METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pengujian dilakukan di Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan bengkel Toyota Auto2000 SM Raja selama kurang lebih 3 bulan.
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat
3.2.1.1 Alat Pendukung Pengujian
Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari: 1. Bom Kalori Meter
Gambar 3.1 Bom Kalori Meter
Bom kalorimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur jumlah kalor (nilai kalori) yang dibebaskan pada pembakaran sempurna (O2 berlebih)
2. Genset STARKE Tipe GFH1900LX
Gambar 3.2 Genset STARKE Tipe GFH1900LX Spesifikasi : • Capacity : 900 Watts/ 220V/ 50Hz • Tank Capacity : 6 L • DC Current : 12V/ 8.3A • Starter : Manual • Peak Power : 1,3 KW • Rate Power : 1,0 KW • Power Faktor : 1,0
• Noise Level 7 m distance : 63 dB
• Mesin : 3.0 Hp air Cooled OHV/ 3600 rpm
• Bore: 55 mm
• Stroke: 40 mm
• Vd : 95 × 10−6 �3 • Vc : 10 × 10−6 �3 • Rasio kompresi: 10,5 : 1
• Jumlah Silinder: 1 Silinder
• Operation Time : 7 Hours
• Weight : 26 Kg
3. Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401 Spesifikasi: • Model No : SY-GA401 • Measuring Range : CO : 0.00 – 9.99% HC : 0-9999 ppm CO2 : 0.0- 20.0 % O2 : 0.0- 25.0 % λ : 0- 2.000 AFR: 0.0 – 99.0 • Operating Temp : 0- 40 oC • Power Source : AC 220 V ± 10% 50/60 Hz
4. Tachometer
Gambar 3.4 Tachometer
Tachometer merupakan alat untuk mengukur jumlah putaran yang akan di hasilkan mesin.
Spesifikasi:
• Display Counts : 99.999 counts LCD
• Range rpm : 5 to 99.999 • Ft/min : 0.2 to 6560 • M/min : 0.05 to 1999.9 • Basic Accuracy : ±0.05% ±1d • Max RPM Resolution (rpm) : 0.1 5. Timbangan Digital
Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa dari bahan bakar yang akan di uji.
6. Multi meter
Gambar 3.6 Multi meter Spesifikasi:
• Power Supply : 2 x AA 1.5V Battery
• Dimension : 180 x 89 x 51.1mm
AC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-3.0+3, 0.1Mv to 1,000V
• DC Volts : 400mV / 4V / 40V / 400V / 1000V, +/-1.0+10, 0.1Mv to 1,000V
• AC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 ,0.1UA to 10A
• DC Current : 400uA / 4000uA / 40mA / 400mA / 4A / 10A, +/-1.5%+3 0.1UA to 10A
• Capacitance : 50nF/ 200Nf / 2Uf / 20Uf / 200Uf / 20Mf ,+/-2%+5, 0.01nF
• Resistance :400 / 4K / 40K / 400K / 4M / 40M Ohm, +/-0.5%+3, 0.1 ohm
Gambar 3.7 Stop Watch
Stop watch digunakan untuk menghitung lama waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 30 gram bahan bakar dari setiap variasi bahan uji yang sudah disediakan.
8. Bola lampu pijar 100 watt
Bola lampu pijar 100 Watt sejumlah 12 buah lampu digunakan sebagai beban ketika proses pengujian berlangsung.
9. Saluran udara modifikasi
Adapun tujuan pengunaan alat ini adalah untuk mencegah larinya atau lepasnya bahan bakar hidrogen ke lingkugan sebelum masuk ke ruang bakar. Sehinga sesuai dengan harapan kita, udara dan bahan bakar hidrogen dapat masuk secara bersama-sama melalui saluran hawa.
3.2.1.2 Alat Pendukung Proses Pembuatan Bahan Bakar
Adapun alat pendukungdalam proses pembuatan adalah : 1. Alat Hidrolisis
Gambar 3.9 Alat Hidrolisis
Adapun perinsip kerja alat hidrolisis ini adalah dengan mengalirkan listrik searah ke lempengan katoda dan lempengan anoda dalam wadah atau bejana yang berisi air sehinga terjadi reaksi redoks yaitu pemisahan air (H2O)
menjadi unsur H2 dan O2. Unsur inilah yang di tangkap untuk digunakan sebagai bahan bakar.
Adapun bagian-bagian dari alat hidrolisis adalah : 1. Tabung hidrolisis
Tabung ini diharapkan mampu terhadap tekanan dan tahan terhadap panas karena ketika proses elektrolisis berlangsung tabung akan terisi oleh tekanan dari gas itu seniri dan temperatur air juga akan meningkat.
