## KAJI  EKSPERIMENTAL MESIN STIRLING TIPE β MENGGUNAKAN VARIASI BAHAN BAKAR BIOMASSA
Fenoria Putri 1) , Dwi Arnoldi 2) ,  Dicky Seprianto 3) 1)2)3) Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya Jl. Srijaya Negara Bukit Besar Palembang 30139 Telp: 0711-353414 Fax: 0711-453211 E-mail: putripolsri@gmail.com

## Abstrak
Dengan  latar  belakang  semakin  menipisnya  cadangan  bahan  bakar  mineral, maka  tujuan  jangka  panjang  dari  penelitian  ini  adalah  memberikan  solusi alternatif  untuk  mendapatkan  energi  mekanik  yang  tidak  bergantung  dengan bahan  bakar  mineral.  Target  khusus  yang  ingin  dicapai  adalah  sosialisasi pemakaian  bahan  bakar  nabati  (biomassa)  yang  bersifat  tarbarui  (renewable). Metode  yang  dikembangkan adalah  pemanfaatan  Energi kalor  dari  pembakaran Biomassa  untuk  menggerakkan  mesin  Stirling.  Penelitian  ini  bersifat  Induktif dengan  metode    Kaji  Eksperimental.  Penelitian  dimulai  dengan  melakukan Rancang  bangun  satu  unit  prototipe  mesin  Stirling  tipe  β  satu  silinder  dengan kapasitas  5000  cc,  dilanjutkan  dengan  melakukan  pengujian  mesin.  Prototipe sudah  diujicobakan  beroperasi  dengan  tiga  jenis  bahan  bakar  biomassa,  yaitu: gas  hasil  fermentasi  ampas  tebu,  gas  hasil  fermentasi  sampah  basah  serta  api hasil pembakaran serbuk kayu gergajian dengan hasil sebagai berikut:.
- Gas  hasil  fermetasi  ampas  tebu,  menghasilkan  data-data:  putaran  optimum mesin 950 rpm, daya spsifik 456 Watt/kg b bakar dan efisiensi 23 %
- Gas  hasil  fermetasi  sampah    basah,  menghasilkan  data-data:  putaran optimum mesin 720 rpm, daya spsifik 405 Watt/kg b bakar dan efisiensi 21%
- Serbuk kayu gergajian, menghasilkan data-data: putaran optimum mesin 680 rpm, daya spsifik 324 Watt/kg b bakar dan efisiensi 21%
Kata kunci :  Mesin Stirling, Energi terbarukan, pembakaran luar

## 1. PENDAHULUAN
1.1    Latar Belakang
Cadangan bahan bakar mineral, yang meliputi minyak bumi(BBM), Gas alam serta batu  bara,  kian  lama  kian  menipis.  Bahan bakar    tersebut  sudah  lama  dikenal masayarakat  dunia  sebagai  sumber  energi kalor  yang  mudah  didapatkan  serta  mudah dipakai  pada  mesin-mesin  konversi  energi kalor-mekanik:  motor  Diesel,  motor  bensin, turbin  gas  dan  sistem  tenaga  uap.    Di  sisi lain  keperluan  industri  akan  sumber  energi kalor  yang  dapat  dikonversikan  menjadi energi mekanik semakin meningkat.
Dampak  dari  penomena  ini  adalah:  tidak lama  lagi  bahan  bakar  mineral  akan  habis.
Beberapa  solusi  yang  telah  dikembangkan antara  lain  pemanfaatan  energi  alam  (air terjun,  panas  bumi,  angin  serta  sinar matahari).  Akan  tetapi  hal  tersebut  masih belum  sepenuhnya  dapat  tersosialisasi karena masih
menemui beberapa
permasalahan,  antara  lain:  biaya  awal  yang mahal,  kurang  praktis  serta  tidak  konstan karena bergantung pada iklim/cuaca. Sementara  itu  pemakaian  energi  nuklir  juga belum  dapat  diterima  sepenuhnya  oleh masyarakat,  disebabkan  bahaya  radiasi sebagaimana  bom  niklir  yang  terjadi  di Hiroshima  pada  tahun  1945  yang  lalu.  Data statistik untuk pemakaian energi di Indonesia  15  tahun  terakhir,  dalam  satuan Giga  Jouler  (GJ)  dapat  dilihat  pada  tabel berikut :
Tabel 1 .  Pemakaian Energi di Indonesia * Jenis pemakaian Tahun 1995-2000 Tahun 2000-2005 Tahun 2005-2010 Industri 178 x 10 6 GJ (45 %) 193 x 10 6 GJ (47 %) 215 x 10 6 GJ (46 %) Transportasi 124 x 10 6 GJ (37 %) 131 x 10 6 GJ (38 %) 139 x 10 6 GJ (38 %) Rumah tangga 78  x 10 6 GJ (18%) 82 x 10 6 GJ (15 %) 88 x 10 6 GJ (16 %) Total 380 x 10 6 GJ 406 x 10 6 GJ 442 x 10 6 GJ
* Data dari: Buletin ESDM, Januari 2011 melelui website: http/www/esdm.inf.ktyu.go.id/
Di  sisi  lain,  cadangan  bahan  bakar mineral dunia, jika dieksplorasi tanpa batas, akan  habis  dalam  waktu:  65  tahun  (untuk
BBM) dan 150 tahun (batu bara). Pemakaian  enrgi  alam  yang  lain,  seperti Sinar matahari, angin serta air terjun, masih terkendala  pada  kontinyuitas  serta  investasi awal  yang  mahal.  Alternatif  lain  yang  masih menimbulkan pro dan kontra adalah pemakain  energi  kalor  hasil  proses  reaksi fusi dan fisi atom yang umum disebut energi nuklir.  Solusi  ini  masih  belum  sepenuhnya dapat diimplementasikan mengingat dampak negatif  yang ditimbulkan jika terjadi kegagalan.  Kasus  ledakan  rekator  nuklir Chernobyll (1979) dan yang terakhir dampak gempa  bumi  pada  reaktor  Fukushima  di Jepang  (Februari,  2011)  hingga  saat  ini masih menghantui masyarakat akan dampak bahaya radiasi yang ditimbulkan.
