Studi Eksperimental Performansi Mesin Otto dengan Menggunakan Bahan Bakar LPG

78  13  Download (2)

Teks penuh

(1)

STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN OTTO

DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR LPG

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

TONGGO ROSIAN SILALAHI NIM. 07 0401 082

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

ABSTRAK

Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak.Fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi permasalahan tersebut. Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang memungkinkan untuk mengganti bahan bakar minyak, terutama yang digunakan untuk kendaraan bermotor dan generator set adalah bahan bakar LPG.

Pemakaian bahan bakar LPG untuk mesin Otto dapat dilakukan dengan menambahkan peralatan yang disebut dengan conversion kit.Tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah harga conversion kit yang terlalu mahal serta sulit untuk didapatkan.Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan modifikasi pada karburator mesin Otto yang dikendalikan secara manual.

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah generator set, auto gas

analyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, beban, dan

timbangan. Dan sebagai bahan, LPG produksi Pertamina.

Data yang diperoleh dari hasil pembacaan alat ukur diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

Proses modifikasi karburator mesin otto masih belum memberikan fungsi yang optimal, yaitu mesin cenderung memiliki putaran tinggi pada kondisi idle, dan untuk melakukan akselerasi akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar LPG ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin.

(3)

ABSTRACT

Common problemsfacedworld today, isthe depletion ofpetroleum reserves. This phenomenon isencouraging peopletoseekalternative fuelthat is expected toovercome these problems. One type ofalternativefuelthatmakes it possible toreplacefueloil, mainlyusedfor motor vehiclesandgeneratorsetsare theLPG.

UsingLPGforOtto enginescan be doneby adding apiece of equipment calledaconversionkit. But theobstaclesencountered intheconversionkitis aconversionpricethat is tooexpensiveanddifficulttoobtain.Toovercome these problemsis carried outmodifications to theenginecarburetorOttomanually controlled.

The tools usedinthis researchis, the generatorsets, autogasanalyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, weights,andscales. Andas aningredient, PertaminaLPGproduction.

Dataobtained from thegaugereadingis processedinto theempiricalformula, thenthe datafrom thecalculationspresented intabulatedandgraphicform.

Otto engine carburator modification process is still not provide the

optimal function, that is too high idle rotation, and to perform acceleration will

couse delays of supply LPG into the combustion chamber so that the engine

performance decreases.

(4)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepadaTuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.

Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Adapun judul skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar, yaitu “Studi Eksperimental Performansi Mesin Otto dengan Menggunakan Bahan Bakar LPG”.

Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada :

1. Bapak Tulus Burhanudin Sitorus ST.MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

3. Kedua orang tua tercinta, Ayah dan Ibu yang telah memberikan segala dukungan moril dan materil.

4. Bapak Roket AngkasaST.MT yang telah banyak membantu dan sebagai tempat diskusi.

5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU.

6. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

7. Komunitas Engineering KASKUS yang telah banyak memberikan informasi ,buku, jurnal, serta saran dalam penyusunan skripsi.

(5)

kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, 24November 2011 Penulis,

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ...iii

DAFTAR ISI ...v

DAFTAR GAMBAR ...vii

DAFTAR TABEL ...ix

DAFTAR NOTASI ...x

BAB 1 PENDAHULUAN ...1

1.1 Latar Belakang ...1

1.2 Tujuan ...1

1.3 Manfaat ...2

1.4 Ruang Lingkup...2

1.5 Sistematika Penulisan ...2

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...4

2.1 Bahan Bakar LPG ...4

2.1.1 Sifat LPG ...4

2.1.2Bahaya LPG ...5

2.2 Mesin Otto ...5

2.2.1 Cara Kerja Mesin Otto 4 Langkah ...6

2.2.2Performansi Mesin Otto ...7

2.3 Teori Pembakaran ...10

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar ...10

2.5 Emisi Gas Buang...12

2.6 Generator Set ...13

2.7 Daya Listrik ...15

BAB 3 METODE PENELITIAN ...16

3.1 Waktu dan Tempat ...16

3.2 Alat dan Bahan ...16

3.2.1 Bahan ...16

3.2.2 Alat ...16

(7)

3.4 Metode Pengolahan Data ...22

3.5 Pengamatan dan tahap pengujian ...22

3.6 Modifikasi Karburator ...22

3.6.1 Bahan... ...22

3.6.2Alat.... ...22

3.6.3Proses Modifikasi... ...23

3.7Prosedur Pengujian Performansi MesinOtto ...25

3.8Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ...26

3.9Diagram Alir Penelitian ...28

BAB 4 HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ...29

4.1 Pengujian Performansi MesinOtto ...29

4.1.1Daya... ...29

4.1.2Torsi... ...34

4.1.3Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... ...37

4.1.4Efisiensi Thermal Brake... ...41

4.2 Pengujian Emisi Gas Buang...44

4.2.1Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam Gas Buang... ..45

4.2.2Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang... .45

4.2.3Kadar Hidrocarbon (HC) dalam gas buang... ...45

4.2.4Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam Gas Buang... ...46

4.2.5Kadar Sisa NOx dalam Gas Buang... ...46

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ...47

5.1 Kesimpulan ...47

5.2 Saran ...48 DAFTAR PUSTAKA

(8)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram P-V Siklus Otto Ideal ...6