2. Elektroda
Elektroda terbagi atas dua kutub, kutub anoda dan kutub katoda pada dua kutub inilah nantinya akan dialirkan arus searah untuk mengelektolisis air. Untuk menghasilkan plat anoda dan plat katoda yang mampu tahan terhadap korosi sebaiknya digunakan bahan dari
stainless steel. 3. Kabel Tunggal
Fungsi dari kabel ini adalah untuk menghubungkan elektroda dengan sumber arus. Pengunaan kabel tunggal digunakan untuk mencegah terjadinya terbakarnya kabel karena besarnya arus yang akan dihantarkan kabel tersebut.
4. Ring, Mur, dan Karet isolator
Ring dan mur berfungsi sebagai terminal elektroda sedangkan karet isolator digunakan untuk mencegah terjadinya arus pendek.
5. Selang Bertekanan
Alat ini berfungsi sebagai saluran untuk memindahkan hidrogen dari tabung elektrolisis kedalam tabung mineral sebagai wadah penyimpanya.
6. Katub udara
Katub ini berfungsi sebagai pemutus dan penyambung tabung elektrolisis dengan wadah tempat penyimpan hidrogen.
7. Air dan Soda Kue ( Natrium Karbonat)
Adapun fungsi dari air adalah sebagai media yang dieletrolisis sedangkan fungsi dari soda kue atau natrium karbonat adalah sebagai katalis( mempercepat proses elektrolisis air).
8. Batrai charger
Fungsi dari alat ini dalah sebagai alat penyedia arus searah yang digunakan ketika proses elektrolisis berlangsung.
1. Plat stainless stell diukur dan dipotong sesuai dengan panjang dan lebar diameter tabung.
2. Ke-empat sisi plat saitnless stell dilubangi sehingga baut bisa masuk sebagai pengikat rangkaian plat stainless stell.
3. Plat stainless stell dirangkai sesuai dengan funsinya sebagai anoda dan katoda mengunakan mur, baut, dan karet isolator
4. Tutup tabung dilubangi sesuai dengan lebar diameter elbow dan diameter kabel tunggal.
5. Tutup yang sudah dipasang elbow dan kabel tunggal diberi lem agar hidrogen yang dihasilkan tidak lepas ke udara.
6. Plat stainless steel yang sudah di rakit dihubungkan dengan kabel tunggal yang sudah merekat dengan tutup tabung.
7. Tinggi plat stainless steel diatur agar tidak bersentuhan dengan sisi tabung.
8. Elbow yang sudah dipasang pada tutup tabung dihubungkan dengan selang bertekanan.
9. Selang bertekanan yang terhubung dengan elbow diikat dengan kleman agar hidrogen yang dihasilkan tidak lepas ke lingkungan. 10.Tabung elektrolisis diisi dengan air sesuai dengan batas paling atas
plat stainless steel.
11.Air pada tabung dicampur dengan soda kue (natrium karbonat). 12.Tabung elektrolisis ditutup dengan tutup tabung.
13.Tabung elektrolisis diuji apakah mengalami kebocoran atau tidak.
Gambar 3.10 Wadah Penampungan Hidrogen
Gas hidrogen yang dihasilkan oleh tabung elektrolisis terlebih dahulu ditampung dalam wadah yang terbuat dari wadah bekas air mineral ukuran 150 ml. Hal ini bertujuan agar ketika proses pengujian berlangsung bahan bakar hidrogen dapat segera digunakan tanpa harus menunggu proses elektrolisis itu sendiri yang memakan waktu yang cukup lama. Selain itu wadah yang kita gunakan haruslah wadah yang tahan terhadap tekanan 1 bar dan ukuran 150 ml.
Adapun bagian-bagian dari wadah penampungan itu adalah sebagai berikut :
1. Botol mineral 150 ml
Botol yang digunakan sebagai wadah adalah botol mineral bekas dengan ukuran 150 ml dan tahan terhadap tekanan 1 bar.
2. Katup Udara
Gambar 3.11 Katup Udara
Fungsi dari katup udara inilah untuk memutus dan menyambungkan wadah penampungan dengan tabung elektrolisis tanpa harus ada terbuangnya gas hidrogen ke udara.
3. Regulator
Gambar 3.12 Regulator
Regulator berfungsi untuk mengatur tekanan keluaran hidrogen dari tempat penampungan menuju intake manifold.
Spesifikasi :
• Tipe : AR20-02 Steins fluida gas
• Ukuran maksimum : 150 psi
• Ukuran minimum pengukuran : 0 psi
4. Manometer
Gambar 3.13 Manometer
Manometer digunakan untuk mengetahui tekanan hidrogen dalam wadah penampungan. manometer juga dapat menjadi acuan terisi atau kosongnya hidrogen dalam wadah tempat penampungan.