Penelitian  ini  merupakan  kelanjutan dari  penelitian  sebelumnya  (Widagdo,  T, 1998), yang memiliki obyek penelitian Mesin Stirling  tipe  α  dan  dioperasikan  dengan bahan  bakar  bakar  batu  bara.  Tujuan khusus  yang  hendak  dicapai  dari  penelitian ini  adalah  untuk  mendapatkan  Korelasi Impirik dari Variabel-variabel penelitian yang sudah  ditetapkan  pada  penelitian  ini. Variabel-variabel  penelitian  yang  berkaitan langsung  dengan  kinerja  mesin  adalah: daya mesin, putaran optimum, efisiensi serta daya  spesifik  mesin.  Sedang  variabel  lain yang  tidak  berhubungan  lengsung  dengan kinerja mesin antara lain: getaran, kebisingan  serta  polutan  yang  dihasilkan dari  proses  pembakaran  mesin.  Prototipe akan  diujicobakan  beroperasi  dengan  tiga jenis bahan bakar biomassa, yaitu: gas hasil fermentasi ampas tebu, gas hasil fermentasi sampah  basah  serta  api  hasil  pembakaran serbuk kayu gergajian.
Kegitan
tersebut merupakan implementasi dari  pemanfaatan  energi kalor yang berasal dari pembakaran matrial nabati (Biomassa).  Sebagaimana  diketahui  bahwa biomassa adalah bahan bakar  yang bersifat renewable, berasal  dari  tumbuh-tumbuhan
dan  ketersediannya  tidak  terbatas.  Luaran penelitian  terdiri dari:
- Laporan  Penelitian  yang  berupa hard copy yang  akan  didistribusikan  ke beberapa perpustakaan di Indonesia
- Laporan  penelitian  dalam  bentuk soft copy yang  akan  diunggah  ke  internet melelui website: polsri.co.id
- Artikel  ilmiah  yang  akan  dipublikasikan melalui jurnal dan majalah ilmiah
- Data-data penelitian yang dapat dijadikan referensi  bagi  para  peneliti  lain  untuk kegiatan penelitian sejenis
- Perangkat  keras  dalam  bentuk  rancang bangun  mesin  Stirling  tipe β dilengkapi dengan SOP ( Satndard Operation Prosedure) untuk  pengoperasian  mesin. Bermanfaat sebagai materi ajar mahasiswa  pada  disiplin  ilmu  Konversi Energi Kalor-Mekanik Informasi  yang  akan  dipublikasikan diusahakan  bersifat  lugas,  logis  dan  runut, sehingga
mudah dimengerti
oleh masyarakat  umum  yang concern pada perkembangan  teknologi,  meliputi:  dosen, peneliti maupun para mahasiswa

## 2.1  Perumusan Masalah
Keutamaan ( Urgency ) penelitian terletak  pada  pemanfaatan  energi  kalor (panas) yang yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar nabati
(biomassa),  dimana  bahan  bakar  tersebut tidak  dapat  dimanfaatkan  oleh  mesin pembengkit  daya  yang  ada  selama  ini. Beberapa  biomassa  yang  sudah  dipakai secara komesial, seperti biodiesel,
biopremium, black  liquor dan  lain-lain, masih terbatas pada pemakaiannya. Karena mereka  dioperasikan  sebagai  bahan  bakar pengganti  untuk  mesin  yang  selama  ini dioperasikan  menggunakan  bahan  bakar mineral.  Material  biomassa  yang  akan dijadikan sumber energi kalor antara lain:
- Gas  hasil  fermentasi  sampah  basah (Perry,  2001)  yang  sudah  dimurnikan memiliki  komposisi:  gas  Metana  (CH 4 ): 85  %,  gas  Etana  (C 2 H 6 ):  6,6  %,  gas
sulfur  dioksida  (SO 2 ):  4,4%  dan  sisanya uap air (H 2 O). Memiliki kandungan kalor, HCV:  6500  s/d  7200  kcal/kg.  Gas  ini dapat diperoleh dangan cara
mencampurkan  sampah  basah  (sisa sayuran  dan  buah)  dengan  bakteri pengurai  Mollitneae  Cocus,  selanjutnya sampah  basah  dimasukkan  ke  dalam ruang kedap udara dengan durasi sekitar 3 hari. Proses pemurnian dilakukan untuk menurunkan kandungan air dan oksigen. Untuk penyimpanan, gas dapat dicairkan dengan cara menambahkan bahan Azeotrop  selanjutnya  dapat  ditampung didalam tabung  gas LPG..
- Ampas  tebu  (Baggasse).  Di  Indonesia banyak pabrik gula dengan limbah padat berupa ampas tebu. Untuk memusnahkannya,  limbah    dibakar  atau dipendam  dalam  tanah.  Ampas  tebu memiliki nilai kalor, HCV : 5500 s/d 6700 kcal/kg.