Gambar 2.2 Cara kerja mesin Otto 4 langkah ...7

Gambar 3.1 Tabung gas dan selang regulator ...16

Gambar 3.2 Generator Set... ...16

Gambar 3.3 Auto gas analyzer ...17

Gambar 3.5Digital Tachometre... ...19

Gambar 3.6Digital Multimetre... ...19

Gambar 3.7Beban... ...20

Gambar 3.8Timbangan... ...21

Gambar 3.9Bola lampu... ...21

Gambar 3.10Karburator... ...23

Gambar 3.11Pelampung Karburator ...23

Gambar 3.12Lubang karburator yang telah ditutup ...24

Gambar 3.13 Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak ...24

Gambar 3.14Selang regulator dihubungkan ke karburator ...25

Gambar 3.15Mesin Otto Bahan Bakar LPG ...25

Gambar 3.16Genset Starke GFH 1900LX ...26

Gambar 3.17Auto Gas Analyzer ...27

(9)

Gambar 4.1 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan tanpa beban ...30 Gambar 4.2 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 400 Watt...31 Gambar 4.3 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 800 Watt...32 Gambar 4.4 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 800 Watt, 400 Watt

dan tanpa beban... ...33 Gambar 4.5 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 400 Watt ...34 Gambar 4.6 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 800 Watt ...35 Gambar 4.7 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 800 Watt dan

400 Watt... ...36 Gambar 4.8 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) ...38 Gambar 4.9Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) vs Putaran Mesin

………...39 Gambar 4.10Grafik Putaran Mesin vs Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc)

pada beban 800 Watt dan 400 Watt ...40 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin...41 Gambar 4.12Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin...42

Gambar 4.13Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin pada

(10)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Spesifikasi Genset Starke GFH1900LX ...17

Tabel 3.2Data Teknik Auto Gas Analyzer...18

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Mesin Otto Tanpa Beban ...29

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Mesin Otto dengan Beban 400 Watt ...30

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Mesin Otto dengan Beban 800 Watt ...31

Tabel 4.4 Torsi Pada Beban 400 Watt... ...34

Tabel 4.5 Torsi Pada Beban 800 Watt... ...35

Tabel 4.6 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 400 Watt...38

Tabel 4.7 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt...39

Tabel 4.8 Efisiensi Termal Brake pada beban 400 Watt... ...41

Tabel 4.9 Efisiensi Termal Brake pada beban 800 Watt ...42

Tabel 4.10 Data Emisi Gas Tanpa Beban ...44

Tabel 4.11 Data Emisi Gas dengan Beban 400 Watt... ...44

(11)

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN

AFR Rasio massa udara-bahan bakar

SATUAN

HHV Nilai kalor atas kJ/kg

I Arus

LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kJ/kg

n Putaran mesin rpm

PB Daya keluaran Watt

R konstanta gas J/kg.K

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h Sgf Spesific gravity

T Torsi N.m

tf Waktu s

V Perbedaan potensial

Vs Volume langkah torak cc

�̇f Laju aliran bahan bakar kg/jam

�̇a Laju aliran massa udara kg/jam

�� Efisiensi termal brake

(12)

ABSTRAK

Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak.Fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi permasalahan tersebut. Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang memungkinkan untuk mengganti bahan bakar minyak, terutama yang digunakan untuk kendaraan bermotor dan generator set adalah bahan bakar LPG.

Pemakaian bahan bakar LPG untuk mesin Otto dapat dilakukan dengan menambahkan peralatan yang disebut dengan conversion kit.Tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah harga conversion kit yang terlalu mahal serta sulit untuk didapatkan.Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan modifikasi pada karburator mesin Otto yang dikendalikan secara manual.

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah generator set, auto gas

analyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, beban, dan

timbangan. Dan sebagai bahan, LPG produksi Pertamina.

Data yang diperoleh dari hasil pembacaan alat ukur diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

Proses modifikasi karburator mesin otto masih belum memberikan fungsi yang optimal, yaitu mesin cenderung memiliki putaran tinggi pada kondisi idle, dan untuk melakukan akselerasi akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar LPG ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin.

(13)

ABSTRACT

Common problemsfacedworld today, isthe depletion ofpetroleum reserves. This phenomenon isencouraging peopletoseekalternative fuelthat is expected toovercome these problems. One type ofalternativefuelthatmakes it possible toreplacefueloil, mainlyusedfor motor vehiclesandgeneratorsetsare theLPG.

UsingLPGforOtto enginescan be doneby adding apiece of equipment calledaconversionkit. But theobstaclesencountered intheconversionkitis aconversionpricethat is tooexpensiveanddifficulttoobtain.Toovercome these problemsis carried outmodifications to theenginecarburetorOttomanually controlled.

The tools usedinthis researchis, the generatorsets, autogasanalyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, weights,andscales. Andas aningredient, PertaminaLPGproduction.

Dataobtained from thegaugereadingis processedinto theempiricalformula, thenthe datafrom thecalculationspresented intabulatedandgraphicform.

Otto engine carburator modification process is still not provide the

optimal function, that is too high idle rotation, and to perform acceleration will

couse delays of supply LPG into the combustion chamber so that the engine

performance decreases.

(14)

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak, disamping dampak negatif yang ditimbulkan dari penggunaan bahan bakar minyak tersebut.Fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi kedua permasalahan di atas secara serentak.Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang dimungkinkan untuk menggantikan bahan bakar minyak, terutama yang digunakan untuk kendaraan bermotor adalah bahan bakar LPG.

LPG merupakan gas alam dengan komponen utamanya campuran antara propana dan butana, jenis bahan bakar ini banyak ditemukan di hampir semua ladang minyak di Indonesia baik di daratan maupun di lepas pantai. Penggunaan bahan bakar LPG untuk kendaraan bermesin membutuhkan perangkat tambahan yang disebut dengan conversion kit.Tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah mahalnya harga serta sulit untuk didapatkan.Untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan modifikasi pada karburator mesin Otto yang dikendalikan secara manual. Proses modifikasi karburator pada kendaraan bermesin masih belum memberikan fungsi yang optimal, yaitu mesin cenderung memiliki putaran tinggi pada kondisi idle, selain itu untuk melakukan akselerasi selalu akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin.

