Modifikasi Motor Bakar 4 Langkah Bahan Bakar Bensin Menjadi Biogas: Aplikasi Untuk "Engine Test Bed"
Wishnu Wijayanto 1* dan Eny Apriyanti 2
1 Departmen Teknik Kimia, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, Tembalang,  Semarang, Jawa Tengah 50275, Indonesia
2 Departement Teknik Kimia, Universitas Pandanaran Jl. Banjarsari Barat No.1 Tembalang, Semarang, Jawa Tengah 50268, Indonesia Email : wishnuwijaya@che.undip.ac.id

## ABSTRAK
Biogas    merupakan    salah    satu    bahan    bakar    non    fosil    bersifat    renewable    (terbarukan)    yang    dapat dijadikan    bioenergi    alternatif.  Biogas  memiliki  konsentrasi  gas  metana  (CH4)  yaitu  50–75  %,    gas  karbon dioksida (CO 2 ) 25–50%, gas nitrogen (N 2 ) 0 - 0,3 %, gas hidrogen (H 2 ) 1-5 %, gas hidrogen sulfida (H 2 S) 0,1-2 % dan  gas  oksigen  (O 2 )  0,1-0,5  %.  (Hambali,  2007).  Untuk  dapat  menggunakan  biogas  sebagai  bahan  bakar motor  bakar  pada  mesin  bensin  generator  4  langkah  1300  (watt)  dilakukan  modifikasi  pada  :  kelonggaran katup  isap  dan  buang,  injektor  venturi  pada  karburator  dan  menaikkan  rasio  kompresi  9,2  –  9,3.  Pada pengujian dihasilkan torsi maksimum 4,1 (Nm), Temperatur 490 o C pada pembebanan 1000 (watt).
Kata kunci : biogas; gas metana; modifikasi; pembebanan; torsi

## PENDAHULUAN
Energi merupakan salah
satu permasalahan  utama  dunia.   Kebutuhan  energi di  dunia hingga  saat  ini  cenderung  bergantung pada  bahan  bakar  fosil.  Konsumsi bahan bakar fosil  dapat  dilihat  dari  banyaknya  penggunaan mesin    industri  dan    transportasi    penunjang perekonomian  dunia  yang menggunakan minyak bumi    sebagai  bahan  bakar  penggeraknya. Indonesia  merupakan  salah  satu  negara  yang sedang  menghadapi  persoalan    energi    yang serius  akibat ketergantungan  yang  sangat besar terhadap  bahan  bakar  fosil.  Hal  ini  terbukti dengan  adanya  kebijakan  pemerintah  dalam konversi minyak tanah ke gas ( LPG ).
Indonesia memiliki potensi untuk melakukan  pengembangan    energi    alternatif. Sebagai    contoh  dengan  memanfaatkan    limbah biomassa    yang    sangat  melimpah  dari  sektor pertanian  dan  peternakan  untuk  dijadikan bioenergi sehingga masyarakat dapat
memperoleh  energi  yang  relatif  lebih  murah  dan dampak lingkungan lebih bersih.
Biogas    merupakan    salah    satu    bahan bakar  non  fosil  bersifat renewable (terbarukan) yang    dapat    dijadikan    bioenergi    alternatif (Mitzlaff, 1988). Biogas adalah gas yang dihasilkan oleh  bakteri  apabila  bahan  organik  mengalami proses  fermentasi  dalam  reaktor  (biodigester) dalam kondisi anaerob (tanpa udara). Pemanfaatan  biogas  mempunyai  beberapa keunggulan  jika  dibandingkan  dengan  BBM (bahan  bakar  minyak)  yang  berasal  dari  fosil diantaranya  biogas  mempunyai  sifat  yang  ramah lingkungan  dan  terbarukan.  Bahan  bakar  fosil yang pembakarannya kurang sempurna menghasilkan CO 2 yang merupakan salah satu gas penyebab  pemanasan  global.  Biogas  memiliki konsentrasi  gas  metana  (CH4)  yaitu  50  –    75  %, gas karbon dioksida (CO 2 ) 25  –  50%, gas nitrogen (N 2 )  0  -  0,3  %,  gas  hidrogen  (H 2 )  1  -  5  %,  gas hidrogen sulfida (H 2 S) 0,1  - 2 % dan gas oksigen (O 2 ) 0,1- 0,5 %. (Hambali, 2007)