- Serbuk kayu. Banyak dijumpai di perusahaan penggergajian, maupun pengrajin  ukiran  kayu,  sebagai  limbah padat.    Pemanfaatan  yang  sering dijumpai  di  masyarakat  adalah  sebagai media  tanam  jamur  maupun  anggrek, namun njumlahnya sangat sedikit. Sebagaian  besar  dibuang  ke  sungai,
dipendam mdalam tanah maupun dibakar.    Pembakaran  serbuk kayu  akan menghasilkan  energi  kalor:  5700  s/d 9800 kcal/kg (tergantung dari jenis kayu) kayu Ni tersebut dibakar (Perry, 2001) Untuk
meningkatkan kinerja ( Perfomansi,  ), mesin  hasil  rancang  bangun akan  dioperasikan  dengan  tiga  jenis  fluida, masing masing: Amonia, Eter dan Air. Ketika fluida  kerja  beroperasi  di  dalam  mesin, dikondisikan  fluida  akan  terjadi  perubahan fasa  cair-gas  atau  sebaliknya.  Kondisi  ini bertujuan  untuk  meningkatkan  koefisien perpindahan  panas  konveksi  dari  silinder mesin  ke  fluida  kerja  atau  sebaliknya. Kinerja mesin ditunjukkan oleh daya spesifik dan efisiensi mesin.

## 2. BAHAN DAN METODE

## 2.1    Bahan Penelitian
Penelitin ini memiliki nilai kebaharuan pada  metode  pemamanfaatan  bahan  bakar Biomassa. Jika mesin mesin penghasil daya
yang  ada  di  masyarakat  bekerja  dengan prinsip pembakaran dalam ( Internal combustion), maka  prinsip  pemanfaatan energi kalor hasil pembakaran yang dikembangkan,  pada  mesin  Stirling,  adalah pembakaran  luar  ( External  combustion). Prototipe  mesin  Stirling  hasil  rancang bangun  akan  bersifat mobile sehingga sesuai  untuk  dipakai  sebagai  penggerak kendaraan bermotor.
Studi  pendahuluan  untuk  mendukung penelitian ini meliputi kaji pustaka, penelusuran  jurnal  serta  kaji  eksperimental yang  berkaitan  dengan  rancang  bangun mesin Stirling yang akan dilaksanakan.
Mesin  Stirling  diciptakan  pertama  kali pada  tahun  1816  oleh  ilmuwan  Inggris bernama  Robert  Stirling,  40  tahun  setelah diciptakannya  mesin  uap  torak  oleh  James Watt  (1786).  Mesin  ini  bekerja  atas  dasar pemanfaatan  energi  kalor  temperatur  tinggi menjadi  enegi  mekanik  (power)  dengan prinsip pembakaran luar ( Extenal Combustion  Engines). Sebagaimana  mesin pembangkit  daya  yang  lain,  mesin  Stirling juga  mengacu  pada  siklus  Carnot  (Kent‟s, 1987).  Pada  awal  ditemukannya,  mesin Stirling  dioperasikan  menggunakan  fluida kerja  pada  fasa  gas  sehingga  memilki perfomansi rendah.
Perkembangan teknologi
serta tuntutan konsumen, pada tahun 1923 mesin Stirling  kalah  berkompetisi  dengan  mesin Diesel  dan  mesin  bensin  yang  bekerja dengan  prinsip  pembakaran  dalam  ( Internal Combustion  Engines). Kedua  jenis  mesin tersebut  memiliki  kelebihan  darti  segi efisiensi serta daya spesifik yang lebih baik. Bentuknya  yang  kompak  sehingga  sangat sesuai untuk dipakai sebagai mesin penggerak kendaraan bermotor. Akan tetapi mesin  Disesl  dan  mesin  bensin  memiliki kekurangan dari segi konsumsi bahan bakar yang  sangat  tergantung  dari  jenis  bahan bakar minyak BBM.
Berdasarkan  prinsip  kerjanya,  mesin Stirling dibagi menjadi 2 jenis, yaitu:
a. Tipe  α,  terdiri  dari  dua    silinder  yang masing-masing berperan sebagai silinder  panas  dan  silinder  dingin. Kedua  silinder  membentuk  sudut  90 0 dan  torak  yang  terdapat  didalamnya dihubungkan  oleh  batang  penghubung ke  satu  titik  yang  ada  pada  poros engkol.
Gambar 1 :  Mekanisme Mesin Stirling Tipe α
Poros  engkol  berputar  searah  jarum jam.  Pemanasan  fluida  kerja  terjadi  pada silinder  panas,  sedangkan  pada  silider dingin  fluid  kerja  didinginkan  menggunakan udara  bebas.  Prisip  kerja  mesin  dimulai dengan posisi 1 (kiri atas) dilanjukan dengan posisi 2,3 dan 4 secara runut.
- Posisi  1  (kanan  atas,  sudut  0 0 )  :  Gas suhu tinggi dari silinder panas mengalir ke silinder dingin, selanjutnya gas mulai didinginkan sehingga
mengalami penurunan  tekanan.  Gerakan  poros engkol  terjadi  karena  kelambaban massa dari kerja sebelumnya.
- Posisi  2  (kiri  atas,  sudut  90 0 ):  Gas mengalami pendinginan maksimum dan menarik  torak  panas  ke  arah  kanan pada  saat  yang  sama  torak  dingin dalam  posisi  berhenti  dan  tidak  bisa mengambil  kerja  dari  proses  tersebut. Gerakan  poros  engkol  terjadi  dengan memanfaatkan kelambaman massa.
