BAB IPENDAHULUAN
1.1 Gambaran Umum Mitra
Lokasi mitra terletak di Desa Crepet. Desa Crepet adalah salah
satu desa dari sepuluh desa yang berada di Kecamatan Dau Kabupaten
Malang Propinsi Jawa Timur. Mata pencaharian warga didapatkan dari
: pertanian, peternakan, perikanan dan perkebunan. Yang paling
terkenal dari desa ini adalah penghasil susu sapinya. Mitra penulis
beberapa ekor sapi perah. Namun produksi susu dari sapi tersebut
kurang maksimal. Hal ini dikarenakan kesalahan pengolahan pangan
ternak. Mitra penulis juga udah memanfaatkan kotoran sapi menjadi
biogas. Namun biogasnya hanya dimanfaatkan untuk memasak saja.
Keluarga Bapak Poniran sebagai mitra PKM-T adalah keluarga
peternak sapai yang memiliki 5 ekor sapi perah. Sapi sapi keluarga
bapak poniran mampu menghasilkan 10 liter susu perharinya dimana
setiap pagi susu susu ini dikirim ke koperasi untuk dijual dan
selanjutnya dibawa ke tempat pengolahan susu. Sapi-sapi ini
biasanya diberi makan rumput gajah atau jenis daun-daunan tertentu
namun rumput pakan ini tidak dicacah sebelumnya. Dalam sehari sapi
sapi ini menghabiskan pakan ternak sebanyak 35-40 kg.Kandang sapi
keluarga Bapak Poniran terletak dibelakang rumahnya. Di sini juga
telah dibuat rekator biogas berkapasitas 4 m3. Keluarga Bapak
Poniran telah menggunakan biogas sebagai energy untuk kebutuhan
sehari hari terutamanya untuk memasak selama kurang lebih 4
tahun.
1.2 Identifikasi Masalah Mitra
Pemberian pakan sapi perah milik Bapak Poniran dilakukan 2 kali
sehari dengan rumput yang tidak dicacah cacah dulu sebelum menjadi
pakan sapi. Jika harus mencacah rumput pakan maka akan diperlukan
waktu lebih lama dan banyak membuang tenaga. Seperti yang diketahui
Bapak Poniran harus mencacah rumput sebanyak 40 kg perhari untuk
pakan sapi, sedangkan bapak poniran juga memiliki kebun yang harus
digarap. Jika bapak poniran memiliki mesin pencacah rumput maka
waktu yang diperlukan menjadi lebih sedikit dan juga tidak banyak
membuang tenaga.Selain itu rumput rumput hasil cacahan memiliki
ukuran yang lebih kecil, dengan begitu sapi akan lebih mudah
memakan pakan rumput. Pakan rumput yang dimakan oleh sapi pun akan
semakin banyak yang imbasnya adalah peningkatan produksi susu pada
ternak sapi Bapak Poniran. Menurut hasil penelitian kekurangan
pakan pada ternak ruminasia, kuhusnya sapi dapat menurunkan berat
badan sekitar 130 sampai 150 gram per hari tergantung dari jenis
kelamin dan umur sapi. Sedangkan kecukupan pakan dapat meningkatkan
beart badan sekitar 430 hingga 510 gram perhari (anonym, 1992).
Bahan pakan ternak yang diberikan oleh bapak poniran adalah rumput
gajah segar dan menurut hasil penelitian rumput ini harus dicacah
sepanjang 2,5 sampai 3 cm agar pengaruh organisme dapat lebih cepat
dan merata. Ukuran pakan yang kecil ini juga akan meudahkan
pencapuran pakan dengan bahan tambah lainnya yang mampu
meningkatkan produksi susu sapi (anonym, 1992).Jika harus membeli
mesin pencacah rumput dipasaran berkisar 2-5 juta rupiah, diluar
mesin penggeraknya. Harga tersebut tidak terjangkau bagi bapak
poniran karena selain membayar harga mesin juga harus membayar
biaya pengiriman. Mesin yang dijual dipasaran umumnya berbahan
bakar bensin atau diesel, hal ini juga tidak terlalu effisien
mengingat harga dari bensin atau solar yang cukup tinggi untuk
penggunaan jangka panjang. Oleh karena itu tim PKM-T membantu Bapak
Poniran dalam pembuatan mesin pencacah rumput dan memodifikasi
mesin berbahan bakar bensin menjadi mesin berbahan bakar
biogas.
1.3 Pemecahan Masalah
Untuk mampu menigkatkan produktifitas susu sapi dengan
pemanfaatan energy biogas maka didapat solusi pemecahan masalah
sebagai berikut.1. Merancang mesin pencacah rumput untuk pakan
ternak berkapasitas 40 kg perjam2. Merancang mesin pencacah rumput
hasil pemotongan mesin cacah dibuat berukuran 3 5 cm3. Memodifikasi
mesin berbahan bakar bensin menjadi berbahan bakar biogas untuk
meningkatkan effisiensi biaya.4. Merancang mesin yang mudah untuk
dioperasikan dan dengan peratawan yang mudah.
BAB IITARGET LUARAN
Target luaran yang ingin dicapai pada PKMT BICOP ini adalah
sebagai berikut.1. Mengahasilkan suatu desain baru mixer biogas
untuk internal combustion machine.2. Paten terhadap alat yang telah
dibuat.3. Menciptakan sebuah rancang bangun mesin yang mudah untuk
dioperasikan dan dirawat.4. Pengembangan energy biogas untuk
kebutuhan lainnya diluar memasak seperti yang telah diaplikasikan
di mitra.
BAB IIITINJAUAN PUSTAKA
3.1 Biogas Menurut Simamora (1989), biogas adalah campuran
beberapa gas, tergolong bahan bakar gas yang merupakan hasil
fermentasi dari bahan organic dalam kondisi anaerob, dan gas yang
dominan adalah gas metana (CH4) dan gas karbondioksida (CO2).
