukaan katup LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya
konsumsi solar mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan
debit solar 0.097 liter/jam seharga Rp 572,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG
seiring dengan penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan
akan semakin besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG
terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam.
Tabel 8 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada harga solar
standar
Bukaan
Katup
(%)
Debit
Solar
(ltr/jam)
Debit
Gas
LPG
(m³/h)
Biaya
Konsumsi
Solar (Rp/h)
Biaya
Konsumsi
LPG (Rp/h)
Total Biaya (Rp/h)
0 1.241 0 7322 0 7322
20 1.125 0.6 6638 6400 13038
25 1.09 1.44 6431 15360 21791
30 0.25 1.62 1475 17280 18755
35 0.236 2.19 1392 23360 24752
40 0.097 3.14 572 33493 34066
Berdasarkan pada Gambar grafik 25, untuk mengoperasikan sebuah motor
diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama yaitu 2000 rpm bahwasanya
penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG pada daerah yang menggunakan
harga standar Pertamina memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya
menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya. Total biaya penggunaan kombinasi
bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp
13038,00 /jam, dan paling mahal terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp
34066,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total
biaya sebesar Rp 7322,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 5716,00 per jamnya
dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar-LPG pada bukaan katup 20%.
34
Gambar 25 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban
pada harga solar standar
Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG menggunakan beban pada
daerah-daerah yang menggunakan harga solar standar Pertamina juga tidak lebih
menguntungkan dibandingkan hanya menggunakan bahan bakar solar sepenuhnya.
Selisih biaya yang dihasilkan saat menggunakan beban terlihat lebih tinggi
dibanding tanpa menggunakan beban. Maka penggunaan kombinasi bahan bakar
solar – LPG tidak direkomendasikan bagi masyarakat yang dekat dengan Stasiun
Pengisian Bahan Bakar Umum. Namun seperti tanpa menggunakan beban apabila
ingin menggunakan kombinasi bahan bakar solar – LPG dari segi penghematan
konsumsi bahan bakar solar dan dari segi peningkatan kecepatan putar motor dapat
dijadikan pertimbangan.
Perlakuan Tanpa Beban Pada Remote Areas
Hasil analisis ekonomi perlakuan tanpa beban dapat dilihat pada Tabel 9,
biaya konsumsi solar terbesar ditunjukan pada bukaan katup 0% (solar sepenuhnya)
dengan debit sebesar 0.75 liter/jam sebesar Rp 15000,00 /jam, seiring dengan
pembukaan katup LPG atau diinjeksikannya LPG sebagai bahan bakar biaya
konsumsi solar mengalami penurunan terutama pada pembukaan katup 40% dengan
debit solar 0.054 liter/jam seharga Rp 1080,00 /jam. Untuk biaya konsumsi LPG
seiring dengan penambahan bukaan katup LPG maka debit LPG yang diinjeksikan
akan semakin besar dan mempengaruhi biaya konsumsinya, biaya konsumsi LPG
terbesar terjadi pada pembukaan katup 40% dengan debit gas LPG 3.14 m³/h
sebesar Rp 33493 /jam.
0 20 25 30 35 40
Perlakuan (%)
7322
13038
21791
18755
24752
34066
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
To
tal B
iaya
(Rp
/jam
)
35
Tabel 9 Total biaya konsumsi bahan bakar tanpa beban pada remote areas
Bukaan
Katup
(%)
Debit
Solar
(ltr/jam)
Debit
Gas
LPG
(m³/h)
Biaya
Konsumsi
Solar
(Rp/h)
Biaya
Konsumsi
LPG
(Rp/h)
Total Biaya
(Rp/h)
0 0.75 0 15000 0 15000
20 0.507 0.6 10140 6400 16540
25 0.45 1.44 9000 15360 24360
30 0.094 1.62 1880 17280 19160
35 0.085 2.19 1700 23360 25060
40 0.054 3.14 1080 33493 34573
Berdasarkan pada Gambar grafik 26, untuk mengoperasikan sebuah motor
diesel pada tingkat kecepatan motor yang sama bahwasanya penggunaan kombinasi
bahan bakar solar – LPG memiliki total biaya yang lebih mahal dibanding hanya
menggunakan bahan bakar solar. Total biaya penggunaan kombinasi bahan bakar
solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 20% sebesar Rp 16540,00
/jam, selanjutnya pada bukaan katup 25% sebesar Rp 24360,00 /jam. Total biaya
konsumsi bahan bakar tertinggi terjadi pada bukaan katup 40% sebesar Rp
34573,00/jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya hanya menghabiskan
total biaya sebesar Rp 15000,00 /jam, artinya lebih hemat Rp 1540,00 per jamnya
dibanding menggunakan kombinasi bahan bakar pada bukaan katup sebesar 20%.
Gambar 26 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar tanpa menggunakan
beban pada remote areas
25
0 20 35 40
Perlakuan (%)
1500016540
24360
19160
25060
34573
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Tota
l B
iaya
(Rp/j
am)
25 30
36
Kombinasi bahan bakar solar – LPG tanpa menggunakan beban secara
ekonomi tidak direkomendasikan untuk digunakan pada remote areas di Indonesia.