- Posisi  3  (kiri  bawah,  sudut  180 0 ):  Gas mulai  dipanskan  pada  silinder  panas akan tetapi  belum mengalami kenaikan tekanan yang signifikan sehingga belum  menhasilkan  kerja.  Gerakan poros engkol terjadi dengan memanfaatkan kelambaman massa.
- Posisi  4  (kanan  bawah,  sudut  270 0 ): Sebagian  besar  gas  dipanaskan  di silinder
panas, gas mengalami
kenaikan  tekanan  dan  menekan  torak panas kearah kiri (menghasilkan kerja), pada  saat  yang  sama  piston  dingin pada posisi lock.
b. Tipe  β,  terdiri  dari  satu  silinder  yang dipisahkan oleh bahan isolatif. Dibagian atas  berfungsi  sebagai  silinder  dingin yang  di  dalamnya  terdapat  torak  daya
( power  piston), sedang  di  bagian bawah  adalah  silinder  panas  yang  di dalamnya  terdapat  torak  peluncur ( displacer piston) .
Poros  engkol  berputar  searah  jarum jam.  Torak  daya  dibuat  rapat  (tanpa kebocoran)  baik  terhadap  silinder  maupun batang  torak.  Torak  peluncur  diberi  celah dengan ukuran tertentu dengan tujuan untuk dapat  memindahkan  fluida  dari  silinder panas  ke  silinder  dingin  atau  sebaliknya. Batang torak dari kedua silinder membentuk sudut 90 0 pada poros engkol.
Prinsip kerja mesin dimulai dari posisi paling kiri adalah sebagai berikut:
- posisi  1:  Torak  daya  menurunkan volume  fluida  suhu  rendah,  torak peluncur memindahkan sebagian besar fluida ke silinder panas. Gerakan poros engkol  memanfaatkan  kelembaman massa.
-        Posisi  2:  Fluida  dipanaskan  di  dalam silinder  panas,  mengalami  kenaikan tekanan  serta  menekan  torak  daya  ke posisi  akhir  gerakan.  Ini  ada;ah  proses kerja satu-satunya yang terjadi.
- Posisi  3:  Torak  peluncur  turun  ke bawah  dan  memindahkan  sebagian nbeasr fluida ke silinder dingin. Gerakan  poros  engkol  memanfaatkan kelembaman massa.
- Posisi  4:  Fluida  dingin  dikompres  oleh momentum  poros  engkol.  Daya  yang diperlukan  untuk  ini  kecil  mengingat fluida  pada  suhu  dan  tekananan rendah.
Kedua tipe mesin Stirling, jika dibandingkn,  masing-masing  memiliki kelebihan dan kekurangan.  Atas dasar
aspek  konstruksi  maka  pada  penelitian ini dipilih mesin Stirling tipe β
Siklus  termodinamika  mesin  Stirling secara umum sama dengan siklus termodinamika  motor  bakar  torak,  hanya sistem  pemasukan  energi  kalor  pada  mesin Stirling  terjadi  dari  luar  silinder  ( External omustion  Engines) ,  sedangkan  pada  motor bakar torak terjadi dari dalam silinder( Internal Combustion Engines) . Siklus  selengkapnya  dapat  dilihat  pada diagram P (tekanan)
– V (Volume)  berikut :
Gambar 2 :  Mekanisme mesin Stirling tipe β
Gambar 3 :  Siklus kerja mesin Stirling
- Proses  1  :  Ekspansi  isentropik,  terjadi langkah  kerja,  torak  mendorong  poros engkol untuk berputar
- Proses  2  :  Penurunan  suhu  dan tekanan  fluida,  torak  bergerak  tanpa beban
- Proses  3  :  Kompresi  isentropik,  torak digerakkan  oleh  kelembaman  poros engkol.
- Proses  4    Pemasukan  energi  kalor isovolimik, torak dalam keadaan idle.
Penelusuran kepustakaan yang telah dilaksanakan antara lain: (Nazaruddin  S,  2003),  Untuk  mesin  Stirling tipe β disimpulkan bahwa untuk mendapatkan  perfomansi maksimum, maka secara  konstruktif  rasio  antara    langkah torak  (L)  dengan    diameter  torak  (D) bervariasi  antara  1,25  s/d  1,40  bergantung dari  kapasitas  mesin.  Semakin  besar kapasitas  mesin  semakin  kecil  rasio  dan semakin  kecil  kapasitas  mesin  semakin besar rasio.
(Effendi N dan Khadir  Kh, 2005), Beberapa fluida condensible yang  prospektif  untuk
dapat  dioperasikan  sebagai  pembangkitan daya adalah: Air, Amonia  dan Ether. Ketiga fluida  tersebut  dikenal  sebagai  fluida  yang unflamable pada  kisaran  operasi  antara temteratur 550 0 C s/d 750 0 C. (Maleev,  1986), Untuk menghidarsi bahaya ledakan,  pengoperasian  mesin  Stirling  tidak direkomendasikan untuk menggunakan meinyak  pelumas.  Untuk  itu  beberapa meterial  dengan  koefisien  yang  dapat dipakai  antara  lain:  Teflon,  Rulon  serta Grafit.