1.2. Tujuan

Adapun tujuan dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1.Untuk memperoleh performansi kerja mesin Otto berbahan bakar LPG yang meliputi daya, torsi, konsumsi bahan bakar spesifik dan efisiensi termal brake. 2.Untuk memperoleh konsentrasi dari beberapa senyawa gas (emisi) yang

(15)

1.3. Manfaat

Manfaat penelitian ini adalah:

1. Bagi peneliti, dapat menambah pengetahuan, wawasan dan pengalaman tentang Mesin Otto dengan menggunakan bahan bakar LPG.

2. Bagi akademik, memberikan wawasan yang luas bagi mahasiswa serta mengembangkan pola pikir tentang Mesin Otto.

1.4. Ruang Lingkup

Adapun ruang lingkup dari pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Bahan bakar yang digunakan adalah LPG Pertamina yang dapat ditemukan di tempat pembelian LPG di kota Medan.

2. Alat uji yang digunakan untuk mendapatkan nilai emisi adalah “Auto Gas Analyzer”.

3. Generator set yang digunakan adalah Mesin Otto 4-langkah merk STARKE Tipe GFH1900LX, untuk kerja generator set yang dihitung adalah daya listrik 4. Untuk kerja mesinOtto yang dihitung adalah:

• Konsumsi bahan bakar spesifik berdasarkan waktu yang telah ditentukan

• Putaran mesin

• Tegangan yang dihasilkan

5. Pada pengujian untuk kerja mesinOtto, dilakukan variasi beban yang meliputi: • Variasi beban : 400 Watt dan 800 Watt

Sebagai dasar pemilihan beban 400 Watt dan 800 Watt, dikarenakan generator set mesin Otto memiliki kapasitas 1000 Watt.

1.5.Sistematika Penulisan

(16)
(17)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar LPG

LPG (liquified petroleum gas) adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi 3H8) da4H10). LPG juga mengandung hidrokarbon ringan

lain dalam jumlah kecil, misalnya2H6) da5H12).

Dalam kondisi atmosfer, LPG akan berbentuk gas. Volume LPG dalam bentuk cair lebih kecil dibandingkan dalam bentuk gas untuk berat yang sama. Karena itu LPG dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung LPG tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasanya sekitar 250:1.

Tekanan di mana LPG berbentuk cair, dinamaka bervariasi tergantung komposisi dan temperatur; sebagai contoh, dibutuhkan tekanan sekitar 220 kPa (2.2 bar) bagi butana murni pada 20 °C (68 °F) agar mencair, dan sekitar 2.2 MPa (22 bar) bagi propana murni pada 55 °C (131 °F).

Menurut spesifikasinya, LPG dibagi menjadi tiga jenis yaitu LPG campuran, LPG propana dan LPG butana. LPG yang dipasarka LPG campuran. (Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Elpiji)

2.1.1Sifat LPG

Sifat LPG terutama adalah sebagai berikut: • Cairan dan gasnya sangat mudah terbakar

(18)

• Gas dikirimkan sebagai cairan yang bertekanan di dalam tangki atau silinder.

• Cairan dapat menguap jika dilepas dan menyebar dengan cepat.

• Gas ini lebih berat dibanding udara sehingga akan banyak menempati daerah yang rendah.

2.1.2 Bahaya LPG

Salah satu risiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan kebakaran. Pada awalnya, LPG tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari itu Pertamina menambahkan gas untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran tabung gas. Tekanan LPG cukup besar (tekanan uap sekitar 120 psig), sehingga kebocoran LPGakan membentuk gas secara cepat dan mengubah volumenya menjadi lebih besar.

2.2MesinOtto

Mesin Otto dari menggunakan bahan bakar bensin.MesinOtto dilengkapi dengan busi dan karburator. Busi berfungsi sebagai penghasil loncatan api yang akan menyalakan campuran udara dengan bahan bakar, karena hal ini maka mesinOtto disebut juga sebagai Spark Ignition Engine. Sedangkan karburator merupakan tempat pencampuran udara dan bahan bakar.

(19)

2.2.1 Cara Kerja MesinOtto 4-Langkah

Cara kerja mesinOtto 4-langkah, pada satu siklus terjadi dalam 4-langkah. Langkah langkah yang terjadi pada mesinOtto 4-langkah dapat dilihat pada gambar 2.1 dibawah ini :

Gambar 2.1. Diagram P-V Siklus Otto Ideal

Langkah-langkah yang terjadi pada mesinOtto 4 langkah adalah : 1. Langkah isap

Pada langkah isap (0–1), campuran udara yang telah bercampur pada karburator diisap ke dalam silinder (ruang bakar). Torak bergerak turun dari titik mati atas (TMA) ke titik mati bawah (TMB) yang akan menyebabkan kehampaan (vacum) di dalam silinder, maka dengan demikian campuran udara dan bahan bakar (bensin) akan diisap ke dalam silinder. Selama langkah torak ini, katup isap akan terbuka dan katup buang akan menutup.

2. Langkah Kompresi

(20)

3. Langkah Ekspansi

Pada langkah ekspansi (3–4), campuran udara dan bahan bakar yang diisap telah terbakar.Selama pembakaran, sejumlah energi dibebaskan, sehingga suhu dan tekanan dalam silinder naik dengan cepat. Setelah mencapai TMA, piston akan didorong oleh gas bertekanan tinggi menuju TMB. Tenaga mekanis ini diteruskan ke poros engkol.Saat sebelum mencapai TMB, katup buang terbuka, gas hasil pembakaran mengalir keluar dan tekanan dalam silinder turun dengan cepat.