Seperti bagi para petani dan nelayan yang berdomisili di wilayah-wilayah desa di
daerah Kalimantan, Sulawesi, Sumatera, dan Papua yang harus mengeluarkan biaya
yang lebih besar jika menggunakan kombinasi bahan bakar ini.
Sementara sebagian besar mereka ingin membutuhkan biaya yang lebih
sedikit dalam mengoperasikan motor diesel. Namun dikarenakan keunggulan dari
sisi kecepatan putar motor serta mengurangi bahan bakar solar, maka LPG dapat
dijadikan pertimbangan sewaktu-waktu sebagai sumber energi untuk bahan bakar
motor diesel yang digunakan.
Perlakuan Menggunakan Beban Pada Remote Areas
Berikut ini merupakan hasil analisis ekonomi perlakuan dengan
menggunakan beban, data secara keseluruhan dapat dilihat pada Tabel 10. Adanya
beban yang terpasang maka konsumsi bahan bakar yang digunakan juga akan
semakin besar konsumsi bahan bakar mencakup konsumsi bahan bakar solar dan
bahan bakar LPG dan nantinya akan mempengaruhi total biaya pengeluaran bahan
bakar yang dihasilkan. Biaya konsumsi bahan bakar solar terbesar ditunjukan pada
bukaan katup 0% sebesar Rp 24820,00 /jam dengan debit 1.241 liter/jam, dan
terkecil ditunjukan pada bukaan katup 40% sebesar Rp 1940,00 /jam dengan debit
0.097 liter/jam. Sementara biaya konsumsi bahan bakar LPG terbesar terjadi pada
pembukaan katup 40% sebesar Rp 33493 /jam dengan debit gas LPG sebesar 3.14
m³/h.
Tabel 10 Total biaya konsumsi bahan bakar menggunakan beban pada remote
areas
Jika dibandingkan tanpa menggunakan beban biaya pengeluaran solar yang
dikeluarkan lebih besar, hal ini dipengaruhi oleh pembebanan yang diberikan.
Pembebanan yang diberikan akan mempengaruhi kerja piston yang akan
mendorong dan menghisap lebih cepat dibanding tanpa menggunakan beban atau
dengan kata lain butuh ledakan dari pembakaran yang bisa mendorong piston lebih
cepat. Artinya secara berkesinambungan akan membutuhkan bahan bakar solar
yang lebih banyak selama motor diesel tersebut beroperasi.
Bukaan
Katup
(%)
Debit
Solar
(ltr/jam)
Debit
Gas
LPG
(m³/h)
Biaya
Konsumsi
Solar
(Rp/h)
Biaya
Konsumsi
LPG (Rp/h)
Total Biaya (Rp/h)
0 1.241 0 24820 0 24820
20 1.125 0.6 22500 6400 28900
25 1.09 1.44 21800 15360 37160
30 0.25 1.62 5000 17280 22280
35 0.236 2.19 4720 23360 28080
40 0.097 3.14 1940 33493 35433
37
Gambar 27 Grafik total biaya konsumsi bahan bakar dengan menggunakan beban
pada remote areas
Berdasarkan Gambar grafik 27, untuk mengoperasikan sebuah motor diesel
dengan beban dan pada tingkat kecepatan motor yang sama bahwasanya
penggunaan kombinasi bahan bakar solar - LPG memiliki total biaya yang lebih
murah dibanding hanya menggunakan bahan bakar solar. Total biaya penggunaan
kombinasi bahan bakar solar – LPG paling murah terjadi pada bukaan katup 30%
sebesar Rp 22280,00 /jam, selanjutnya pada bukaan katup 35% sebesar Rp
28080,00 /jam. Sementara itu penggunaan solar sepenuhnya menghabiskan total
biaya sebesar Rp 24820,00 /jam, artinya penggunaan kombinasi bahan bakar solar
- LPG lebih hemat Rp 2540,00 per jamnya dibandingkan hanya menggunakan
bahan bakar solar.
Dalam masyarakat pengaplikasian atau penggunaan kombinasi bahan bakar
solar – LPG dengan pembebanan pada motor diesel dapat dicontohkan bermacam-
macam, seperti dalam penggilingan padi (RMU), pembajakan tanah dengan traktor
tangan, sumber tenaga pompa air untuk irigasi, menggerakkan perahu nelayan,
penerangan lampu, penggerak mesin kompressor, penggerak riding tiller,
penggerak generator pembangkit listrik, penggerak silinder untuk memadatkan
tanah, penggerak pengaduk semen dan lain-lain. Dengan beragam pengaplikasian
dan waktu pengoperasian yang lama, tentunya diinginkan pengeluaran biaya bahan
bakar yang lebih murah. Maka penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG
sangat direkomendasikan untuk diaplikasikan dalam mengatasi permasalahan yang
ada dimasyarakat.
0 20 35 40
24820
28900
37160
22280
28080
35433
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
Perlakuan (%)
To
tal B
iaya
(Rp
/jam
)
Perlakuan (%)
25 30
38
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penerapan LPG sebagai bahan bakar dapat dilakukan secara langsung ke
dalam motor diesel dengan cara mengkombinasikannya dengan bahan bakar solar.