Persiapan  awal  untuk  mendukung kegiatan penelitian antara lain:
a. Persiapan sarana dan prasarana pendukung.  Kegiatan  penelitian  akan dilaksanakan  di  laboratorium  M&R Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Sriwijaya. Untuk rancang bangun mesin yang  meliputi  proses  produksi  dan perangkaian  komponen,  kegiatan  akan dilaksanakan di Laboratorium Teknologi Mekanik. Untuk Kalibrasi instrumen dan sistem  kendali  pengujian,  kegiatan akan  dilaksanakan  di  laboratorium
Mekanik.  Untuk  pembuatan  komponen presisi  kegiatan  akan  dilaksanakan  di laboratorium  CNC.  Semua  berada  di bawah institusi Politeknik Negeri Sriwijaya.  Untuk  pengujian  perfomansi mesin  serta  analisis  komposisi  gas hasil pembakaran, kegiatan akan dilaksaakna  di  Laboratorium  Sistem Propulsi  Jurusan  Teknik  Mesin  ITB. Pemerksaan lapangan telah dilaksanakan  secara  informal  dan disimpulkan bahwa semua peralatan/mesin dalam kondisi siap.
b.   Persiapan  Sumber  daya  manusia. Mengingat  penelitian  ini  bersifat  multi disiplin,  maka  seumber  daya  yang terlibat mel;iputi tiga orang staf edukatif dari  berbagai  disiplin  ilmu  serta  dua orang  mahasiswa  dari  Jurusan  Teknik Mesin.  Diskusi  serta  koordinasi  yang bersifat informal telah dilaksanakan dan masing  masing  anggota  menguasai bidang  tugas  yang  akan  dilaksanakan. Untuk  mahasiswa  ,  diharapkan  akan memperoleh  ketrampilan  terapan  serta dapat  menumbuhkan  jiwa  riset  yang bermanfaat untuk pengembangan Iptek. c.   Persiapan Kelembagaan dan managerial.  Kegiatan  ini  bertanggung jawab langsung ke Institusi dengan task force UPPM  (Uunit  Penelitian  dan Pengabdian Kepada Masyarakat) Politeknik  Negeri  Sriwijaya.  Beberapa persyaratan  administrasi  menyangkut jenjang  pendidikan  serta  penguasaan ilmu dari masing masing anggota dapat disetujuai  oleh  pihak  UPPM.  Untuk aspek  managerial  yangb  berkaitan dengan  aktifitas  penelitian,  hal  ini sudah  dikoordinasi  dengan  masing masing  jurusan  dan  diestimasi  tidak akan
mengganggu
proses belajar/mengajar di dalam kampus. Studi  pendahuluan  yang  berkaitan dengan  kegiatan  penelitian  ini  telah  penulis lakukan  dan  dipublikasikan  dalam  bentuk artikel, antara lain: 1.    (1998),  judul: Karakter  Dinamik  Mesin Stirling., Artikel  ilmiah,  Jurnal  Teknik Mesin,  ITB . Artikel  diberdasarkan  buku teks,  jurnal,  prosiding  serta  majalah ilmiah.  Dari  kajian  tersebut  dapat disimpulkan bahawa mesin stirling akan bekerja  pada  efisiensi  yang  maksimum jika dioperasikan pada putaran optimum tertentu.
2.   (1999),  judul: Mesin  Stirling  sebagai Solusi  untuk  mengatasi  kelangkaan Bahan  Bakar  Minyak., Tuisan  Ilmiah
bidang  teknologi,  dimuat  di  Harian Sumatera  Ekspress  12  Agustus  1999. Substansi  dari  tulisan  adalah  bahwa mesin  pembangkit  daya  yang  paling prospektif  untuk  menggantikan  motor bakar torak.adalah mesin Stirling.
3.   (2002),  judul: Dinamometer  Mekanik dengan  Pengatur  Putaran  Governoor Sentrifugal, Laporan  penelitian  Dosen Muda  DP2M.  Sustansi  dari  penelitian adalah  cara  mengukur  daya  dan momentorsi  mesin  pembangkit  daya berdasarkan variasi putaran mesin.
4.   (2004)  judul: pembuatan  Biodisesel
Minyak  Jarak  Pagar  menggunakan Metode Transesetrifikasi. Prosiding Seminar Laporan Hibah bersaing 2004.2005. Informasi yang disampaikan dari artikel adalah mekanisme  mendapatkan  bahan  bakar Biomassa  yang  ramah  lingkungan  dan bersifat reneable.
5.    (2006)  Judul: Fermentasi  ampas  tebu untuk mendapatkan gas sebagai bahan bakar  Biomassa., karya  ilmiah  tingkat jurusan,  diseminarkan,  didestribusikan ke  beberapa  perpustakaan.  Informasi yang  disampaikan  adalah  tentang pemanfaatan  ampas  tebu  sebagai bahan bakar biomassa,  sekaligus sebagai metode untuk penanggulangan pencemaran lingkungan.
Luaran  ( outcomes) dari  penelitian akan direalisasi dalam bentuk: 1. Laporan Penelitian, yang akan disistribusikan ke beberapa perpustakaan, sehingga dapat dipelajari oleh masyarakat umum.
2.   Artikel  Ilmiah,  yang  akan  di  terbitkan baik  melalui  jurnal  nasional  maupun jurnal internasional.
3.   Tulisan  ilmiah  bidang  Teknologi  yang akan  dimuat  pada  media  cetak  lokal maupun nasional
3.   Perolehan  Hak  kekayaan  Intelektual melalui Paten Haki DP2M Dikti
2.1    Metode Penelitian
Penelitian ini bertujuan
untuk mendapatkan Prototipe mesin Stirling tipe β yang  akan  dioperasikan  menggunakan bahan  bakar  Biomassa.  Paket  Uji  mesin dalam bentuk perangkat keras serta perangkat  lunak  yang  dipat  dipakai  sebagai bahan  praktikum  bagi  mahasiswa  pada disiplin  Ilmu  Konversi  Energi  Kalor – Mekanik  di  Jurusan Teknik  Mesin  Politeknik Negeri Sriwijaya.