Widodo dkk. (2005) menyatakan bahwa biogas memiliki nilai kalor
yang cukup tinggi, yaitu kisaran 4800 6700 kkal/m3 , untuk gas
metana murni (100%) mempunyai nilai kalor 8900 kkal/m3 . Biogas
sebanyak 1000 ft 3 (=28,32 m3) mempunyai nilai pembakaran yang sama
dengan 6,4 galon (=3,785 liter) butana, atau 5,2 galon gasolin
(bensin), atau 4,6 galon minyak diesel. Kandungan utama biogas
adalah gas metana (CH4) dengan konsentrasi sebesar 50 80 % vol.
Kandungan lain dalam biogas yaitu gas karbon dioksida (CO2), gas
hidrogen (H2), gas nitrogen (N2), gas karbon monoksida (CO) dan gas
hidrogen sulfida (H2S). Gas dalam biogas yang dapat berperan
sebagai bahan bakar yaitu gas metana (CH4), gas hidrogen (H2) dan
gas CO (Price dan Cheremisinoff, 1981).
3.2 Komposisi Biogas Menurut Wellinger and Lindenberg (2000),
komposisi biogas yang dihasilkan sangat tergantung pada jenis bahan
baku yang digunakan. Namun demikian, komposisi biogas yang utama
adalah gas metana (CH4) dan gas karbon dioksida (CO2) dengan
sedikit hidrogen sulfida (H2S). Komponen lainnya yang ditemukan
dalam kisaran konsentrasi kecil (trace element) antara lain senyawa
sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi (Halogenated
hydrocarbons), gas hidrogen (H2), gas nitrogen (N2), gas karbon
monoksida (CO) dan gas oksigen (O2).Table 3.1 komposisi gas gas
pembentuk biogas
No.KomponenSatuanKomposisi
12
1Gas Methan(CH4)%Vol50 7554 70
2Karbondioksida (CO2)%Vol24 4027 45
3Nitrogen (N2)%Vol< 20 1
4Hidrogen(H2)%Vol< 10 1
5Karbonmonoksida (CO)%Vol0,1
6Oksigen (O2)Ppm< 20,1
7Hidrogensulfida (H2S)Ppm< 2Sedikit
3.3 Permasalahan BiogasPermasalahan yang timbul pada saat biogas
baru mengalami proses produksi adalah komposisi dari biogas itu
sendiri dikarenakan dalam biogas terdapat beberapa kandungan gas
lain yang tidak merugikan. Beberapa gas yang tidak merugikan dalam
biogas yaitu :
1. Gas Karbon dioksida (CO2) Gas CO2 dalam biogas perlu
dihilangkan karena gas tersebut dapat mengurangi nilai kalor
pembakaran biogas. Selain itu, kandungan gas karbon dioksida (CO2)
dalam biogas cukup besar yaitu sekitar 30 45 % sehingga nilai kalor
pembakaran biogas akan berkurang cukup besar. Nilai kalor
pembakaran gas metana murni pada tekanan 1 atm dan temperatur 15,5
oC yaitu 9100 Kkal /m3 (12.740 Kkal/kg). Sedangkan nilai kalor
pembakaran biogas sekitar 4.800 6.900 Kkal/m3 (6.720 9660 Kkal/kg)
(Harasimowicz,dkk .2007)
1. Gas Hidrogen Sulfida (H2S) Menurut Lastella dkk. (2002),
konsentrasi gas ini dalam biogas relatif kecil 0,1 2%. Gas ini
bersifat korosif sehingga konsentrasi yang besar dalam biogas dapat
menyebabkan korosi pada ruang pembakaran. Selain itu, gas ini
mempunyai bau yang tidak sedap, bersifat racun dan hasil
pembakarannya menghasilkan gas sulfur dioksida (SO2).
3.4 Pemurnian Biogas3.4.1 Pemurnian H2S Metode termudah dan
murah untuk melakukan proses pemurnian gas H2S adalah dengan
meggunakan geram besi hasil proses pembubutan. geram besi ini
sebelum digunakan harus diproses dengan oxygenation untuk membentuk
lapisan iron oxide. Prosesnya dilakukan secara natural dengan
membakar geram besi pada suhu 900 oC dan dibiarkan mendingin secara
perlahan didalam tungku. Rekasinya seperti skema dibawah ini.Fe +
feO2Fe + 3/2O2 fe2O33fe + 2O2 fe3O4Gas H2S akan terserap oleh
oksida besi dengan reaksi dibawah iniFe2o3 + 3h2s fe2s3 + 3h2oFe3o4
+ 4h2s +fes+fe2s3+4h2oFeo + h2s fes +h2oMasa gram besi yang
digunakan untuk pemurnian biogas adalah 1 kg dimana geram besi yang
telah dioksidasi ini dimasukkan ke dalam pipa PVC berdiameter 4
inch tinggi 70 cm. Diharapkan efisiensi penurunan kadar biogas
mencapai 70% dengan laju aliran gas 4 m3 biogas.3.4.2 Pemurnian CO2
Pemurnian gas CO2 dilakukan dengan mengunakan air H2O. air
ditampung pada pipa PVC berdiamter 4 inch tinggi 25 cm. didalam
tabung pipa dimasukkna pipa pvc berdiameter 1 inchi yang mana ssatu
pipa sebagai inlet dan pipa yang kedua sebagai outlet, pipa inlet
dan outlet disekelilingnya telah dilubangi dengan diameter 4 mm.
tinggi air yang ada didalam pipa adalah 18 cm. diharapkan efisiensi
penyerapan CO2 sebesar 25 % dengan laju aliran gas 4 m3.3.5 Motor
Bensin 4 TakMotor bensin merupakan suatu motor yang dapat
menghasilkan tenaga dari proses pembakaran bahan bakar (campuran
bahan bakar dan udara) didalam ruang bakar. Karena proses
pembakaran bahan bakarnya terjadi didalam ruang bakar, maka motor
bensin ini tergolong kedalam jenis motor pembakaran dalam (Internal
Combustion Engine). Motor bensin mengubah energi termal bahan bakar
menjadi energi mekanik berupa daya poros pada putaran poros
engkol.Motor bensin (Spark Ignition Engine) menurut prinsip
kerjanya, dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu motor bensin dua
langkah (two stroke) dan motor bensin empat langkah (four stroke).