## METODOLOGI
Biogas untuk bahan baku pengujian mesin. Komposisi  biogas  yang  dihasilkan  dari berbagai  digester  anaerobik  sangat  tergantung pada  jenis  bahan  baku  yang  digunakan.  Biogas terdiri dari gas metana, karbon dioksida, hidrogen sulfida  dan  amonia.  Komponen  –  komponen lainnya yang ditemukan dalam kisaran konsentrasi sangat  kecil  ( trace  element )  antara  lain  senyawa sulfur organik, senyawa hidrokarbon terhalogenasi ( halogenater  hydrocarbon ),  hidroden,  nitrogen, karbon  monoksida  dan  oksogen.  Disamping  juga mengandung  uap  air,  partikulat  dan  kadang  juga mengandung  senyawa  volatin.  (Monnet,  2003). Komposisi biogas dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel  1  menunjukkan  bahwa  komposisi biogas sangat bervariatif dengan komposisi utama gas CH4  berkisar antara 40 hingga 75 % dan gas CO2  antara  50  –  60  %  volume.  Disamping  itu biogas  mengandung  beberapa  gas  pengotor antara  lain  gas  H2  antara  0  –  5  %  volume,  H2S antara  0  -  <5  %  volume  dan  O2  antara  0  -  <2  % volume.Informasi  lain  yang  belum  terdapat  pada tabel  diatas  adalah  bahwa  biasanya  biogas  juga mengandung  uap  air  dengan  tingkat  kejenuhan antara  5  hingga  90  %,  sehingga  perlu  untuk dipertimbangkan  pemurniannya  jika  dianggap mengganggu  pada  berbagai  penggunaan  lebih lanjut.

## Modifikasi  mesin  generator  listrik  4  langkah 1300 watt
Mesin  generator  listrik  ini  dilakukan modifikasi  di  beberapa  bagian  sesuai  kebutuhan untuk  bahan  bakar  gas  antara  lain:  1).    Setup
katup  hisap  0,35  (mm)  dan  buang  0,3  (mm),  2). Memodifikasi karburator mesin menjadi berfungsi sebagai  nosel  gas  (Gambar  1).  Dengan mengeluarkan  nosel  jet  inlet  bensin  kemudian ditutup  atau  disumbat  dan  pemasangan  nepel untuk input gas dari bodi luar sampai leher venturi asli. 3) Membubut kepala silinder setebal 0,4 (mm) untuk menaikan rasio kompresi menjadi 9,2 – 9,5. 4)  Laju  alir  biogas  yang  diijinkan  untuk  umpan bahan  bakar  adalah  0,3-0,6  (liter/  menit).  Hal  ini untuk  mencegah  mesin  kekurangan  maupun kelebihan  bahan  bakar  sehingga  mesin  menjadi sukar/tidak hidup (Lin, 2005).

## Pengujian unjuk kerja mesin generator.
Pengujian  mesin  generator  yang  telah dimodifikasi untuk bahan bakar biogas menggunakan sistem pembebanan secara elektris yaitu membebani generator dengan dinamometer listrik.  Voltase  output  yang  digunakan  220  (V), tetap menggunakan sistem governor yang ada
Gambar 1 . Modifikasi karburator.