4. Langkah Pembuangan

Pada langkah pembuangan (4–1-0), torak terdorong ke bawah menuju TMB dan naik kembali ke TMA untuk mendorong ke luar gas-gas yang telah terbakar di dalam silinder.Selama langkah ini, katup buang membuka sedangkan katup isap menutup.

Pada mesinOtto 4-langkah, poros engkol berputar sebanyak dua putaran penuh dalam satu siklus dan telah menghasilkan satu tenaga . Cara kerja mesinOtto 4 langkah ini dapat dilihat pada gambar 2.2 berikut:

Gambar 2.2 Cara kerja mesinOtto 4 langkah (Sumber : www.scribd.com)

2.2.2 Performansi MesinOtto

(21)

dengan udara, angka oktan bensin sebagai bahan bakar, tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar perbandingan udara mesinakan semakin efisien, akan tetapi semakin besar perbandingan kompresi akan menimbulkan knocking pada mesin yang berpotensi menurunkan daya mesin, bahkan bisa menimbulkan kerusakan serius pada komponen mesin. Untuk mengatasi hal ini maka harus digunakan bahan bakar yang memiliki angka oktan tinggi.Angka oktan pada bahan bakar mesin Otto menunjukkan kemampuannya menghindari terbakarnya campuran udara bahan bakar sebelum waktunya (self ignition) yang menimbulkan knocking tadi. Untuk memperbaiki kualitas campuran bahan bakar dengan udara maka aliran udara dibuat turbulen, sehingga diharapkan tingkat homogenitas campuran akan lebih baik.

1. Torsi dan Daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dynamometer yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya beban dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka :

Sfc = ���̇ 103

(22)

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

�̇f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (�̇f) dihitung dengan persamaan berikut :

�̇f = ������� 10− 3

�� x 3600 [Lit.1]

Dimana :sgf = spesific gravity

�� = volume bahan bakar yang diuji

�� = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

(detik)

3. Effisiensi Thermal Brake (Efisiensi Termal Rem)

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi mekanis (mechanical losses).Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, �)

�� = ������������������������������������ [Lit.1]

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut : Q = �̇ . LHV

Dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Jika daya beban (�) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar � dalam satuan kg/jam, maka:

��= �̇��

(23)

2.3Teori Pembakaran

Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari oksigen dan nitrogen.

Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida.

2.4Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas.Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

(24)

HHV = 33950 + 144200 (H2-�2

8) + 9400 S [Lit.1]

Dimana: HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) [Lit.1]

Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari mesin bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air.Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia.Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical

Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan

SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor

(25)

2.5Emisi Gas Buang

Emisi dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan emisi berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermesin umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder mesin terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya mesin akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang mesin akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

(26)

Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran hidrokarbon.Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by

gasses (gas lalu).Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan

gas buang yang mengandung hidrokarbon.Hal ini pada mesin diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

c.) Carbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna.Karbon monoksida

merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk.Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d.) Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen

tersebut akan diinjeksikan keruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar.

2.6 Generator Set

(27)

engine dan generator atau alternator. Engine sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.

Engine dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator ( kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar).

Dalam ilmu fisikia yang sederhana dapat dijelaskan bahwa engine memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnit pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik.

Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban akan menghasilkan daya listrik, atau dalam rumusan fisika sebagai P (daya) = V (tegangan) x I (arus), dengan satuan adalah VA atau Volt Ampere.

Genset terdiri dari genset 1 phasa atau 3 phasa, pengertian 1 phasa atau 3 phasa adalah merujuk pada kapasitas tegangan yang dihasilkan oleh genset tersebut. Tegangan 1 phasa artinya tegangan yang dibentuk dari kutub L yang mengandung arus dengan kutub N yang tidak berarus, atau berarus Nol atau sering kita kenal sebagai Arde atau Ground. Sedangkan tegangan 3 phase dibentuk dari dua kutub yang bertegangan. Genset tiga phase menghasilkan tiga kali kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN kita, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.

(28)

2.7Daya Listrik

Daya listrik didefinisikan sebagai laju hantara

dalam rangkaian deng menimbulkan

mengkonversi kerja ini ke dalam berbagai bentuk yang berguna, seperti (seperti pada pemanas listrik) (mesin listrik), dan suara (loudspeaker).Listrik dapat diperoleh dari

Daya listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan listrik. Pada rangkaian arus menggunaka pertama kali menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan sebaliknya.

Rumus daya listrik :

P = V I [Lit.7]

Dimana: P adalah daya

I adalah arus

(29)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Waktu penelitian mulai dari bulan November sampai bulan April.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah LPG Pertamina.

Gambar 3.1 Tabung gas dan selang regulator

3.2.2 Alat

Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari : 1. Generator Set dengan mesin Otto 4-langkah

(30)

Tabel 3.1 Spesifikasi Genset Starke GFH1900LX Genset Starke GFH1900LX (Gasoline) Capacity 900 Watts/ 220V/ 50Hz Tank Capacity 6 Liter

DC Current 12V/ 8.3A

Peak Power 1,3 Kw

Rated Power 1,0 Kw

Power Faktor 1,0

Starter Manual

Engine 3.0 Hp air Cooled OHV/ 3600 rpm Bore & Stroke 54 x 38 (mm x mm)

Weight 26 Kg

Dimensions 370 x 400 x 460 mm Sumber : Buku panduan Starke Products

2. Auto gas analyzer, digunakan untuk mendapatkan data emisi gas buang.

Gambar 3.3 Auto gas analyzer

Sumber : http://applustech.com/products/auto-gas/ Spesifikasi

- Software auto gas analyzer - Kabel seri RS-232

(31)

Tabel 3.2 Data Teknik Auto Gas Analyzer

Gases Range Resolution

HC Sumber : Buku Panduan Auto Gas Analyzer

3. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk

menghabiskan bahan bakar dengan variasi waktu 15, 30, 45, 60, 75, dan 90 menit.