Motor bensin 2 langkah memerlukan 2 kali langkah torak untuk 1 kali
pembakaran dan 1 kali langkah kerja dalam 1 kali putaran poros
engkol. Sedangkan motor bensin 4 langkah memerlukan 4 langkah torak
untuk 1 kali pembakaran dan 1 kali langkah kerja dalam 2 kali
putaran poros engkol. 3.5.1 Spesifikasi Motor BakarDalam progress
PKMT digunakna mesin 4 tak merk Honda gx 120 cc dengan daya 3,5 HP,
spesifikasi motor adalah sebagai berikut.DIMENSIONS
Length x width x height320 x 345 x 320 mm
Dry weight12,0 kg
ENGINE
Engine type4-stroke, overhead valve, single cylinder
Displacement (bore x stroke)107 cc ( 60 x 42 mm)
Max power3,5 HP/3600 rpm
Rated power output2.8 HP/3600 rpm
Max torque0,7 kg-m/2800 rpm
Fuel consumption1 liter/h @3600 rpm
Cooling systemForced air
Ignition systemTransistorized magneto
Pto shaft rotationCounterclockwise
3.6 Karburasi3.6.1 Definisi KarburasiProses pembentukan campuran
udara-bahan bakar yang mampu bakar dengan cara mencampurkan bahan
bakar dan udara pada takaran yang sesuai sebelum masuk ke dalam
silinder motor dinamakan karburasi dan alat yang melakukan tugas
ini dinamakan karburator. Proses karburasi dipengaruhi oleh
beberapa faktor berikut: 1) Kecepatan motor 2) Karakteristik bahan
bakar 3) Temperatur udara masuk 4) Desain karburator.
Motor bakar modern kebanyakan beroperasi pada kecepatan tinggi,
dan menyebabkan waktu yang tersedia untuk proses pembentukan
campuran udara-bahan bakar sangat sedikit. Misalnya, sebuah motor
bakar yang beroperasi pada kecepatan 3000 rpm akan hanya memiliki
waktu sekitar 10 ms untuk proses pembentukan campuran. Apabila
kecepatannya ditingkatkan menjadi 6000 rpm, maka waktu yang
tersedia tinggal 5 ms. Oleh karena itu, untuk diperoleh hasil
karburasi yang baik maka kecepatan udara pada titik dimana bahan
bakar dicampurkan harus 16 ditingkatkan. Hal ini diperoleh dengan
membuat venturi pada jalur aliran udara. Bahan bakar dicampurkan
tepat pada bagian tersempit dari venturi.
3.6.2. Campuran Udara Bahan bakar
Sebuah motor biasanya beroperasi pada kecepatan dan beban yang
berbeda-beda. Untuk keperluan ini, campuran yang baik antara bahan
bakar dan udara harus disuplai ke dalam silinder. Bahan bakar dan
udara dicampur untuk membentuk tiga jenis campuran, yaitu:
1) Campuran stoikiometrik 2) Campuran kaya 3) Campuran
miskin
Campuran yang tepat secara stoikiometrik yaitu campuran yang
memiliki tepat jumlah udara untuk membakar bahan bakar yang ada.
Misalnya, untuk membakar satu kilogram oktana diperlukan 15.12 kg
udara. Sehingga, campuran yang tepat secara stoikiomterik adalah
15.12:1. Nilai ini akan sedikit bervariasi pada berbagai jenis
bahan bakar hidrokarbon. Campuran yang kaya yaitu campuran yang
mengandung lebih sedikit udara dibanding campuran stoikiometrik,
misalnya 10:1 atau 12:1, sedangkan campuran yang miskin yaitu
campuran yang memiliki lebih banyak udara dibanding campuran
stoikiometrik, misalnya 17:1 atau 20:1. Walaupun demikian, ada
batasan tertentu dari nilai ini yang memungkinkan untuk terjadinya
pembakaran di dalam ruang bakar. Di luar nilai itu, campuran akan
terlalu kaya atau terlalu miskin untuk dibakar di dalam
silinder.
BAB IVRANVANG BANGUN MESIN
4.1 Rancang Bangun Mesin4.1.1 Skema Mesin Chopper Berbahan Bakar
Biogas.
Mesin chopper
Kran 2
Kran 1
Tandonbiogas
Mesin Honda gx 110 cc
Pemurnian CO2Pemurnian H2S
Gambar 4.1 Skema instalasi mesin chopper berbahan bakar
biogas
4.2 Metode Perancangan
Gambar 4.2 Bagan metode yang dilakukan untuk merancang mesin
chooepr berbahan bakar biogas
4.3 Desain Venturie Mixer Desain venture mixer didasarkan atas
penelitian yang telah dilakukan oleh S.D Yadav, Dr. Bimlesh Kumar,
dan Dr S.S.Thipse dalam journal IJMET berjudul Development Of
Advanced Intake System For Optimum Biogas Fuelled IC Engine
Performances. Perhitungan venture mixer adalah sebagai berikut1.
Menghitung air flow rate yang dibutuhkan mesin
Dengan : D = diameter piston = 60 mm 0.06 mL = stroke motor = 42
mm 0.042 m= volumetric effisiensi motor 4 langkah = 70 % 0.7=
putaran mesin maksimum = 3600 rpmSehingga :
2. Menghitung kecepatan udara masuk pada venture. Kecepatan
udara masuk ini dihitung berdasarkan diameter karburator standart
0,952 inch.
3. Menghitung kecepatan pada throat mixer dengan mengasumsikan
discharge co-efficient venture sebesar 0,9, didapat hasil. Diameter
thoart mixer dibuat sama dengan diameter pada karburator
standartnya yaiu 0.456 inch
Kecepatan pada throat mixer ini masih dibawah kecepatan standart
yang diijinkan yaitu 100 - 150 m/s ( Siripornakarachi, 2007). Jadi
desain memenuhi syarat.
4. Menghitung besarnya tekanan pada throat mixer, = tekanan
udara atmosfer = 10130 kg/m2 ; =1.204 @ 20oC
5. Menghitung kecepatan gas yang melewati throat mixer, = masa
jenis biogas = 1.2 kg/m3
6. Menghitung aliran kecepatan gas actual yang dibutuhkan mesin.
Asumsi = 0.8
7. Menghitung aliran kecepatan gas maksimum yang dibutuhkan
mesin.