Rencana jangka panjang yang dilaksanakan  setelah  selasainya  penelitian ini adalah soaialisasi dari  pemakaian  energi kalor hasil pembakaran Biomassa
menggunakan mesin Stirling. Untuk kegiatan tersebut,  peneliti  melibatkan  institusi  serta bekerjasama  dengan  pihak  terkait,  antara lain  :  pemerintah  daerah/pusat,  lembaga swadaya  masyarakat  yang  peduli  akan kelestarian lingkungan serta asosiasi/komunitas  masyarakat  yang  peduli untuk perkembangan teknologi ramah lingkungan.
Penelitian  ini  merupakan  kelanjutan dari  penelitian  sebelumnya(Widagdo,  T, 1998),  yang berjudul:  „ Rancang  bangun Degester Gas dari Ampas Tebu’ .  Metode yang  dipakai  adalah  Kaji  Ekaperimental terhadap  suatu  penomena  alam  dengan melibatkan  beberapa  variabel  penelitian yang  sudah  ditetapkan.  Secara  umum kegiatan  penelitian,  secara  runut  dibagi menjadi enam kegiatan utama, yaitu:
1. Perancangan Mesin. Atas dasar pertimbangan  dari  aspek  konstruksi dan mobilitas, maka mesin Stirling yang dipakai sebagai obyek pengujian adalah  dari  tipe  β    dengan  spesifikasi utama:  satu  silinder,  150  cc,  rasio panjang  langkah/diameter  torak  1,20.
Perancangan  mesin  akan  diselesaikan menggunakan program Komputer Autodesk Inventor ® dengan luaran:
- Gambar  Konstruksi  dalam  bentuk proyeksi dan visualisasi serta dilengkapi  dengan  dimensi  detail dari masing-masing komponen.
- Distribusi  temperatur  dan  tegangan yang  terjadi  pada  masing-masing komponen  baik  pada  arah  radial maupun transfersal.
- Jenis  material  yang  akan  dipakai sebagai komponen mesin
2.   Pembuatan Mesin. Kegiatan ini berintikan  proses  produksi  komponen mesin.  Skala  prioritas  diberikan  untuk komonen-komponen  presisi  dengan cara  memberikan  perlakuan  khusus berupa pengerjaan menggunakan CNC.  Kegiatan  dilanjutkan  dengan Assemly (perangkaian)    komponen yang  sudah  dibuat  dengan  sensntiasa mempertimbangkan aspek:
- Kesejajaran,  kesebidangan  serta kestabilan mesin
- Knockdown, artinya  mesin  dapat dengan  mudah  dibongkar  pasang. Hal ini sngat penting untuk kegiatan perawatan dan perbaikan mesin.
- Aspek  Mobilitas,  artinya  mesin  dapat dengan    mudah  dapat  dipindah secara  manua  dari  satu  tempet  ke tempat lain tanpa harus menggunakan  peratan  lain  sebagai bantuan. 3.   Pengujian  Awal  mesin  ( comissioning). Bertujuan  untuk  mengetahui  respon komponen mesin ketika mesin dioperasikan. Mesin dioperasikan dengan beban minimum hingga distribusi  panas  merata,  selanjutnya beban dinaikkan secara perlahan lahan hingga  mencapai  beban  maksimum. Pada beban maksimum akan dipertahankan  untuk  jangka  waktu tertentu  (±  10  jam).  Perbaikan  ataupun modifikasi  komponen  dilakukan  jika diketahui ada yang rusak.
4.   Pemasangan  sarana  pendukung,  yang meliputi  sistem  pembacaggotan  data (instrumen), sistem pengendalain (kontrol) serta sistem keamanan..
Sebelum  dipasang  pada  mesin,  maka sarana  pendukung  akan  dikalibrasi sesuai dengan daerah kerja yang dapat dilayani.  Hal  ini  penting  berkaitan dengan validitas ketika dilakukan pengambilan data pada mesin. 5.   Pengujian  Mesin.  Bertujuan  untuk mendapatkan data pengujian
berdasarkan  variasi  fluida  kerja  serja variasi  bahan  bakar  yang  sudah ditetapkan.  Data  yang  akan  diambil teridiri  dari  putaran  mesin,  daya  mesin serta momen
torsi.
Kegiatan pengambilan data akan dilaksanakan di Laboratorium  Motor  Bakar  dan  Sistem Propulsi Jurusan teknik mesin ITB. 6. Analisis Data. Bertujuan untuk memberikan  gambaran  reperentetatif tentang  karakter  mesin  yang  diuji. Setiap  perlkuan  akan  diambil  10  data. Beberapa perangkat statistik yang akan dipakai untuk analisis data antara laian:
-  Uji Chi  square, dipakai  untuk pengujian homogenitas data
-  Uji
t-Student, dipakai untuk memerikasa „kenormalan‟ data - Curve fitting, dipakai untuk pembuatan grafik kecenderungan Keterlibatan anggota
penelitian sangat  berpengaruh  terhadap  target  yang akan  dicapai.  Untuk  hal  tersebut,  diskusi serta  konsolidasi  akan  selalu  dilaksanakan secara  berkala.  Kompetensi  yang  dimiliki oleh setiap anggota dipandang cukup sesuai dengan  beban  kerja  yang  akan  mereka selesaikan.  Terhadap  sarana  pendukung yang  meliputi  peralatan,  komponen  mesin,
sistem instrumentasi/kendali, sitem
keamanan  serta  laboratorium  yang  akan dipakai,  sudah  dilakukan  studi  kelayakan, dan disimpulkan layak untuk dipakai sebagai sarana penelitian

## 3. HASIL DAN  PEMBAHASAN

## 3.1     Hasil Penelitian
Kegiatan  penelitian  dilakasanakan  di Laboratorium  M&R  Jurusan  Teknik  Mesin Polsri  dengan  melibatkan  seluruh  anggota penelitian.  Dimulai  dengan  rancang  bangun 1 unit Mesin Stirling tipe β dengan kapasitas 150 CC.