Dari sisi ekonomi penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG memiliki total
biaya yang lebih tinggi dibanding menggunakan bahan bakar solar pada harga
standar. Namun sangat direkomendasikan penggunaanya bagi masyarakat di
remote areas. Penghematan terbesar terjadi pada bukaan katup 30%, sebesar Rp
2540,00 /jam dengan menggunakan beban. Hasil uji pembukaan katup pada
regulator LPG yang dapat digunakan yaitu pembukaan katup 20%, 25%, 30%,
35%, dan 40%. Penggunaan kombinasi bahan bakar solar – LPG dapat
meningkatkan kecepatan putar motor hingga lebih dari 300 rpm baik tanpa beban
ataupun menggunakan beban. Pada pengujian konsumsi bahan bakar dengan
menggunakan beban dan tanpa menggunakan beban debit konsumsi solar
mengalami penurunan seiring dengan penambahan jumlah gas yang diinjeksikan
bersama udara ke motor diesel. Hasil analisis simulasi CFD menunjukan
percampuran yang paling baik dan merata terjadi pada bukaan 30% dengan hasil
rata-rata campuran 0.064. Kecepatan aliran udara berdasarkan simulasi CFD (30%)
pada inlet udara adalah 66.012 m/s, pada inlet LPG adalah 118.043 m/s, dan
kecepatan pada outlet adalah 86.937 m/s. Hasil simulasi CFD (30%) untuk
pencampuran massa jenis LPG dengan udara di daerah manofild conenection
sebesar 1.32 kg/m3.
Saran
1. Perlunya melakukan penelitian pada pembukaan katup antara 25% - 30%
melihat perpotongan yang terjadi pada grafik konsumsi bahan bakar antara
solar dan LPG.
2. Perlunya melakukan pengukuran terhadap nilai daya, torsi, serta specifik fuel
consumption motor, konsumsi bahan bakar LPG yang dihabiskan dengan cara
menimbang tabung LPG sebelum dan sesudah pemakaian, serta pembebanan
pada lampu halogen yang digunakan saat pengujian.
3. Perlunya pengukuran emisi gas buang dari penggunaan kombinasi bahan
bakar.
4. Perlunya pengembangan terhadap alat uji debit gas untuk dilakukannya
kegiatan perekaman dengan interval waktu yang ditentukan.
5. Perlunya dilakukan penyuluhan ke masyarakat khususnya petani dan nelayan
untuk pengguunaan bahan bakar LPG pada mesin-mesin pertanian dan
perikanan yang menggunakan motor diesel.
39
DAFTAR PUSTAKA
Andrea T.D, e.a. 2003. Investigating combustion enhancement and emissions
reduction with the addition of 2H2 + 02 to a SI engine. SAE Paper.
2003320011.
Arismunandar W & Tsuda K. 1993. Motor Diesel Putaran Tinggi. Pradaya
Paramita: Jakarta.
[BP Migas] Badan Pengelola Minyak dan Gas. 2012. Pemanfaatan LPG sebagai
Bahan Bakar Sepeda Motor dan Karakteristik Minyak Lumasnya [internet].
[diunduh 2016 Agustus 2]. Tersedia pada: http://
www.skkmigas.go.id/publikasi/buletin.
[BPMPTSP] Badan Penanaman Modal Dan Pelayanan Terpadu Satu Pintu. 2015.
Laporan Akhir Dari Pekerjaan Kajian Peluang Investasi Provinsi
Kalimantan Timur, Tahun Anggaran 2015. [diunduh 2016 November 28].
Tersedia pada: http://www. bppmd.kaltimprov.go.id
[BPPT] Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi. 2014. Outlook Energi
Indonesia Tahun 2014. [diunduh 2015 November 12]. Tersedia pada:
http://www. bppt.go.id.
Budiyanto MA. 2012. Simulasi pembakaran mesin diesel bahan bakar ganda (solar
- gas) [Tesis]. Depok (ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Indonesia.
Cengel, Boles, et al. 2006. Thermodynamics: An Engineering Approach , 5th Ed.
McGraw-Hill College: Boston.
Dayang. 2011. Pengaruh perubahan compression ratio pada unjuk kerja motor
diesel dengan bahan bakar gas [tugas akhir]. Surabaya (ID): Departemen
Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan, Institut Teknologi
Sepuluh November.
Hardjono A. 2000. Teknologi Minyak Bumi. Gadjah Mada University Press:
Yogyakarta.
Kelvin et al. 2015. Pemetaan lokasi kebakaran berdasarkan prinsip segitiga api pada
industri textile. [paper]. Surabaya (ID): Departemen Teknik Industri, Fakultas
Teknik, Sekolah Tinggi Teknik Surabaya.
Mitzlaff K. 1988. Engines forBiogas. Eschborn: German Appropriate Technology
Exchange. Hamburg (DE): GTZ GmbH.
Purnama, NE. 2010. Studi perbandingan kinerja motor stasioner empat langkah satu
silinder menggunakan bahan bakar gas LPG dan biogas [Skripsi]. Surabaya
(ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut
Teknologi Sepuluh November.