Dari hasil perhitungan kecepatan gas actual dan kecepatan gas
maksimum yang dibutuhkan mesin maka total luas penampang jet yang
dibutuhkan..
Diameter lubang jet didapat, jika jumlah lubang jet yang
digunakan hanya 1 lubang.
Untuk mencapai prestasi mesin optimum maka digunakan diameter
lubang jet 4 mm. Dari hasil perhitungan diatas maka dapat
disimpulkan dimensi utama dari mixer adalah sebagai berikut.
a. Diameter venture D1 = 0.952 inchb. Diameter venture D2 =
0.456 inchc. Diameter jet = 4 mmd. Jumlah lubang jet = 1 lubange.
Panjang total mixer = panjang stock karburator = 80 cm
4.4 Desain MixerDesain dari mixer diperlihatkan oleh gambar
dibawah ini.
Gambar 4.3 Gambar desaimixer biogas pada mesin Honda GX 100
cc
Desain mixer yang digunakan adalah hasil pengembangan dari
desain desain mixer hasil penelitian sebelumnya, dimana pada mixer
ini menggunakan jarum skep sebagai pengatur debit biogas yang masuk
dan skep sebagai pengatur jumlah udara yang masuk ke ruang bakar.
Mixer biogas ini dibuat dari aluminium yang diproses mesin. Bagian
yang palaing penting dari mixer ini adlah venturinya karena pada
bagian ini terjadi percampuran antara biogas dan udara yang
selanjutnya akan masuk kedalam ruang bakar mesin. Desain dari mixer
ini terdiri dari beberapa komponen yaitu1. Throttle body2. Tutup
skep3. Pegas skep4. Skep5. Adapter mixer6. Luabng outlet7. Nipple
inlet biogas8. Mainjet biogas9. venture10. jarum skep11. lubang
inlet
Untuk menaikkan putaran mesin maka skep dan jarum skep diangkat
untuk memperbesar luasan aliran udara dan biogas, namun jika akan
menurunkan putaran mesin dilakukan hal sebaliknya.
4.5 Manufaktur Mixer Mixer dibuat dari bahan aluminium buta,
yang didapat dengan mudah dipasaran. Dipelih bahan aluminium
kareana bahan ini memiliki sifat yanga tahan korosi, ringan, tahan
panas dan sangat mudah untuk diproses mesin. Berat jenis dari
aluminium adalah 2,7 kg/m3 sehingga walaupun kekuatannya rendah
tetapi perbadinganya masih lebih tinggi dari pada baja, sehingga
banyak digunakan pada konstruksi yang menuntut sifat ringan seperti
alat alat transporatsi terutama pesawat terbang. Sifat utama yang
dicari dari aluminium adalah sifat ketahanan korosinya, seperti
yang diketahui bahwa salah satu zat penyusun biogas adalah gas H2S
yang memiliki sifat korosif. Pada aluminium terdapat lapisan oksit
yang melekat dengan kuat dan rapat pada permukaan aluminium serta
sifatnya yang sangat stabil.
Gambar 4.4 Mixer biogas dan karburator standart
4.6 Estimasi Konsumsi Biogas Dari MesinDiketahui bahwa.1. Power
rating mesin = 3,5 HP = 2.7 kW2. Fuel consumption at rated power =
1l/h= 0.001 m3/h3. Konsetrasi CH4 pada biogas = 70 %4. Lower
colorific value at standartcondition = Hu,n = 36000 kJ/m3n
(Mitzlaff, Engines For Biogas. 1988)
Menurut Mitzlaff (1988) konsumsi gas yang dibutuhkan dari mesin
adalah sebagai berikut.Nilai calorific pada biogas
Dari nilai calorific ini, dapat dicari nilai dari energy yang
dibutuhkan mesinuntuk bekerja optimal, dengan Hu,n pada kondisi
standart adalah ( Mitzlaff, 1988, Engines For Biogas)
Sehingga konsumsi biogas per jamnya dapat dihitung,
Jadi selama per jam nya konsumsi bahan bakar biogas diperkirkan
sekitar 0.83 liter/jam
4.7 Reduksi Kecepatan Putaran mesin yang ditransmisikan ke mesin
chooper direduksi dengan pemasangan pully 10 inch pada mesin
chopper dan pully diameter 2 inch pada mesin. Besarnya reduksi
putaran mesin yang terjadi adalah N1/N2 = D2/D1Putaran mesin adalah
putaran maksimum pada kondisi standart yaitu 3500 rpm. Jadi putran
yang terjadi pada mesin chopper adalah.
N1/N2 = D2/D13500/N2 = 10/2N2 = 3500/5N2 = 700 rpmJadi putaran
pada mesin chopper pada kondisi mesin putaran maksimum adalah 700
rpm. Jika dibuat suatu simulasi dengan putaran terendah pada mesin
dipilih 850 rpm dan putaran maksimum 2650 rpm, dengan asumsi bahwa
pada rentan putaran tersebut mitra lebih sering menggunakannya
untuk pemotongan rumput pada mesin chopper.Table 4.1 simulasi
kecepatan mesin chopper dengan reduksi kecepatan
Putaran mesin (rpm)850105012501450165018502050225024502650
Putaran mesin chopper (rpm)170210250290330370410450490530
Dari hasil simulasi diatas terlihat bahwa putaran pada mesin
chopper 170 530 rpm. Putaran optimum yang digunakan untuk
pemotongan rumput diperkirakan 370 410 rpm, jadi pully yang dipilih
sudah cukup untuk mereduksi kecepatan putaran mesin.
4.8 Pemilihan Sabuk V-Belt Pemilihan sabuk v-belt dari pully
mesin ke pully mesin chopper pully menggunakan Sabuk V Standar.