## Tabel 1. Komposisi biogas
Komponen Satuan Komposisi (% Volume) Anonim, 2010 Hambali et al. , 2007 Monnet, 2003 Haryati, 2006 Pellerin et al. , 1988 (CH4) % Vol 55-75 50-75 55-75 40-70 50-60 CO2 % Vol 25-45 25-40 30-45 30-60 50-60 N2 % Vol 0-0,3 < 2 0-0,2 - - H2 % Vol 1-5 <1 0 0-1 - H2S ppm 0-3 <2 <5 0-3 <1 O2 ppm 0,1-0,5 <2 - - - Lubang jet ditutup Input gas
untuk menjaga kestabilan output generator. Pada output  gas  buang  dipasang  termokopel  untuk memonitor  kondisi  suhu  gas  buang  hasil pembakaran.  Variabel  pada  pengujian  ini  adalah Torsi, Beban, Temperatur gas buang. Bahan bakar yang digunakan pada pengujian ini menggunakan biogas yang telah dipurifikasi.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Bahan bakar untuk pengujian
Biogas  yang  dijadikan  input  untuk  uji generator  diambil  dari  biogas  yang  telah mengalami purifikasi. Biogas ini diambil setelah 15 hari  dari  proses  pembuatan,  komposisi  gas metana pada biogas tersebut (Tabel 2).
Dari hasil uji komposisi dapat dilihat bahwa CH 4 yang  dihasilkan  dari  biogas  plant  rata-rata dapat  menaikan  kemurnian  30  %,  sehingga didapat gas metana dengan kandungan 75 % mol. Gas metan ini sudah memenuhi persyaratan untuk bahan  bakar  uji  generator.  Gas  metana  mulai disimpan kedalam tangki penyimpan setelah umur 15 hari. Gas ini dipanen setiap hari selama 15 hari untuk  bahan  bakar  pada  pengujian  mesin generator.
Uji mesin generator 220(V)/1300 (watt) Pengujian mesin generator ini
menggunakan  dynamometer  listrik  dengan parameter  yang  dapat  terukur  antara  lain  variasi beban dan torsi, pembebanan dimulai dari beban 200  watt  selama  5  menit  kemudian  kenaikan setiap kelipatan 200. Sedangkan untuk mengetahui  temperatur  gas  buang  digunakan perangkat  pengukur  suhu  dan  termokopel. Termokopel  dipasang  pada  manifold  gas  buang pada  mesin  generator.  Laju  alir  gas  yang digunakan adalah 0,2-0,3 liter per menit.
Hasil  dari  penujian  ini  dapat  dilihat  pada gambar  2  dan  3,  dengan  peningkatan pembebanan  pada  generator  terjadi  peningkatan torsi  dan  temperatur  gas  buang.  Pada pembebanan  600  watt  mengalami  kenaikan  yang tinggi  kemudian  mengalami  penurunan  kenaikan pada  pembebanan  800  watt.  Hal  ini  disebabkan pada  saat  pembebanan  800  watt  mesin mengalami  kekurangan  laju  aliran  gas  karena campuran  bahan  bakar  gas  dan  udara  tidak sempurana. Sehingga mesin mengalami kekurangan  bahan  bakar.  Setelah  dilakukan peningkatan laju alir bahan bakar gas maka pada
Tabel 2. Komposisi gas metana (CH 4 ) pada biogas umur 15 hari
No. Sampel Sebelum pemurnian CH 4 (% mol) Setelah pemurnian CH 4 (% mol) Keterangan 1. 42,467 75,352 Volume gas sampler 50 ml 2. 38,025 73,055 Volume gas sampler 50 ml 3. 41.005 75, 331 Volume gas sampler 50 ml Tabel 3. Hasil uji unjuk kerja Mesin Generator 220 (V)/ 1300 (watt) No. Beban (Watt) Torsi (Nm) Temperatur gas buang ( o C) 1. 200 0.2 220 2. 400 1 245 3. 600 2.3 380 4. 800 2.8 430 5. 1000 4.1 490
Gambar 2 . Torsi versus Beban
Gambar 3. Temperatur Gas Buang versus Beban
pembebanan 1000 watt mesin kembali menunjukkan kenaikan torsi yang tinggi.
Pada  gambar  3,  temperatur  gas  buang mengalami kenaikan sebanding dengan terjadinya kenaikan  pembebanan  pada  mesin  generator. Temperatur yang dihasilkan dari pembakaran gas metana  ternyata  sangat  tinggi  jika  dibandingkan dengan  menggunakan  bahan  bakar  bensin.  Gas metana mempunyai angka oktan 100, lebih tinggi dari bensin yaitu 90, sehingga proses pembakaran
lebih sempurna dan menyebabkan temperatur gas buang pada bahan bakar metana lebih tinggi dari pada  bensin.  Secara  mekanis  peningkatan  rasio kompresi
juga menyebabkan kenaikan temperature gas buang.

## KESIMPULAN
Biogas  dengan  kemurnian  gas  metana 75,352  (%  mol)  dengan  laju  alir  gas  yang
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 0 200 400 600 800 1000 1200 To rsi (Nm ) Beban (Watt) 0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 Te m p.Gas Buang (0 C)
Beban (Watt)
digunakan  adalah  0,2-0,3  liter  per  menit,  pada pengujian  mesin  generator  220  (V)/  1300  (Watt), didapat hasil dengan pembebanan maksimal 1000 (watt)  dengan  torsi  yang  dihasilkan  sebesar  4,1 (Nm). Stabilitas torsi pada pengujian beban tetap tersebut hasilnya baik.

## DAFTAR PUSTAKA
Anonim,  (http://www.kolumus.fi/suomen.biokaasu k seskus/en/enperus.htm)
Hambali,  R.D.,  Sperisa,  D.,  Adrian,  N.,  &Paryanto., 2007. Pengaruh Kondisi Fermentasi Terhadap Yield Etanol pada Pembuatan Biogas dari Pati Garut. Gema Teknik . 2: 83-88 Haryati, T., 2006. Biogas: Limbah peternakan yang menjadi  sumber  energi  alternatif. Jurnal Wartazoa , 16 (3), pp.160-169.
Hullu,  J.  De.,  Maassen,  J.I.W.,  Meel,    &  Van,  P.A, 2008,  Comparing  different  biogas  upgrading
techniques,
Eindhoven University of technology . Eindhoven. Lin, K.Z. 2005, Design and Performance Analysis of Converted CNG Engine, Yangon Technological  University,  Departement  of Mechanical Engineering, Yangon, Myanmar. Mitzlaff,  K.V.  1988.  Engine  for  Biogas  :  Theory, modification, economic operation”, Deutsches Zentrum Fur Technische
Zusamenarbeit  (GTZ)  GmbH.,  Eschborn,
Germany. Monnet,  F.,  2003,  An  Introduction  to  anaerobic digestion of organic waste, Chem. Eng. J. 102: 171-184
Pellerin, R.A., Walker, L.P., Heisler, M.G.  & Farmer, G.S.,  1988.  Operation  and  performance  of biogas-fueled  cogeneration  systems. Energy in agriculture , 6 (4):295-310.