Rahardjo, Oktavian, dkk. 2011. Bahan Bakar Gas (CNG) Alternatif Pengganti
BBM Kapal Perikanan. Balai Besar Pengembangan Penangkapan Ikan:
Semarang.
Septiansyah PL. 2013. Penerapan bahan bakar biogas pada motor bensin dengan
modifikasi karburator dan variasi rasio kompresi [skripsi]. Bogor (ID):
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian,
Institut Pertanian Bogor.
40
Siripornakarachai S, Sucharitakul T. 2007. Modification and tuning of diesel bus
engine for biogas electricity production. [paper]. Chiang Mai (TH): Faculty
of Engineering, Chiang Mai University.
Sitorus, TB. 2002. Tinjauan pengembangan bahan bakar gas sebagai bahan bakar
alternatif [skripsi]. Medan (ID): Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Sumatra Utara.
[SKK Migas] Satuan Kerja Khusus Pelaksana Kegiatan Usaha Hulu Minyak dan
Gas Bumi. 2015. Laporan Tahunan 2015. [internet]. [diunduh 2015
November 12]. Tersedia pada: http:// www.skkmigas.go.id/publikasi/buletin
Suyanto, Wardan. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta: DEPDIKBUD (Dinas
pendidikan dan kebudayaan)
Swain, JW. 1983. Used Oil Reclamation And Environmental Considerations.
Florida: CRC Handbook of Lubrication
Tu J, Heng YG, Liu C. 2008. Computational Fluid Dynamic: A Practical Approach.
Oxford: ELSEVIER.
Yunianto, B. 2008. Pengujian mesin diesel (genset) dengan sistem bahan bakar
ganda [paper]. Semarang (ID): Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik,
Universitas Diponegoro.
41
Lampiran 1 Spesifikasi motor diesel Dong Feng R-180
Dong Feng R-180
Spesifikasi
Merek/tipe : Dong Feng/R-180
Jumlah langkah : 4 langkah
Jumlah silinder : 1 silinder
Diameter x langkah : 80 mm x 80 mm
Daya kontinyu : 7 HP pada 2200 rpm
Daya maksimum : 8 HP pada 2600 rpm
Volume silinder : 402 cc
Rasio kompresi : 21
Bahan bakar : Solar
Tipe pompa : injeksi Bosch
Sistem pembakaran : Indirect injection
Sistem pelumasan : Tekanan dan percikan
Tipe pompa pelumas : Trikoida
Minyak pelumas : SAE 30
Sistem pendinginan : Hopper
Sistem governor : Mekanik
Dimensi : 658 mm x 341 mm x 463 mm
Berat : 70 kg
Starter : Engkol
42
Lampiran 2 Perhitungan rasio LPG – udara
LPG yang dipasarkan Pertamina merupakan campuran antara 29.3%
propana, 69.7% butana, dan 1% pentana (Anton 2013). Reaksi pembakaran yang
terjadi adalah sebagai berikut.
1. Propana (C3H8)
Reaksi pembakaran pada gas propana adalah:
C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O
Mr C3 : 12 x 3 = 36
Mr H8 :1 x 8 = 8
Mr C3H8 : = 44
Massa atom relatif (Mr) dari propana adalah 44 dan massa atom relatif (Mr)
dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram propana membutuhkan oksigen
sebanyak:
=5 × 𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
𝑀𝑟 𝑝𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑎=
5 ×32
44= 3.64 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.3 %, maka udara yang dibutuhkan
untuk membakar 1 kg propana adalah:
= 3.64 ×100
23.2= 15.67 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
2. Butana (C4H10)
Reaksi pembakaran pada agas butana adalah:
C4H10 + 6.5 O2 4 CO2 + 5 H2O
Mr C4 : 12 x 4 = 48
Mr H10 :1 x 10 = 10
Mr C4H10 : = 58
Massa atom relatif (Mr) dari butana adalah 58 dan massa atom relatif (Mr)
dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram butana membutuhkan oksigen
sebanyak:
=6.5 × 𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
𝑀𝑟 𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑎=
6.5 ×32
58= 3.58 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
43
Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.2% , maka udara yang dibutuhkan
untuk membakar 1 kg butana adalah:
= 3.58 ×100
23.2= 15.46 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
3. Pentana (C5H12)
Reaksi pembakaran pada agas butana adalah:
C5H12 + 8 O2 5 CO2 + 6 H2O
Mr C5 : 12 x 5 = 60
Mr H12 :1 x 12 = 12
Mr C5H12 : = 72
Massa atom relatif (Mr) dari pentana adalah 72 dan massa atom relatif (Mr)
dari oksigen adalah 32, maka setiap kilogram pentana membutuhkan oksigen
sebanyak:
=8 ×𝑀𝑟 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
𝑀𝑟 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎=
8 ×32
72= 3.55 𝑘𝑔 𝑜𝑘𝑠𝑖𝑔𝑒𝑛
Kadar oksigen dalam atmosfer adalah 23.2% , maka udara yang dibutuhkan
untuk membakar 1 kg pentana adalah:
= 3.55 ×100
23.2= 15.32 𝑘𝑔 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎
Jadi untuk membakar 1 kg LPG yang terdiri dari 29.32% propana, 69.7%
butana, dan 1% pentana dibutuhkan udara sebanyak:
= (29.3% x jumlah udara untuk membakar 1 kg propana) + (69.7% x jumlah
udara untuk membakar 1 kg butana) + (1% x jumlah udara untuk
membakar 1 kg pentana)
= (29.3% x 15.67) + (69.7% x 15.46) + (1% x 15.32)
= (4.59 + 10.77 + 0.15)
= 15.52 kg udara
Jadi rasio LPG – udara secara teoritis adalah 1:15.52
44
Lampiran 3 Perhitungan diameter port yang digunakan
Luas penampang leher mixer:
𝐴𝑣 =𝜋 × 𝑑2
4 (Mitzlaff 1988)
𝐴𝑣 =𝜋×(28)2
4
𝐴𝑣 = 615.44 𝑚𝑚2
Luas penampang mixer port pada rasio 1:15.52
𝐴𝐵 = 𝐴𝑉 ×𝑟𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑢𝑟𝑎𝑛
𝐴𝐵 = 615.44 ×1
15.52
𝐴𝐵 = 39.65𝑚𝑚2
Diameter mixer port LPG dapat dihitung sebagai berikut:
𝐷 = √4×𝐴
𝜋
𝐷 = √4×39.65
𝜋
𝐷 = 7.1 𝑚𝑚
≈ 7 𝑚𝑚
Maka diameter port yang digunakan adalah 7 mm.