Gambar 3.4 Stop watch Spesifikasi :

1/100 detik. Presisi hingga 9 Jam Dimensi 82 x 62 x 21mm

4. Digital Tachometre, digunakan untuk mengukur putaran mesin.

(32)

Time base : Quartz crystal

Power : 4 x 1,5 VAA size battery or 6V direct current stable

voltage power

Gambar 3.5Digital Tachometre

5. Digital Multimetre, digunakan untuk mengukur tegangan dan kuat arus yang

mengalir pada rangkaian beban

Gambar 3.6Digital Multimetre

Spesifikasi

(33)

Type : F15B digital multimetre

Power supply : 2 x AA 1.5V Battery

Dimension : 180 x 89 x 51.1 mm

Spesifikasi :

- AC Volts : 400 mV / 4 V / 40 V / 400 V / 1000 V, +/-3.0+3, 0.1 Mv to 1,000 V

- DC Volts : 400 mV / 4 V / 40 V / 400 V / 1000 V, +/-1.0+10, 0.1 Mv to 1,000 V

- AC Current : 400 uA / 4000 uA / 40 mA / 400 mA / 4 A / 10 A, +/-1.5%+3, 0.1 UA to 10 A

- DC Current : 400 uA / 4000 uA / 40 mA / 400 mA / 4 A / 10 A, +/-1.5%+3, 0.1 UA to 10 A

- Capacitance : 50 nF / 200 Nf / 2 Uf / 20 Uf / 200 Uf / 20 Mf, +/-%+5, 0.01 nF to 100 uF

- Resistance : 400 / 4 K / 40 K / 400 K / 4 M / 40 M ohm, +/-0.5%+3, 0.1 ohm to 40 Mohm

6. Beban, terdiri atas susunan lampu 100 Watt yang disusun sebagai variasi beban 400 dan 800 Watt.

(34)

7. Timbangan

Gambar 3.8 Timbangan Spesifikasi

- Kapasitas 150 kg

- Dimensi L=31,2 cm, Lebar = 29,5 tinggi = 3 cm

8. Bola Lampu

Gambar 3.9 Bola Lampu Spesifikasi

- Daya 100 Watt - Tegangan 220 Volt

3.3 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan alat ukur pada masing-masing pengujian.

(35)

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan tahap pengujian

Pada penelitian yang akan diamati adalah : 1. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). 2. Parameter komposisi gas buang.

3. Parameter putaran mesin (rpm) 4. Tegangan yang dihasilkan (Volt)

Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu : 1. Modifikasi karburator

2. Pengujian motor bensin dengan bahan bakar LPG.

3.6 Modifikasi Karburator 3.6.1 Bahan

Bahan yang digunakan dalam tahap modifikasi ini adalah 1. Karburator generator set mesin Otto 4-langkah.

2. Selang regulator 3. Selang minyak vespa 4. Katup penghubung pipa 5. Lem

3.6.2 Alat

(36)

3.6.3 Proses Modifikasi

Proses modifikasi dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Pelampung yang terdapat di dalam karburator dilepaskan.

Gambar 3.10 Karburator

Gambar 3.11 Pelampung Karburator

(37)

Gambar 3.12Lubang karburator yang telah ditutup

3. Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak vespa menggunakan katup penghubung pipa, dan diisolasi bagian masuk dan keluar katup dengan baik agar tidak terjadi kebocoran gas.

Gambar 3.13 Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak

(38)

3.14Selang regulator dihubungkan ke karburator

5. Karburator yang telah dimodifikasi dipasang kembali ke mesin generator set 4-langkah dan kepala regulator dihubungkan ke tabung LPG.

3.15 Mesin Otto Bahan Bakar LPG

3.7 Prosedur Pengujian Performansi MesinOtto

(39)

Gambar 3.16 Genset Starke GFH1900LX

Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor bensin serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan pada 6 variasi waktu, yaitu: 15, 30, 45, 60, 75 dan 90 menit, serta 2 variasi beban yaitu : 400 Watt dan 800 Watt.

Pengujian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Menghidupkan generator set, dan menunggu selama 2 menit hingga genset

stabil.

2. Mencatat konsumsi bahan bakar yang dibutuhkan generator set selama variasi waktu yang telah ditentukan.

3. Mencatat rpm mesin menggunakan alat digital tauchometre,

4. Mencatat daya listrik yang dihasilkan generator set dengan menggunakan alat digitalmultimetre.

5. Mematikan mesin

6. Mengulang pengujian untuk variasi beban 400 dan 800 Watt sebanyak 5 kali.

3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO, CO2, UHC,

dan O2 yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar . Pengujian ini

(40)

dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analyzer. Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bensin yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.9.

(41)

3.9 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.18 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Selesai Studi Literatur

Pengambilan Data Awal

Modifikasi Karburator

PENGUJIAN MESIN

1. Mencatat nilai putaran mesin

2. Mencatat konsumsi bahan bakar

3. Mencatat data emisi

Mengulangi Pengujian dengan beban 400 Watt, beban 800 Watt dan tanpa

beban sebanyak 5 kali

(42)

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Performansi MesinOtto

Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin Otto 4-langkah (Starke GFH1900LX )melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain :

• Daya (Watt), melalui pembacaan digitalmultimetre. • Putaran (rpm) melalui digitaltachometre.

• Emisi gas buang, melalui pembacaan Auto logic gas analyzer.

• Konsumsi bahan bakardengan variasi waktu 15, 30, 45, 60, 75, 90 menit.

4.1.1 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan dari pengujian mesinOtto dengan menggunakan bahan bakar LPG dapat dilihat dari tabel di bawah ini.