Berdasar data sebelumnya dapat diketahui data sebagai berikut : (
dipilih putaran mesin maksimum pada kondisi standart) ( dipilih
putaran maksimum pada pully mesin chopper dengan mesin pada kondisi
standart) daya mesin 3,5 HP Lebar sabuk (b) dapat dilihat pada
tabel TM.4 ukuran sabuk = 13 mm
Maka : Berdasar tabel
Panjang sabuk : Panjang rata rata sabuk yang sebenarnya ( Jarak
renggang Jarak pasang (pengurangan jarak poros agar sabuk tanpa
sambungan dapat dipasang tanpa tegangan ) 4.9 Mesin ChopperMesin
chopper yang digunakan adalah mesin chopper jadi yang banyak dijual
di toko alat pertanian. Mesin chopper yang dipilih memiliki
kapasitas produksi 40 kg/jam. Mesin chooper ini memiliki 6 buah
pisau yang terpasang melingkar pada rumah pisau. Hasil potongan
pakan rumput yang diharapkan adalah 2 5 cm. Pada mesin chopper
digunakan penggerak puli dimana daya dari mesin yang digunakan
untuk menggerakkan mesin cohpper adalah pully dan v-belt. Pully
yang digunakan adalah berdiameter 10 inch mm dan 2 inch.
4.10 Charging Battery dan Dynamo StaterUntuk memudahkan
penyalaan mesin maka silakukna modifikasi pada mesin yaitu
penambahan motor stater. Motor stater ini memperoleh daya dari aki
12 V yang dilengkapi dengan system charging. Skema kelistrikan
motor stater diperlihatkan oleh gambar 4.5 dibawah.
Gambar 4.6 Skema instalasi kelistrikan charging dan dynamo
stater
Untuk system charging battery dilakukan secara terpisah dimana
terdapat peralatan charging battery yang terpasang terpisah dari
mesin. Charger yang digunakan adalah charger iMAX B6 50W. charging
battery dilakukan jika tegangan battery dibawah 12.80 volt karena
pada tegangan battery yang baik digunakan untuk statert mesin
adalah 14,00 13,00 volt. skema instalasi charging battery
diperlihatkan oleh gamabr dibawah.
4.11 Pengopersian Mesin4.11.1 Menghidupkan MesinLangkah langkah
menghidupkan mesin adalah sebagai berikut1. Membuka keran biogas
sebanyak bukaan keran. Biogas akan mengalir dari tendon ke bagian
pemurniaan tingkat 1 ( geram besi) kemudian mengalir ke bagian
pemurnian tingakt 2 ( air). Setelah dari pemurnian bioas kemudian
mengalir ke saluran masuk mixer.
2. Membuka skep pada mixer sebanyak bukaan skep.3. Menekan
saklar pengaman on/off mesin kearah on. Saklar ini berfungsi untuk
memutus dan menyambungkan tegangan listrik dari aki ke saklar start
mesin.
4. Menekan tombol start mesin sampai mesin hidup.5. Jika mesin
belum bias dihidupkan, tambah bukaan kran biogas sedikit demi
sedikit begitu juga dengan skep udara pada mixer.
6. Jika mesin sudah hidup, tambah bukaan kran biogas dan skep
udara sedikit demi sedikit untuk menambah putaran mesin
4.11.2 Mematikan MesinLangkah mematikan mesin adalah dengan 1.
Menutup keran biogas 2. Mematikan mesin dapat juga menutup skep
udara setalah itu menutup kran biogas
3. Setelah mesin mati, scalar pengaman on/off ditekan kearah
off.4.11.3 Mencharging BatteryLangkah langkah mencharging battery
adalah sebagai berikut.1. Menancapkan klem positif charger pada
kutub positif battery kemudian menancapkan klem negative charger
pada kutub negative battery.
2. Menancapkan plug positif dan negative klem charger ke plug
positif dan negative charger
3. Menancapkan plug adapater charger ke charger
4. Menancapkan plug charger ke stopkontak sumber daya
listrik
5. Jika charger sudah hidup, tekan tombol seleksi untuk memilih
charging type PB batrrey
6. Kemudian menekan tombol start untuk memilih besarnya arus
yang digunakan untuk mengcharging, dipilih besarnya arus 2,5
ampere, arus ini dirasa cukup untuk mencharging battrey karena arus
maksimum yang diijinkan untuk mencharging adalah 4,0 ampere.
7. Kemudian menekan tombol start kembali untuk memindahkan
seleksi ke tegangan batrrety yang akan discharging. Dipilih
tegangan 12 volt karena battery yang digunakan memiliki tegangan 12
Volt.
8. Setelah setting charging selesai, lalu menekan tombol start
untuk beberpa saat sampai ada tulisan dilayar LCD checking battery,
dan setelah itu proses charging dimulai.
4.11.4 Mematikan Proses Charging1. Jika tegangan battery saat
proses charging yang terbaca pada layar LCD tertera 14,70 volt,
artinya batrrey sudah penuh.
2. Jika demikian, plug pada stopkontak catu daya dilepaskan
setelah itu klem charger pada battery juga dilepaskan. Proses
charging telah selesai.
4.11.5 Menyetel Posisi Pisau Mesin Chopper Penyetelan ini
dilakukan untuk mengatur panjangnya pakan rumput hasil potongan
atau pencacahan mesin chopper.alngkah penyetelannya adalah dengan
mengendorkan baut pengikat pisau chopper kemudian menggesernya
kearah depan atau belakang. Setelah setelannya dirasa cukup baut
dikencangkan kembali.
BAB VPENGUJIAN MESIN
5.1 Kelengkapan Mesin Dan Alat Uji5.1.1 Mesin Dan Accesoris
Mesin yang digunakan Honda GX 110 cc dengan daya 3,5 HP/3600 dan
torsi 0.7 kg.m/2800 rpm ( Honda GX 110 owner manuals). Pada mesin
telah dilakukan beberapa modifikasi seperti.
1. Pemasangan motor stater untuk memudahkan saat penyalaan
mesin, system standart Honda GX adalah masih menggunakan tali yang
ditarik untuk menghidupkan mesin
2. Tangki minyak bahan bakar telah dilepas. Tangki minyak ini
tidak digunakan lagi karena telah menggunakan bahan bakar
biogas.