45
Lampiran 4 Analisis teknik mixer
1. Perhitungan laju intake volumetric untuk motor Dong Feng dengan kapasitas
silinder 402 cc dan putaran maksimum pada 2600 rpm:
𝑉𝑖 =𝐷 × 𝑁𝑚𝑎𝑥
2000 × 60 (Siripornakarachai 2007)
𝑉𝑖 =0.402 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 × 2600𝑟𝑝𝑚
2000 ×60
𝑉𝑖 =1045.2
1200= 0.0871𝑚3/𝑠𝑒𝑐
2. Leher mixer dibuat dengan ukuran 28 mm. Kecepatan aliran udara pada leher
mixer tidak boleh melebihi 150 m/s pada putaran motor maksimum (Mitzlaff
1988). Maka:
𝑣 =𝑉𝑖
𝐴𝑣
𝑣 =𝑣𝑖
{𝜋𝑑2
4}
𝑣 =0.0871 𝑚3/𝑠
{ 𝜋 ×(0.028)2
4 }
𝑣 =0.0871 𝑚3/𝑠
6.15 × 10−4𝑚2
𝑣 = 141.62 𝑚/𝑠 < 150 m/s, maka masih bisa digunakan.
46
Lampiran 5 Perhitungan laju aliran dan intake volumetric satu kali intake
Diketahui:
1. Putaran motor tertinggi (Dong Feng/R-180) = 2600 rpm
2. Jumlah langkah = 4 langkah
3. Volume silinder = 402 cc = 402 cm3
Satu langkah intake =𝑟𝑝𝑚 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖
𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎ℎ
=2600
4
= 650 𝑘𝑎𝑙𝑖 (𝑟𝑝𝑚)
𝑟𝑝𝑠 =650 𝑟𝑝𝑚
60= 10.83 ≈ 11 𝑘𝑎𝑙𝑖
Waktu tempuh 1 (satu) kali langkah intake:
𝑡 =1 𝑙𝑎𝑛𝑔𝑘𝑎ℎ 𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒
𝑟𝑝𝑠
𝑡 =1
11
𝑡 = 0.09 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Debit pada saat intake:
𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 =𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑖𝑠𝑡𝑜𝑛
𝑤𝑎𝑘𝑡𝑢 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑢ℎ (𝑐𝑚3/𝑠𝑒𝑐)
𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 =402
0.09
𝑄𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒 = 4466.67 (𝑐𝑚3/𝑠𝑒𝑐)
= 4.46 𝑚/𝑠
Laju aliran udara ialah:
𝑉𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 =𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑝𝑎𝑑𝑎 𝑠𝑎𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑡𝑎𝑘𝑒
𝑙𝑢𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑛𝑎𝑚𝑝𝑎𝑛𝑔 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖= 𝑣 =
𝑣𝑖
𝐴𝑣
𝑣 =𝑣𝑖
{𝜋𝑑2
4 }=
4466.67 𝑐𝑚3/𝑠𝑒𝑐
{ 𝜋 ×(0.028)2
4 }
𝑣𝑣𝑒𝑛𝑡𝑢𝑟𝑖 = { 4466.67 𝑐𝑚3
6.15 𝑐𝑚2 }
= 726.28𝑐𝑚
𝑠= 7.26 𝑚/𝑠
7.26 m/s < 150 m/s (Menurut Mitzlaff (1988))
47
Lampiran 6 Perhitungan debit konsumsi bahan bakar solar dan LPG
Perhitungan konsumsi debit bahan bakar solar:
1. Tanpa Beban (solar)
a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm :
𝑉 = (1
4𝜋×𝑑2) ×ℎ
Dimana : 𝑉 = Volume selang (ml)
𝜋 = 3.14
𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter
selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm)
ℎ = tinggi, 1 cm
𝑉 = (1
4× 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2) × 1 𝑐𝑚
𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar
sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume
bahan bakar sebesar 10 ml.
b. Perhitungan laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm:
0%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
48 𝑠𝑒𝑐= 0.208𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
20%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
71 𝑠𝑒𝑐= 0.14 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
25%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
80 𝑠𝑒𝑐= 0.125 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
30%
𝑄 =𝑉
𝑡
48
𝑄 =10 𝑚𝑙
379 𝑠𝑒𝑐= 0.026 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
35%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
419 𝑠𝑒𝑐= 0.023 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
40%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
659 𝑠𝑒𝑐= 0.015 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam
maka laju aliran bahan bakar dikonversi .