Beberapa hal penting sebelum melakukan pengujian, antara lain:
1. Kalibrasi  alat  ukur,  bertujuan  untuk memastikan  bahwa  pembacaan  data akurat.
2. Pemerikasaan    peralatan  pendukung, bertujuan  untuk  memastikan  bahwa perangkat pengujian akan dapat bekerja denagn aman. 3. Comissioning ,
yaitu
melekukan
pengujian  awal  terhadap  perangkat  uji dengan  beban  lebih,  dengan  tujuan untuk memastikan bahwa perangkat uji akan  aman  ketika  dilakukan  pengujian pada beban normal.
Variabel-variabel yang diperhitungkan antara lain:
- Putaran  mesin - Momen torsi poros engkol - Daya  mesin - Konsumsi bahan bakar - Efisiensi mesin Variabel  yang  ditetapkan  adalah  bahan bakar biomassa, meliputi :
- Pembakaran gas hasil fermentasi ampas tebu
- Pembakaran gas hasil gasisfikasi sampah basah
- Pembakaran serbuk kayu gergajian Variabel yang diabaikan adalah:
- Fluktusi tekanan udara lingkungan
- Kerugian kalor akibat isolasi yang kurang rapat.
- Gesekan  komponen-komponen  mesin
ketika mesin bekerja Prosedur  pengujian    yang  sudah dilaksanakan,    secara  runut,    adalah sebagai berikut:
1. Bahan bakar biomassa ditimbang untuk mengetahui massanya, selanjutnya dimasukkan  ke  dalam  ruang  bakar yang sudah tersedia.
2. Bahan bakar dihidupkan hingga merata,  selanjutnya  pintu  ruang  bakar ditutup hingga rapat.
3. Jika suhu silinder panas sudah mencapai  suhu  operasi,  poros  engkol diputar  untuk  memancing  gerakan berputar.  Jika  poros  engkol  sudah memberikan  perlawanan,  selanjutnya pancingan dilepaskan dan poros engkol akan berputar sendiri. 4. Selanjutnya  poros  engkol  dihubungkan dengan dynamometer untuk mengetahui  variable  variable  :  putaran mesin, momem torsi dan daya mesin
5. Prosedur  1  s/d  4  dilakukan  untuk  3 jenis bahan bakar biomassa,
Gambar 4 :  Prototipe  mesin  Stirlng  hasil rancang bangun
Pengujian  dilakukan  terhadap  unit mesin  Sterling  tipe  β  dengan  kapasitas silinder  150  CC.  Dinamometer  yang  dipakai untuk  mengukur  prestasi  mesin  dilengkapi dengan instrumen Tachometer yang berfungsi  untuk  mengatur  putaran  mesin,  n (rpm)  dan  torsimemeter  yang  berfungsi untuk  mengukur  momen  torsi  yang  terjadi pada  poros  mesin,  T  (N-m).  Konsummsi bahan bakar yang disuplai ke mesin dihitung dengan metode grafimetri.
Daya  mesin  dihitung  menggunakan formulasi:

## P = T.ω = π.n.T/60, Watt
Dimana,  T: momen torsi mesin, N-m n: putaran pesin, rpm
Efisiensi  mesin  dihitung  menggunakan formulasi:

## ̇
Dimana,  P   :  Daya mesin, Watt
̇ :  laju    aliran  massa  bahan bakar, kg/det Tabel  berikut  menunjukan  tabel  data hasil  pengujian  mesin  untuk  salah  3  jenis bahan bakar biomassa serta satu jenis fluida kerja Tabel 2 . Data-Data Hasil  Data Pengujian Mesin Stirling Bahan Bakar biomassa Putaran mesin, rpm Momen Torsi poros engkol,N.m Daya mesin, Watt Konsumsi bahan bakar, kg/det Efisiensi mesin, % Gas hasil fermentasi ampas tebu 250 500 750 1000 1250 155 151 145 126 119. 457 468. 487 468 467 0,054 0,057 0,062 0,066 0,070 8,6 9,4 11,5 12,4 10,9 Gas hasil fermentasi sampah basah 250 500 750 1000 1250 119 116 103 97 92 355 364. 383 368 365 0,062 0,067 0,063 0,078 0,082 7,5 9,2 11,3 12,5 10,7 Pembakaran serbuk kayu gergajian 250 500 750 1000 1250 115 112 98 92 87. 457 468. 487 468 467 0,54 0,57 0,62 0,66 0,70 8,6 9,4 11,5 12,4 10,9

## 3.2    Pembahasan
Pengoperasian mesin Stirling hasil rancang bangun sudah menghasilkan data pengujian yang mengindikasikan kinerja mesin. Parameter prestasi dalam bentuk Daya (energy mekanik) serta  Efisiensi  ditampilkan  secara  representative.  Ketiga  jenis  bahan  bakar  biomassa memberikan dampak yang berbeda, baik dari segi daya  maupun efisiensi mesin Stirling.