3. Karburator standart mesin diganti dengan karburator
modifikasi sesuai dengan perhitungan pada bab 4. Karburator ini
dirangcang khusus untuk motor bakar berbahan bakar biogas.
Karburator modifikasi ini terbuat dari bahan aluminium dengan
panjang yaitu 80 cm, dimensi venture dirubah untuk mendapatkan daya
motor optimal. Ubahan pada venture untuk diameter sisi masuk adalah
38 mm dan diameter sisi keluar adalah 14.5 mm.
4. Karena mesin telah dimodifikasi dengan menggunakan motor
starter, maka ditambahkan perangkat pengecasan battery untuk
menjaga tegangan battery stabil 12 volt. Selama penggunaan,
tegangan pada battery akan turun yang berakibat batrrey tidakakan
kuat untuk menngerakkan motor starter, maka dari itu jika tegangan
battery sudah kuran, battery akan discharging.
5. Pada mesin juga telah dipasang panel kelistrikan sehingga
tampilan instalasi kelistrikan mesin lebih rapi.
6. Pada mesin chopper dilakukan modifikasi pada bagian pisau
mesin dimana jumlah nya dikurangi menjadi 3 buah pisau untuk
mendapatkan potongan rumput antara 8 cm sampai 10 cm.
5.1.2 Pemurinian BiogasPemurnian biogas pada mesin terdiri dari
dua tabung yaitu tabung yang berisi geram besi yang telah mengalami
proses oksidasi (FeO) dan tabung satunya diisi dengan air ( H2O).
Tabung pertama yang berisi geram besi oksidasi bertujuan untuk
mengurangi kadar H2S pada biogas. Gas H2S ini memiliki potensi
untuk terjadinya korosi pada mesin Honda GX. Korosi yang terjadi
akibat gas ini yang paling mudah dilihat mata adalah pada bagian
knalpot mesin dan bagian kepala silinder. Korosi juga terjadi pada
bagian dalam mesin dan berpotensi merusak klep, pin poiston,piston,
stang piston, ring piston dan komponen lainnya.Tabung kedua berisi
air ( H2O) yang berfungsi untuk mengurangi kadar CO2 pada biogas
sekaligus mencuci bigas dari zat zat pengotor. Gas CO2 pada biogas
dikurangi untuk meningkatkan nilai kalor pada biogas karena gas ini
berimbas pada mudah tidaknya mesin untuk dihidupkan.
5.1.3 Tachometer Tachometer yang digunakan untuk mengukur
besarnya putaran mesin yang dihasilkan dari bahan bakar biogas yang
digunakan pada mesin Honda gx. Spesifikasi dari tachometer ini
adalah sebagai berikut.
Gambar 5.1 Tachometer Fuji Kogyo
5.2 Langkah PengujianLangkah langkah pengujian mesin pada mitra
adalah sebagai berikut.1. Mengecek seluruh kondisi mesin mulai dari
kelistrikan mesin, pemasangan v-belt, baut dudukan mesin, dan
peletakan mesin ditempat yang cukup datar.2. Memasang selang gas
dari kran biogas ke tabung pemurnian tingkat 1 ( tabung yang berisi
geram besi oksidasi).
3. Membuka kran gas biogas kira kira bukaan kran.
4. Menghidupkan saklar ke posisi on kemudian menekan tombol
start pada panel kelistrikan untuk menghidupkan mesin.
5. Jika mesin sudah hidup, kran gas diatur bukaannya untuk
mengatur kecepatan putar mesin optimal.
6. Besarnya kecepatan mesin kemudian diukur dengan tachometer
mitutoyo. Dari kecepatan putar mesin ini akan dapat dihitung
besarnya daya yang dihasilkan mesin.
7. Jika mesin sudah hidup normal maka mesin sudah siap untuk
melakukan proses pemotongan rumput pakan sapi.
5.3 Hasil Pengujian5.3.1 Pengujian Mesin Dari hasil pengujian
didapat hasil sebagai berikut. Pengujian performa mesin digunakan
alat tachometer mitutoyo untuk mengetahui besarnya putaran mesin
yang dihasilkan. Hasil pengujian pada mesin Honda gx 110 cc didapat
putaran mesin sebagai berikut.
Running test 1Table 5.1 Hasil putaran mesin pada running test
1
Bukaan keran biogasBukaan skep mixerPutaran mesin
(rpm)keterangan
1/81/81750Mesin hidup normal
1/41/82010Mesin hidup normal
1/21/82050Mesin hidup normal
3/41/82090Mesin hidup normal
Full1/82055Mesin hidup normal
Dari hasil putaran mesin diatas dapat dihitung nilai power
output mesin yang dihasilkan dari running test 1 adalah sebagai
berikut.