0%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.208 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.75 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
20%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.14 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.507 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
25%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.125 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.45 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
30%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.026 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.094 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
49
35%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.023 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.085 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
40%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.015 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.054𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
2. Menggunakan Beban (solar)
a. Perhitungan volume dalam milimeter setiap ketinggian 1 cm :
𝑉 = (1
4𝜋×𝑑2) ×ℎ
Dimana : 𝑉 = Volume selang (ml)
𝜋 = 3.14
𝑑 = diameter selang dalam, 6.5 mm = 0.65 cm (diameter
selang luar = 10 mm, dan tebal = 3,5 mm)
ℎ = tinggi, 1 cm
𝑉 = (1
4× 3.14 × (0.65 𝑐𝑚)2) × 1 𝑐𝑚
𝑉 = 0.331 𝑐𝑚3 = 0.331 𝑚𝑙 Maka setiap penurunan 1 cm, terjadi penurunan volume bahan bakar
sebesar 0.331 ml dan setiap penurunan 30.5 cm terjadi penurunan volume
bahan bakar sebesar 10 ml.
b. Perhitungan laju aliran bahan bakar setiap 30.5 cm:
0%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
29 𝑠𝑒𝑐= 0.344 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
20%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
32 𝑠𝑒𝑐= 0.312 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
50
25%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
33 𝑠𝑒𝑐= 0.303 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
30%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
144 𝑠𝑒𝑐= 0.069 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
35%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
152 𝑠𝑒𝑐= 0.065 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
40%
𝑄 =𝑉
𝑡
𝑄 =10 𝑚𝑙
361 𝑠𝑒𝑐= 0.027 𝑚𝑙/𝑠𝑒𝑐
c. Untuk mendapatkan data konsumsi bahan bakar dalam satuan liter per jam
maka laju aliran bahan bakar dikonversi .
0%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.344 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
20%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.312 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.125 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
25%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
51
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.303 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 1.09 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
30%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.069 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.25 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
35%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.065 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.236 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
40%
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 𝑄𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.027 𝑚𝑙/𝑠 × (3600 𝑠
1000 𝑚𝑙)
𝑄𝑙/𝑗𝑎𝑚 = 0.097𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟/𝑗𝑎𝑚
Perhitungan konversi debit gas LPG dalam satuan m3/h:
20%
= 10 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 10 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥1
(1
60)⁄⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 600 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚⁄⁄
= 600 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 0.6 m3⁄ /ℎ
25%
= 24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 24 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥1
(1
60)⁄⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 1440 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚⁄⁄
= 1440 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 1.44m3⁄ /ℎ
30%
= 27 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 27 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥1
(1
60)⁄⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 1620 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚⁄⁄
= 1620 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 1.62 m3⁄ /ℎ
35%
= 36.572 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 36.572 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥1
(1
60)⁄⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 2194 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚⁄⁄
= 2194 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 2.19 m3⁄ /ℎ
52
40%
= 52.436 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 52.436 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 𝑥1
(1
60)⁄⁄ 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 3146 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚⁄⁄
= 3146 𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟 𝑗𝑎𝑚 = 3.14 m3⁄ /ℎ
53
Lampiran 7 Perhitungan ekonomi
Data yang digunakan dalam perhitungan ekonomi adalah sebagai berikut:
Spesifikasi Nilai
Harga solar standar Pertamina (Rp/Liter) 5900
Harga solar remote areas/eceran (Rp/Liter) 20000
Harga satu tabung LPG 3 kg (Rp) 16000
Massa jenis LPG (kg/m³) 2
Volume LPG 3 kg (m³) 1.5
Harga konsumsi LPG (Rp/m³) 10666
1. Perhitungan massa jenis LPG:
0.0038×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶2𝐻6 = 30.07 𝐶2𝐻6 ] 0.293 ×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶3𝐻8 = 44.09 𝐶3𝐻8 ] 0.697 ×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶4𝐻10 = 59.1 𝐶4𝐻10] 0.0062×[𝑘𝑚𝑜𝑙 𝐶5𝐻12 = 72.15 𝐶5𝐻12]