Gambar 5 :  Karakter Mesin Uji Menggunakan Bahan Bakar Gas Hasil Fermentasi Ampas Tebu
Menggunakan metode turunan pertama  diperoleh Daya maksimum mesin sebesar:
 P maks = 489 Watt pada putaran,  n= 810 rpm.
 Efisiensi maksimum, η maks = 12,45 % pada putaran, n = 950 rpm
0 100 200 300 400 500 600 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 putaran mesin, rpm Momen torsi, N-m Daya mesin, Watt
Gambar 6 : Karakter Mesin Uji Menggunakan Bahan Bakar Gas Dari Sampah Basah
Menggunakan metode turunan pertama  diperoleh Daya maksimum mesin sebesar:
 P maks = 475 Watt pada putaran,  n= 765 rpm.
 Efisiensi maksimum, η maks = 12,23 % pada putaran, n = 878 rpm
Gambar 7 :  Karakter Mesin Uji Menggunakan Bahan Bakar Serbuk Kayu Gergajian
Menggunakan metode turunan pertama  diperoleh Daya maksimum mesin sebesar:
 P maks = 505 Watt pada putaran,  n= 823 rpm.
 Efisiensi maksimum, η maks = 12,35 % pada putaran, n = 865 rpm

## 4. KESIMPULAN DAN SARAN

## 4.1   Kesimpulan
Penggunaan  bahan  bakar  biomassa untuk menghasilkan
daya sangat dimungkinkan,  hal  ini  terlihat  dari  data pengujian  terhadap  satu  unit  mesin  Stirling. Sebagaimana  kita  ketahui  bersama  bahwa ketersediaan  bahan  bakar  mineral,  yang meliputi minyak bumi serta batu bara, dalam waktu yang tidak lama lagi akan habis. Saat kinim  kita  harus  mulai  menerapkan  konsep pemakain  bahan  bakar  terbarukan  yang
tersedia  tak  terbatas  di  alam.      Sa;ah satunya adalah biomassa.
Hasil  pengujian  terhadap  sebuah protiptipe  mesin  Stirling  dengan  kapasitas 150  cc,  yang  diujicobakan  dengan  3  jenis bahan  bakar  biomassa,    memberikan kesimpulan sebagai berikut:
a. Untuk bahan bakar gas hasil fermentasi ampas tebu
P maks = 489 Watt pada putaran, n = 810 rpm.
Efisiensi  maksimum,  η maks =  12,45  % pada putaran, n = 950 rpm
b. Untuk  bahan  bakar  gas  dari  sampah basah
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 200 400 600
800 1000 1200 1400 putaran mesin, rpm Momen torsi, N-m Daya mesin, Watt
0 100 200 300 400 500 600 0 500 1000 1500 putaran mesin,  rpm Momen torsi, N-m Daya mesi, Watt
P maks = 475 Watt pada putaran,
n = 765 rpm.
Efisiensi  maksimum,  η maks =  12,23  % pada putaran, n = 878 rpm
c. Untuk  bahan  bakar  serbuk  kayu gergajian P maks = 505 Watt pada putaran,
n = 823 rpm. Efisiensi  maksimum,  η maks =  12,35  % pada putaran, n = 865 rpm

## 4.2   Saran
Berkaitan dengan pemakaian protitipe mesin  Stirling,  penulis  memberikan  saran, antara lain:
a. Lakukan perawatan rutin sesuai dengan    jadawal  perawatan  yang sudah ditentukan
b. Lakukan penoperasian mesin di bawah  kapasitas  maksimum  agar mesin tidak cepat rusak
c. Jika terjadi kerusakan, lakukan perbaikan dengan pengawasan teknisi yang sudah ditunjuk

## DAFTAR PUSTAKA
1. Kent‟s  (1950), Mechnical  Engineering Handbook, Power  Volume,  4 th edition,
Toppan Company, Tokyo 2. Maleev  V  I  (1982) Internal  Combustion Engines, International Student Edition,17 th printing, Mc-Graw Hill Book Company, London 3. Sailon dan Widagdo T(2002), Dinamometer Mekanik dengan Pengatur Putaran Governoor Sentrifugal, Laporan  penelitian  Dosen Muda DP2M.
4. Widagdo  T  dan  Cholik  M  (1998),  judul: Karakter Dinamik Mesin Stirling., Artikel ilmiah, Jurnal Teknik Mesin, ITB .
5. Widagdo  T(1999),  „Mesin  Stirling sebagai Solusi untuk mengatasi kelangkaan  Bahan  Bakar  Minyak‟. ,
Tuisan  Ilmiah  bidang  teknologi,  dimuat di  Harian  Sumatera  Ekspress  12 Agustus 1999. 6. Widagdo, T(2004) Pembuatan Biodisesel Minyak Jarak Pagar menggunakan Metode Transesetrifikasi. Prosiding  Seminar Laporan Hibah Bersaing 2004/2005. 7. .............ESDM (2011),  „Data  Statistik Konsumsi  Bahan  Bakar  di  Indinesia, kementrian  Energi  dan  Sumberdaya Mineral Republik Indonesia 8. .............http/www/  engine.  ectcomb. Go.id/: „Stirling Engine, free encyclopedia International.