a. Torsi mesin : torsi mesin yang digunakan adalah torsi mesin
dari tech spec standart Honda GX 110 cc yatu 0,7 kg.m yang nilainya
sama dengan T = 0,7 kg.m x 9.8 m/s2 = 6.86 N.m
b. Daya mesin dihitung dengan persamaan
Table 5.2 Hasil perhitungan daya mesin pada running test 1
Torsi mesin (N.m)Putaran mesin (rpm)Daya mesin (HP)
6.8617501.684348
6.8620101.934594
6.8620501.973093
6.8620902.011592
6.8620551.977905
Running test 2Table 5.3 Hasil putaran mesin pada running test
2
Bukaan keran biogasBukaan skep mixerPutaran mesin
(rpm)keterangan
1/81/41610Mesin hidup / putaran tidak stabil
1/41/41800Mesin hidup / putaran tidak stabil
1/21/41690Mesin hidup / putaran tidak stabil
3/41/41650Mesin hidup / putaran tidak stabil
Full1/4-Mesin tidak hidup
Dari hasil putaran mesin diatas dapat dihitung nilai power
output mesin yang dihasilkan dari running test 2 adalah sebagai
berikut
Table 5.4 Hasil perhitungan daya mesin pada running test 2
Torsi mesin (N.m)Putaran mesin (rpm)Daya mesin (HP)
6.8616101.5496
6.8618001.732472
6.8616901.626599
6.8616501.588099
6.86--
Running test 3Table 5.5 Hasil putaran mesin pada running test
3
Bukaan keran biogasBukaan skep mixerPutaran mesin
(rpm)keterangan
1/81/21300Mesin hidup / putaran tidak stabil
1/41/21450Mesin hidup / putaran tidak stabil
1/21/2-Mesin tidak hidup
3/41/2-Mesin tidak hidup
Full1/2-Mesin tidak hidup
Dari hasil putaran mesin diatas dapat dihitung nilai power
output mesin yang dihasilkan dari running test 3 adalah sebagai
berikutTable 5.6 Hasil perhitungan daya mesin pada running test
3
Torsi mesin (N.m)Putaran mesin (rpm)Daya mesin (HP)
6.8613001.25123
6.8614501.395602
6.86--
6.86--
6.86--
Running test 4 Table 5.7 Hasil putaran mesin pada running test
4
Bukaan keran biogasBukaan skep mixerPutaran mesin
(rpm)keterangan
1/83/4-Mesin tidak hidup
1/43/4-Mesin tidak hidup
1/23/4-Mesin tidak hidup
3/43/4-Mesin tidak hidup
Full3/4-Mesin tidak hidup
Pada running test 4 mesin sama sekali tidak bisa dihidupkan Dari
hasil running test mesin didapat daya maksimum yaitu sebesar 2.01
Hp pada putaran 2090 rpm. Kemudian mesin dicoba memotong rumput
gajah sepanjang 1.5 m sebanyak 5 batang rumput (3kg), hasilnya
mesin mampu bekerja dengan normal saat pemotongan rumput. Mesin
dibiarkan dingin untuk beberapa saat selama kurang lebih 1 jam
kemudian mesin dihidupkan kembali. Selanjutnya mesin diuji dengan
memotong rumput sebanyak 35 kg, hasilnya pada putaran tersebut
knalpot mesin menjadi merah akibat kepanasan setelah selang waktu
kerja 10 menit. Mesin dimatikan sejenak untuk menurunkan suhu
mesin. Diputuskan putaran mesin hanya dipatok pada kisaran 1700 rpm
-1800 rpm dengan daya 1.5 - 1.6 HP. Setelah cukup dingin mesin
dihidupkan kembali dan dicoba memotong rumput sebanyak 35 kg. mesin
mampu bekerja dengan baik tanpa mengalami pnas berlebih ini
terlihat dari knalpot mesin yang tidak merah membara seprti
sebelumnya. Waktu yang dibutuhkan mesin untuk menyelesaikan
pemotongan rumput adalah 22 menit untuk satu kali kerja. Waktu
kerja ini dirasa cukup baik karena kurang dari 30 menit waktu yang
dibutuhkan mesin untuk mencacah rumput seberat 35 kg untuk satu
kali pakan sapi perhari. Jadi selama 1 hari jika sapi diberi pakan
5 kali sehari waktu kerja mesin adalah 150 menit.
5.3.2 Pengujian Mesin ChopperHasil potongan yang didapat adalah
berkisar 3 cm - 15 cm. hasil ini cukup baik untuk pakan sapi dan
sesuai dengan keinginan mitra. Jumlah pisau yang terpasang pada
mesin chopper adalah 3 pisau. Saat dilakukan pemotongan dengan
jumlah pisau 6 buah hasil potongan rumput terlalu halus menurut
mitra, jadi lebih dirasa efektif jika menggunakan 3 mata pisau.
Kapasitas pemotongan rumput yang didapat dari hasil uji coba adalah
35 kg rumput gajah selama 22 menit waktu kerja untuk satu kali
pakan sapai dalam 1 hari.BAB VIPOTENSI HASIL
6.1 Mixer biogas Mixer biogas yang telah diuji coba menunjukkan
mesin mampu bekerja dengan baik dengan putaran mesin relative
stabil. Diketahui dari hasil pengujian putaran mesin dan daya mesin
terbaik dicapai pada bukaan kran gas biogas 1/4 dan bukaan skep
mixer 1/4 sampai 1/2 . Dengan kondisi pengaturan mixer demikian
mesin sudah cukup mampu untuk menggerakkan mesin chopper.
6.2 Pemurnian BiogasUnit permurnian biogas yang terdiri dari dua
komponen zat pemurni yaitu geram besi dan air (H2O). Unit
permurnian ini dapat memurnikan biogas dengan baik hal ini
ditunjukkan dengan mesin Honda GX yang mampu bekerja dengan baik
walaupun putarannya belum relative stabil, tapi dari hasil
pengujian mesin sudah mampu menggerakkan mesin chopper. Unit
permunian biogas ini memerlukan bebrapa perawatan ringan
diantaranya penggantian air pada permurnian zat CO2 setiap 3 bulan
sekali atau jika warna air dirasa telah berubah dan pengecekan unit
permurnian H2S yaitu geram besi yaitu dengan meyiramnya dengan air
kemudian menjemurnya unutk mengaktifkan reaksi oksidasi ( geram
akan menjadi karatan) sehingga karat pada geram besi tetap terjaga
unutk memisahkan unsur H2S dari biogas.
6.3 Daya MesinDari hasil uji coba didapat daya mesin maksimum
yang mampu dihasilkan adalah 2,01 HP daya ini lebih rendah 42,60 %
dari daya yang dihasilkan dengan menggunakna bahan bakar premium.
Namun dengan tenagan 2,0 HP mesin honda GX mampu menggerakkan mesin
chopper dengan baik dengan waktu untuk menmotong rumput gajah
seberat 35 kg adalah 22menit.