1 kmol = 53.975 gr
= 0.005397 kg/kmol
R= 8.314 kj/kmol.ºk
= 8.314
0.0053×1000= 0.15404
𝑘𝑗
𝑘𝑔.°𝑘
= 154𝐽
𝑘𝑔.°𝑘
𝜌 =𝑃
𝑅𝑇
𝜌 =101325 𝑃𝑎
154𝐽
𝑘𝑔. °𝑘 ×300 º𝐾
𝜌 =101325 𝑘𝑔/𝑚𝑠2
{154𝑘𝑔 𝑚2
𝑠2 .1
𝑘𝑔 º𝑘} × 300 º𝐾
𝜌 = 2.1𝑘𝑔
𝑚3≈ 2 𝑘𝑔/𝑚3
54
2. Perhitungan volume LPG 3 kg.
𝜌 =𝑚
𝑣
𝑣 =𝑚
𝜌
𝑣 =3 𝑘𝑔
2 𝑘𝑔/𝑚3
𝑣 = 1.5 𝑚3
3. Harga konsumsi LPG per meter kubik.
=ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝐿𝑃𝐺 3𝑘𝑔
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐿𝑃𝐺 3 𝑘𝑔
=16000 (𝑅𝑝)
1.5 (m3)
= 10666 (𝑅𝑝
m3)
4. Contoh perhitungan biaya konsumsi solar yang digunakan pada remote areas.
A. Tanpa Beban
0%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.75 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 15000 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
20%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.507 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 10140 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
25%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
55
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.45 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 9000 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
30%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.094 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1880 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
35%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.085 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1700 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
40%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.054 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1080 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
B. Menggunakan Beban
0%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
56
= 1.241 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 24820 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
20%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1.125 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 22500 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
25%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1.09 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 21800 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
30%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.25 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 5000 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
35%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.236 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
57
= 4720 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
40%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 0.097 (𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟
𝑗𝑎𝑚) ×20000 (
𝑅𝑝
𝑙𝑖𝑡𝑒𝑟)
= 1940 (𝑅𝑝
𝑗𝑎𝑚)
5. Perhitungan biaya konsumsi LPG yang digunakan (remote areas).
20%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 (𝑚3
ℎ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 0.6 (𝑚3
ℎ) ×10666 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 6400 (𝑅𝑝
ℎ)
25%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 (𝑚3
ℎ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 1.44 (𝑚3
ℎ) ×10666 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 15360 (𝑅𝑝
ℎ)
30%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 (𝑚3
ℎ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 1.62 (𝑚3
ℎ) ×10666 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 17280 (𝑅𝑝
ℎ)
58
35%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 (𝑚3
ℎ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 2.19 (𝑚3
ℎ) ×10666 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 23360 (𝑅𝑝
ℎ)
40%
𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺
= 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡 𝑔𝑎𝑠 𝐿𝑃𝐺 (𝑚3
ℎ) ×ℎ𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 3.14 (𝑚3
ℎ) ×10666 (
𝑅𝑝
𝑚3)
= 33493 (𝑅𝑝
ℎ)
6. Total biaya konsumsi bahan bakar yang digunakan (remote areas).
A. Tanpa Beban
0%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 15000 (𝑅𝑝
ℎ) + 0 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 15000 (𝑅𝑝
ℎ)
20%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 10140 (𝑅𝑝
ℎ) + 6400 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 16540 (𝑅𝑝
ℎ)
59
25%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 9000 (𝑅𝑝
ℎ) + 15360 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 24360 (𝑅𝑝
ℎ)
30%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 1880 (𝑅𝑝
ℎ) + 17280 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 19160 (𝑅𝑝
ℎ)
35%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 1700 (𝑅𝑝
ℎ) + 23360 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 25060 (𝑅𝑝
ℎ)
40%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 1080 (𝑅𝑝
ℎ) + 33493 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 34573 (𝑅𝑝
ℎ)
A. Menggunakan Beban
0%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 24820 (𝑅𝑝
ℎ) + 0 (
𝑅𝑝
ℎ)
60
= 24820 (𝑅𝑝