3.2.2 Bahan
Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar premium, etanol 96% dan gas hidrogen. Dengan komposisi :
etanol (96%) 100%
premium 50% + etanol(96%) 50%
(premium 50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%
Untuk mempermudah proses pembacaan maka bahan bakar diatas dilakukan peyimbolan. Untuk bahan bakar premium disimbolkan menjadi P sedangkan bahan bakar etanol dengan kemurnian 96% disimbolkan menjadi E, dan untuk bahan bakar hidrogen disimbolkan dengan H.
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :
1. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing – masing pengujian.
2. Data sekunder, merupakan data tentang karakteristik bahan bakar yang digunakan dalam pengujian
3.4 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1. Torsi motor ( T )
2. Daya motor ( N )
3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Rasio udara bahan bakar (AFR) 5. Efisiensi thermal
6. Emisi gas buang
Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar
2. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Premium 100% 3. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Etanol 100%
4. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar Premium50% + Etanol50%
5. Pengujian mesin otto menggunakan bahan bakar campuran (Premium 50% + Etanol 50%) 97,5% + Hidrogen 2,5%
3.6 Prosedur Pengujian Performansi Mesin
Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
Pada pengujian ini akan diteliti performansi mesin otto serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan dalam 6 variasi jumlah lampu, yaitu : 2 lampu, 4 lampu, 6 lampu, 8 lampu, 10 lampu dan 12 dengan menghabiskan 30 gr bahan bakar.
Pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:
1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.
2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar ditimbang sebanyak 30 gr.
3. Memulai pengujian dengan menghidupkan rilai 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama).
4. Menghidupkan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar 30 gr habis.
5. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.
6. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.
7. Mencatat waktu yang diperlukan dalam menghabiskan bahan bakar.
8. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.
9. Mengulang pengujian dengan bahan bakar premium 100%, etanol (96%) 100%, premium50% + etanol(96%)50%, (premium50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%
Sementara untuk campuran yang mengandung hidrogen langkah pengujian adalah sebagai berikut:
1. Mengoperasikan mesin dengan cara menarik starter penyalaan mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit.
2. Setelah mesin beroperasi dengan baik, mesin dipadamkan dan bahan bakar cair ditimbang dengan timbangan digital seberat 29,27 gr.
3. Mengatur keluaran hidrogen lewat regulator.
4. Memulai pengujian dengan menghidupkan rilei 2 lampu sebagai variasi beban awal (pengujian pertama) dan secara bersamaan membuka katup keluaran hidrogen.
5. Menghidupkan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai bahan bakar habis.
6. Mengukur putaran mesin dengan menggunakan tachometer.
7. Mencatat tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.
8. Mencatat waktu yang diperlukan dalam menghabiskan bahan bakar.
9. Mengulang pengujian untuk variasi jumlah lampu berikutnya adapun variasi pembebanan jumlah lampu berikutnya yaitu, 4, 6, 8, 10, dan 12 lampu.
10.Mengulang pengujian dengan bahan bakar premium 100%, etanol (96%) 100%, premium50% + etanol(96%)50%, (premium50% + etanol(96%) 50%)97.5% + Hidrogen 2,5%.
Untuk lebih ringkasnya prosedur pengujian performansi yang dilakukan dapat dilihat melalui melalui diagram alir di bawah ini :
Gambar 3.14 Diagram alir pengujian performansi mesin otto generator set
3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang
Pengujian emisi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat Sukyong SY-GA 401. Pengujian ini dilakukan dengan tujuan agar gas buang yang dihasilkan mesin diketahui kadar emisinya. Prosedur pengujian dapat dilihat melalui diagram alir berikut ini :
Mulai
• Jumlah beban lampu: n lampu
• Massa bahan bakar = 30 gr
Mengulang pengujian dengan beban jumlah lampu yang berbeda
selesai Kesimpulan
• Mencatat putaran
• Mencatat tegangan
• Mencatat kuat arus
Gambar 3.15 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang
3.8 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.
Peralatan yang digunakan meliputi :
● Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom
● Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. ● Tabung gas oksigen.
● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.
● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.010
C.
● Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. ● Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.
• Mengulang pengujian dengan variasi beban jumlah lampu yang berbeda
Selesai
• Tekan tombol power yang ada di belakang
Kesimpulan
• Pilih opsi official test
• Tunggu sampai “auto zero” mengkalibrasi alat dan layar menunjukkan tampilan ECC TST
• Pasang probe tester ke ujung knalpot
● Pengatur penyalaan (skalar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom.
● Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.
● Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.
2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan
berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).
6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus
listrik.
9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan pengaduk.
10.Menghubungkan dan mangatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11.Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.
12.Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja.
15.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingan setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung.
16.Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.