6.4 Potongan Rumput Hasil potongan yang didapat adalah berkisar
3 cm - 15 cm. hasil ini cukup baik untuk pakan sapi dan sesuai
dengan keinginan mitra. Jumlah pisau yang terpasang pada mesin
chopper adalah 3 pisauKapasitas pemotongan rumput yang didapat dari
hasil uji coba adalah 35 kg rumput gajah selama 22 menit waktu
kerja untuk satu kali pakan sapai dalam 1 hari
6.5 Effisiensi Mesin Chopper BiogasMenghitung effisiensi mesin
chopper biogas ini bertujuan untuk mengetahui seberapa effektif
mesin chopper berbahan bakar biogas disbanding kan jika mengunakan
mesin berbahan bakar bensin (premium).a. Konsumsi bahan bakar
standart mesin honda gx 110 menurut manual booknya adalah 1 liter
selama 1 jamnya dengan asumsi motor bekerja pada putaran penuh
(3600rpm pada standart pabrik), tapi pada kenyataanya tidaklah
mungkin mesin berkeja pada putaran setinggi itu jadi diambil
putaran kerja mesin sebesar 1800 rpm setengah dari putaran maksimum
mesin. Sehingga diambil konsumsinya akan menjadi 0.7 liter selama 1
jamnya dengan tambahan rugi rugi daya saat mesin bekerja. Diketahui
untuk mencacah rumput gajah sebanyak 35 kg dibutuhkan waktu 22
menit, dan sapi sapi diberi makan sebanyak 5 kali dalam sehari jadi
mesin bekerja
T kerja = (22 menit x 5 ) / 60 = 1, 83 jam atau 1 jam 50 menit (
pembulatan)
Dengan waktu kerja mesin lebih lama 50 menit itu artinya dengan
putaran 1800 rpm bahan bakar yang diperlukan adalah 0,7 liter x 2 =
1,4 liter bensin. Jika mesin bekerja dalam kondisi waktu kerja
selama 1 jam 50 menit sehari dan menghabiskan bensin 1,4 liter
biaya bensin yang ditanggung perharinya adalah
Biaya bensin 1 hari = 1,4 liter x rp 7400 = Rp 10.360
Biaya Rp 10.360 adalah biaya bensin per hari dan selama 1 bulan
maka biayanya menjadi,
Biaya bensin 1 bulan = 1.4 liter x rp 7400 x 30 hari = Rp
310.800
Dan dalam 1 tahun menjadi,
Biaya bensin 1 tahun = 12 X Rp 310.800 = Rp 3.729.600
Jadi biaya yang harus dikeluarkan oleh mitra untuk uang bensin
saja adalah sebesar rp 310.800/ bulan atau rp 3.729.600 /tahun Jika
menggunakan biogas maka mitra sama sekali tidak perlu mengeluarkan
biaya banyak karena biogas sendiri dihasilkan dari kotoran sapi
ternak yang diternakan oleh mitra. Maka pada biogas tidak
memerlukan biaya untuk membelinya.
b. Untuk biaya perawatan mesin adalah perawatan dan pembersihan
kerak pengotor pada bagain mixer dan penggantian oli yang rutin
dilakukan setiap 2 bulan sekali. Diketahui bahwa mesin bekrja 1 jam
50 menit (1,833 jam) selama sehari maka dalam jangaka waktu 2 bulan
mesin bekerja selama,
T mesin 2 bulan = 1.833 jam x 2 x 30 hari = 109.98 jamJadi
perawatan mesin dilakukan setiap 110 jam. Diketahui :1. Oli mesran
super = Rp 26.0002. Bensin 1 liter = Rp 7.4003. Air accu = Rp
3.000Biaya perawatan selama 110 jam adalah,
Biaya perawatan = biaya oli + biaya bensin + air accu = Rp
26.000 + Rp 7.400 + Rp 3.00 = Rp 36.400
Didapat biaya servis yang dikeluarkan oleh mitra selama 110 jam
kerja atau 2 bulan adalah Rp 36.400 dan juga biaya service tak
terduga misalnya penggantian piston, ring piston atau komponen
mesin vital lainnya sebesar Rp 250.000 untuk jangka waktu 6 bulan
sebagai biaya darurat perawatan mesin. Jadi dalam setahun biaya
service yang dikeluarkan.
Biaya service 1 tahun = biaya service 2 bulan + biaya service 6
bulan= (12/2 x Rp 36.400) + (2x Rp 250.000) = Rp 718.400
Dari hasil perhitungan diatas disajikan perbandingan dalam
bentuk table dibawah.Premium (bensin)Biogas
Biaya pembelian bahan bakarRp 3.729.600 /tahunTidak beli
Biaya perawatanRp 718.400/tahunRp 718.400
Biaya pembuatan mesinRp 1.500.000Rp 1.950.000
TotalRp 5.948.000Rp 2.664.800
Dari table diatas diketahui bahwa biaya termurah didapat dari
bahan bakar biogas yang artinya dengan menggunakan mesin berbahan
bakar biogas ini mitra akan lebih cepat balik modal. Jika
pendapatan mitra minimum mitra sebesar Rp 2.500.000 perbulan maka
dengan biaya pembuatan mesin sebesar Rp 2.664.800, modal mitra akan
kembali dalam jangka waktu 2 bulan dan keuntungan yang diperoleh
selama 1 tahun dengan pendapatan minimum adalah,
Keuntungan = 12 x pendapatan per bulan biaya pembuayan mesin
biaya perawatan= 12 x Rp 2.500.000 Rp 2.664.800 Rp 718.400= Rp
26.616.800Jadi keuntungan pertahun yang didapat mitra sebesar Rp
26.616.800 atau hampir 90% dari biaya pembuatan mesin.
BAB VIIRENCANA KEGIATAN SELANJUTNYA
Dari hasil pengujian dilokasi mitra, mesin chopper biogas sudah
80 % mampu bekerja dengan baik walaupun ada beberapa kekurangan
yang harus diperbaiki agar mesin ini dapat bekrja secara maskimal.
Untuk mencapai hasil kegiatan 100 %, maka langkah selanjutnya
adalah sebagi berikut.
1. Pemasangan unit pendingin berupa blower untuk mendinginkan
suhu mesin. Hal ini diperlukan untuk mengatasi apabila mesin
bekerja pada putara diatas 2000 rpm dan juga untuk menjaga dan
memperpanjang umur pakai komponen mesin honda GX 110 cc.
2. Pemilihan kabel busi dengan resistansi rendah, sehingga pada
saat starting dingin ( mengingat kondisi lingkungan mitra adalah
daerah dataran tinggi) mesin mudah dihidupkan.dan juga pada kondisi
tegangan batreey yang mulai melemah sekalipun (