(43)

Gambar 4.1 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan

(44)

Gambar 4.2 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan 400 Watt

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Mesin Otto dengan Beban 800 Watt LPG

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 121,06 121,32 121,54 121,72 121,94 122,22 Putaran

Mesin (Rpm) 2052,6 2060,2 2068,4 2076,2 2081,4 2089 Konsumsi

Bahan Bakar

(kg) 0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 Arus

(45)

Gambar 4.3 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan pada beban 800 Watt

(46)
(47)

4.1.2 Torsi

Besarnya nilai torsi untuk masing–masing pengujian daya mesin dengan menggunakan bahan bakar LPG pada variasi waktu 15, 30, 45, 60, 75, 90 menit dengan beban 400 dan 800 Watt berdasarkan rumus

PB =

2 ���� 60 T �� = 400 Watt

n = 2543,6 maka T = ��� 60

2 ����

= 400� 60

2 ��� 2543 ,6

= 1,502 Nm

Tabel 4.4 Torsi pada beban 400 Watt

Torsi Pada Beban 400 Watt

400

Waktu 15 30 45 60 75 90

Putaran Mesin

(rpm) 2543,6 2547,2 2550,6 2553,6 2555,8 2558,6 Torsi (N.m) 1,502 1,500 1,498 1,496 1,495 1,493

(48)

Tabel 4.5 Torsi pada beban 800 Watt

Torsi Pada Beban 800 Watt

800

Waktu 15 30 45 60 75 90

Putaran Mesin

(rpm) 2052,6 2060,2 2068,4 2076,2 2081,4 2089 Torsi (N.m) 3,723 3,709 3,695 3,681 3,672 3,658

Gambar 4.6 Grafik Torsi pada Beban 800 Watt

• Pada pembebanan 400 Watt, torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPGpada putaran 2558,6 rpm yaitu sebesar 1,493 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada saat putaran mesin mencapai 2543,6 rpm, yaitu sebesar 1,502 N.m

• Pada pembebanan 800 Watt, torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPG pada putaran 2089 rpm yaitu 3,658 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada putaran 2052,6 sebesar 3,723 N.m.

(49)
(50)

4.1.3Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari masing–masing pengujian pada variasi beban 400 Watt dan 800 Watt dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Sfc = �̇��̇ 10 3

��

Dimana :Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)

�̇� = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar �̇dihitung dengan persamaan berikut :

Nilai sgf dan densitas untuk bahan bakar LPG berdasarkan data dari

Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral sebesar 0,56 dan 0,56 g/cm3. Data konsumsi bahan bakar LPG yang didapat pada saat pengujian, masih dalam satuan kg, maka harus dikonversikan dalam satuan mililiter dengan rumus :

(51)

Sfc = 0,108 � 103 0,4

= 270 g/kWh

Tabel 4.6 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 400 Watt Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 400 Watt (Sfc)

400

Waktu 15 30 45 60 75 90

Konsumsi bahan bakar

(ml)

48,571 96,071 144,642 193,214 240 289,285

sgf 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56

�̇� (kg/jam) 0,108 0,1075 0,1079 0,1081 0,1075 0,108

Sfc (g/kW.h) 271,99 268,99 269,99 270,49 268,8 269,99

(52)

Tabel 4.7 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 800 Watt (Sfc)

800

Waktu 15 30 45 60 75 90

Konsumsi bahan

bakar (ml) 53,928 107,857 161,786 215,714 269,642 325

sgf 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56 0,56

�̇� (kg/jam) 0,1207 0,1208 0,1207 0,1208 0,1208 0,12133

Sfc (g/kW.h) 150,998 150,999 150,999 150,999 150,999 151,667

Gambar 4.9 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) vs putaran

• Pada pembebanan 400 Watt, Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPG pada putaran 2555,8 rpm yaitu sebesar 268,8g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada putaran 2543,6 rpm yaitu sebesar 271,99 g/kWh.

(53)
(54)

4.1.4Efisiensi Thermal Brake(Efisiensi Termal Rem)

Efisiensi thermal brake (brake thermal,ηb) atau efisiensi termal rem

merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

��= �̇��

� .��� . 3600

Dimana :� : Efisiensi termal brake

LHV : nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Besarnya nilai kalor bawah pembakaran (LHV) bahan bakar LPG berdasarkan data dari Departemen Energidan Sumber Daya MineralIndonesia adalah 11.254,61 kcal/kg. 1 kcal = 4,1868 KJ, maka nilai LHV sebesar 47.120,801 kJ/kg.

��= 0,108 47.120,8010,4 . 3600

= 28,296 %

Tabel 4.8 Efisiensi Termal Rem pada beban 400 Watt

Efisiensi Termal Rem pada beban 400 Watt

0,4

LHV (kJ/kg) 47.120,801

�̇� (kg/jam) 0,108 0,1075 0,1079 0,1081 0,10752 0,1079

�� (%) 28,088 28,401 28,296 28,243 28,422 28,296

(55)

Tabel 4.9 Efisiensi Termal Rem pada beban 800 Watt

Efisiensi Termal Rem pada beban 800 Watt

0,8

LHV (kJ/kg) 47.120,801

�̇�(kg/jam) 0,1207 0,1207 0,1207 0,1207 0,12079 0,12133 �� (%) 50,596 50,595 50,595 50,595 50,595 50,373

Gambar 4.12Efisiensi Termal Rem vs Putaran Mesin

• Pada pembebanan 400 Watt, efisiensi termal rem terendah terjadi pada pada putaran 2543,6 rpm yaitu sebesar 28,088 %. Sedangkan efisiensi termal rem tertinggi terjadi pada putaran 2555,8 rpm yaitu sebesar 28,422 %.