ℎ)
20%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 22500 (𝑅𝑝
ℎ) + 6400 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 28900 (𝑅𝑝
ℎ)
25%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 21800 (𝑅𝑝
ℎ) + 15360 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 37160 (𝑅𝑝
ℎ)
30%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 5000 (𝑅𝑝
ℎ) + 17280 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 22280 (𝑅𝑝
ℎ)
35%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 4720 (𝑅𝑝
ℎ) + 23360 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 28080 (𝑅𝑝
ℎ)
40%
𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑏𝑖𝑎𝑦𝑎
= 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝑅𝑝
ℎ) + 𝐵𝑖𝑎𝑦𝑎 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑠𝑖 𝐿𝑃𝐺 (
𝑅𝑝
ℎ)
61
= 1940 (𝑅𝑝
ℎ) + 33493 (
𝑅𝑝
ℎ)
= 35433 (𝑅𝑝
ℎ)
62
Lampiran 8 Data Pengujian kinerja motor
Data pengujian tanpa menggunakan beban
Bukaan katup
(%) Ulangan
RPM
awal
RPM
akhir
Debit LPG
(liter/mnt)
Konsumsi solar/10
ml (sec)
0
1
2000
2000 - 00.52.42
2 2000 - 00.42.14
3 2000 - 00.49.28
Rata-rata 2000 2000 - 00.48.08
20
1
2000
2014 9.15 01.10.02
2 2017 9.35 01.11.46
3 2014 11.5 01.11.14
Rata-rata 2000 2015 10 01.11.01
25
1
2000
2075 25.5 01.20.00
2 2078 23.9 01.22.16
3 2072 22.6 01.19.14
Rata-rata 2000 2075 24 01.20.30
30
1
2000
2220 26.14 06.20.05
2 2218 30.27 06.18.50
3 2222 24.59 06.19.32
Rata-rata 2000 2220 27 06.19.29
35
1
2000
2284 38.1 07.01.19
2 2284 31.65 06.51.09
3 2290 39.96 07.06.17
Rata-rata 2000 2286 36.57 06.59.35
40
1
2000
2300 44.98 10.55.00
2 2330 55.81 11.03.24
3 2381 56.52 11.00.00
Rata-rata 2000 2337 52.4367 10.59.28
63
Data pengujian dengan menggunakan beban 2000 watt
Bukaan katup
(%) Ulangan
RPM
awal
RPM
akhir
Debit
LPG
(liter/mnt)
Konsumsi
solar/10 ml
(sec)
0
1
2000
1882 - 00.28.03
2 1883 - 00.30.15
3 1884 - 00.31.00
Rata-rata 2000 1883 - 00.29.46
20
1
2000
1919 9.15 00.33.00
2 1918 9.35 00.32.18
3 1920 11.5 00.32.53
Rata-rata 2000 1919 10 00.32.44
25
1
2000
1990 25.5 00.33.30
2 1992 23.9 00.34.00
3 1994 22.6 00.33.00
Rata-rata 2000 1992 24 00.33.30
30
1
2000
2129 26.14 02.25.00
2 2128 30.27 02.24.53
3 2130 24.59 02.25.01
Rata-rata 2000 2129 27 02.24.58
35
1
2000
2218 38.1 02.31.59
2 2220 31.65 02.32.00
3 2222 39.96 02.32.02
Rata-rata 2000 2220 36.57 02.32.00
40
1
2000
2298 44.98 06.01.00
2 2329 55.81 06.01.07
3 2312 56.52 06.00.58
Rata-rata 2000 2313 52.4367 06.01.02
64
Lampiran 9 Gambar teknik mixer pencampur udara – LPG
65
Lampiran 10 Dokumentasi penelitian
66
RIWAYAT HIDUP
Nama lengkap Wiliandi Saputro. Lahir di Sukoharjo, 26
Juli 1994 dari ayah Supangat dan Ibu Surati, sebagai putra
pertama dari dua bersaudara. Penulis menamatkan SMA pada
tahun 2012 dari SMA Negeri 1 Langsa dan pada tahun yang
sama diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur
SNMPTN undangan. Penulis memilih program studi Teknik
Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian. Selama
perkuliahan, penulis aktif mengikuti kepanitian dan organisasi
seperti kepanitian penyambutan mahasiswa baru (MABA)
dalam Organisasi Mahasiswa Daerah Aceh divisi acara tahun
2013, pelatihan Leadership and Entrepreneur School (LES) oleh BEM KM IPB
tahun 2013, Staf Komisi Satu di Dewan Perwakilan Mahasiswa (DPM) Fateta IPB
tahun 2014, Kepala Divisi Hubungan Masyarakat (Humas) Agro Mechanical Fair
tahun 2014, panitia divisi Humas Techno-F Fateta tahun 2014, Ketua Young
Legeslative on Top DPM Fateta tahun 2014. Pelatihan Web dan design oleh
Agricultural Information Club (AIC) tahun 2014. Staf Electro and Robotic Club
(ERC) Departemen Teknik Mesin dan Biosistem tahun 2015. Selama perkuliahan,
penulis juga aktif mengikuti lomba di tingkat nasional seperti pada tahun 2014
dalam lomba Pekan Kreativitas Mahasiswa (PKM) kategori Karsa Cipta (KC) dua
judul yang diajukan oleh penulis berhasil didania oleh Dikti yaitu “Astro Farm”
Mesin Pengumpul dan Pembalik Biji-Bijian dengan Kontrol Jarak Jauh dan “Smart
Seeder” Mesin Tanam Jagung Cerdas dengan Kontrol Jarak Jauh sebagai Solusi
Ketahanan Pangan Nasional. Pada tahun 2015 penulis terpilih sebagai 10 finalis
dalam Tanoto Student Research Award dengan judul “ Autonomous Seeder”, Mesin
Tanam Benih tanpa Awak dengan Aplikasi Android sebagai User Interface. Tahun
2016 salah satu proposal PKM Teknologi penulis didanai oleh Dikti dengan judul
“METANI” Mesin Tanam Jagung yang Praktis, Ringan, dan Mini untuk
Mengurangi Biaya Produksi Kelompok Tani Jagung di Dramaga, Bogor. Selama
masa studi penulis aktif menjadi asisten pratikum Teknologi Green house dan
Hidroponik. Penulis juga melakukan praktik lapangan di PT Kubota Indonesia
dengan judul “ Mempelajari Aspek Keteknikan dan Pengujian Mesin Diesel di PT
Kubota Indonesia”. Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik,
penulis menyelesaikan skripsi yang berjudul “Desain Sistem Penggunaan
Kombinasi Bahan Bakar (Solar – LPG) dan Pengukuran Kinerjanya untuk Motor
Bakar Diesel”.