• Pada pembebanan 800 Watt, efisiensi termal rem terendah terjadi pada putaran 2089 rpm yaitu sebesar 50,373 %. Sedangkan efisiensi termal rem tertinggi terjadi dari putaran 2052,6yaitu sebesar 50,596 %.

(56)
(57)

4.2 Pengujian Emisi Gas Buang

Melalui pembacaan Autologic gas analyzer dapat dilihat kadar CO2, CO,

HC ppm, O2, Nox ppm, pada emisi Mesin Otto dengan beban 400 Watt, 800 Watt,

dan tanpa beban.

Tabel 4.10 Data Emisi Gas Tanpa Beban

CO2 % CO HC ppm O2 % Nox ppm NoxCor ppm

5,277 2,265 186,272 2,585 2 2

Tabel 4.11 Data Emisi Gas dengan Beban 400 Watt

CO2 % CO % HC ppm O2 Nox ppm NoxCor ppm

5,514 2,554 188,181 2,444 2 2

Tabel 4.12 Data Emisi Gas dengan Beban 800 Watt

CO2 % CO % HC ppm O2 % Nox ppm NoxCor ppm

5,677 2,407 187,145 2,386 2 2

Gambar 4.14 Grafik Data Uji Emisi

0

Grafik Data Uji Emisi

Emisi Tanpa Beban

Emisi Beban 400 Watt

(58)

4.2.1 Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam Gas Buang

Karbon dan Oksigen bergabung membentuk senyawa carbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan carbon dioksida (CO2)

sebagai hasil pembakaran sempurna. Semakin tinggi kadar (CO) , maka semakin rendah CO2 yang diperoleh dari hasil pembakaran. Bila campuran bahan bakar

udara sempurna (stoikiometris), maka akan dihasilkan senyawa CO2.

Proses pencampuran udara-bahan bakar dimulai dari masuknya bahan bakar kedalam silinder, kemudian butiran bahan bakar akan menguap dan bercampur dengan udara, proses ini dipengaruhi oleh viskositas dan kemampuan bahan bakar untuk dapat menguap. Kadar CO2 terendah terdapat pada data emisi

gas tanpa beban dan kadar CO2 tertinggi terdapat pada data emisi gas dengan

beban 800 Watt.

4.2.2 Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang

Emisi gas buang karbon monoksida (CO) terjadi akibat kekurangan oksigen sehingga proses pembakaran berlangsung secara tidak sempurna karena banyak atom C (karbon) yang tidak mendapatkan cukup oksigen. Akibatnya membentuk gas CO (karbon monoksida). Kadar CO terendah terdapat pada data emisi gas tanpa beban dan kadar CO tertinggi terdapat pada data emisi gas dengan beban 400 Watt.

4.2.3 Kadar Hidrocarbon (HC) dalam gas buang

(59)

4.2.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam Gas Buang

Proses pembakaran pada motor bensin berlangsung pada campuran udara-bahan bakar yang kaya atau adanya udara (oksigen) lebihan yang bertujuan untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran, sehingga dalam gas buang hasil pembakaran masih mengandung O2.

Pengaruh kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi jumlah sisa O2 gas buang, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut

jumlah massa bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak, sehingga dengan jumlah udara yang sama memerlukan lebih banyak oksigen untuk proses pembakaran. Kadar O2 terendah terdapat pada data emisi gas beban 800 Watt dan

kadar O2 tertinggi terdapat pada data emisi gas tanpa beban.

4.2.5 Kadar Sisa NOx dalam Gas Buang

N dan O dalam NOx berasal dari udara. N2 dan O2 masing-masing bersifat

inert di udara , namun bereaksi antara satu dengan lainnya dan menghasilkan NOx pada kondisi suhu tinggi ketika pembakaran bensin. Karena itu, semakin tinggi suhunya, semakin banyak NOx dihasilkan.

• Adalah gas buang yang ditimbulkan oleh nitrogen yang teroksidasi karena tekanan dan panas kompresi

• Berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan karena gas ini adalah racun.

(60)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

1. Tegangan yang dihasilkan pada saat menggunakan bahan bakar LPG dengan beban 400 Watt, 800 Watt dan tanpa beban mengalami penurunan, hal ini diakibatkan terjadinya penurunan putaran mesin pada saat menggunakan bahan bakar LPG, namun secara perlahan putaran mulai naik namun tidak terlalu tinggi.

2. Terjadinya penurunan nilai torsi diakibatkan oleh terjadinya kenaikan putaran mesin, sehingga nilai torsi berbanding terbalik dengan kenaikan putaran mesin pada saat daya beban tetap.

3. Pada pembebanan 400 Watt, Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPG pada putaran 2555,8 rpm yaitu sebesar 268,8g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada putaran 2543,6 rpm yaitu sebesar 271,99 g/kWh.Pada pembebanan 800 Watt, Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPG pada putaran 2052,6 rpm yaitu sebesar 150,998g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada putaran 2089 rpm yaitu sebesar 151,667g/kWh.

4. Pada pembebanan 400 Watt, efisiensi termal brake terendah terjadi pada pada putaran 2543,6 rpm yaitu sebesar 28,088 %. Sedangkan efisiensi thermal brake tertinggi terjadi pada putaran 2555,8 rpm yaitu sebesar 28,422 %.Pada pembebanan 800 Watt, efisiensi termal brake terendah terjadi pada putaran 2089 rpm yaitu sebesar 50,373 %. Sedangkan efisiensi termal brake tertinggi terjadi dari putaran 2052,6yaitu sebesar 50,596 %.

5. Kadar emisi CO2 terendah terjadi pada pengujian tanpa beban sebesar 5,277 %

dan kadar CO2 tertinggi terjadi pada pengujian dengan beban 800 Watt sebesar

5,677 % . Sedangkan kadar emisi O2 berbanding terbalik dengan kadar emisi

CO2. Kadar emisi O2 tertinggi terjadi pada pengujian dengan tanpa beban

sebesar 2,585 % dan kadar O2 terendah terjadi pada pengujian dengan beban

800 Watt, sebesar 2,386 %.

(61)

selain itu untuk melakukan akselerasi selalu akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin. Salah satu penyebab dari tingginya putaran idle adalah terlalu sedikitnya bahan bakar LPG yang masuk ke intake manifold dan specific gravity dari bahan bakar LPG (0.56 kg/m3) lebih rendah dibandingkan dengan bahan bakar bensin, hal ini berakibat kondisi idle dimana katup gas hanya terbuka sedikit, udara yang masuk bersama-sama dengan bahan bakar LPG tidak dapat melakukan pembakaran secara sempurna.

5.2 Saran

1.Untuk meningkatkan performansi Mesin Ottodengan menggunakan bahan bakar gas perlu diadakan penelitian lebih lanjut agar kelak bahan bakar gas ini dapat dijadikan sebagai informasi kepada masyarakat.

(62)

DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak : Penerbit ITB Bandung, 1988.

2. Buku Panduan STARKE PRODUCTS

3. Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral. Program Pengalihan Minyak Tanah ke LPG: Jakarta, Juli 2007

4. Heywood, John. Internal Combustion Engine Fundamentals: McGraw-Hill, 1988.

7. Moran, Michael. Termodinamika Teknik Edisi 4: Erlangga, 2004

8. Pulkrabek, Wiliard. Engineering Fundamentals Of The Internal Combustion Engine, Upper Suddel River, New Jersey.

(63)
(64)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar gas (15-03-2012) GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

Tanpa Beban

Tegangan (Volt)

62,4 63,1 63,5 63,7 63,8 64

Putaran (Rpm)

2853 2865 2873 2876 2879 2880

Konsumsi Bahan Bakar

(kg)

0,025 0,05 0,075 0,100 0,125 0,15

(65)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

(66)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 120,9 121,2 121,5 121,6 121,7 121,9 Putaran

(Rpm) 2045 2053 2065 2072 2081 2085 Konsumsi

Bahan Bakar (mililiter)

0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 Arus

(67)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (16-03-2012) GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

Tanpa Beban

Tegangan (Volt)

62,6 62,8 62,9 63,1 63,3 64,1 Putaran

(Rpm)

2863 2871 2872 2876 2875 2878

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,025 0,05 0.075 0.1 0.125 0.15

(68)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

(69)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 121,4 121,7 121,8 121,9 122,3 122,5 Putaran

(Rpm) 2096 2098 2099 2094 2097 2085 Konsumsi

Bahan Bakar (mililiter)

0,031 0,062 0,093 0,124 0,155 0,19 Arus

(70)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (17-03-2012) GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

Tanpa Beban

Tegangan (Volt)

62,4 63,1 63,5 63,6 63,7 63,9 Putaran

(Rpm)

2877 2888 2889 2890 2891 2893

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,025 0,05 0.075 0.1 0.125 0.15

(71)
(72)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 121,1 121,2 121,5 121,7 121,9 122,2 Putaran

(Rpm) 2048 2051 2058 2067 2073 2085 Konsumsi

Bahan Bakar (mililiter)

0,031 0,062 0,093 0,124 0,155 0,19 Arus

(73)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (19-03-2012) GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

Tanpa Beban

Tegangan (Volt)

63,1 63,5 63,7 63,9 64,1 64,5 Putaran

(Rpm)

2864 2873 2875 2884 2885 2889

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,025 0,05 0.075 0.1 0.125 0.15

(74)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

400 Watt

Tegangan

(Volt) 150,7 150,9 151,2 151,3 151,4 151,5 Putaran

(Rpm) 2545 2548 2549 2550 2553 2559 Konsumsi

Bahan Bakar (mililiter)

0,027 0,053 0,08 0,107 0,133 0,16 Arus

(75)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 121 121,2 121,4 121,7 121,9 122,3 Putaran

(Rpm)

2063 2072 2076 2082 2088 2091

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,03 0,06 0,09 0,12 0,15 0,18 Arus

(76)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (20-03-2012) GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

Tanpa Beban

Tegangan (Volt)

62,7 63,1 63,2 63,5 62,9 62,4 Putaran

(Rpm)

2876 2882 2886 2887 2891 2895

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,025 0,05 0.075 0.1 0.125 0.15

(77)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

400 Watt

Tegangan

(Volt) 151,5 151,8 151,9 151,9 152,1 152,3 Putaran

(Rpm) 2543 2546 2551 2557 2559 2560 Konsumsi

Bahan Bakar (mililiter)

0,027 0,053 0,08 0,107 0,133 0,16 Arus

(78)

Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas GAS

Beban (Watt)

Hasil Pembacaan

Unit Instrumentasi

WAKTU

15 30 45 60 75 90

800 Watt

Tegangan

(Volt) 120,9 121,3 121,5 121,7 121,9 122,2 Putaran

(Rpm)

2054 2063 2075 2088 2090 2099

Konsumsi Bahan Bakar

(mililiter)

0,031 0,062 0,093 0,124 0,155 0,19 Arus

Figur

Tabel 3.1 Spesifikasi Genset Starke GFH1900LX

Tabel 3.1

Spesifikasi Genset Starke GFH1900LX p.30
Tabel 3.2 Data Teknik Auto Gas Analyzer

Tabel 3.2

Data Teknik Auto Gas Analyzer p.31
Gambar 3.5Digital Tachometre

Gambar 3.5Digital

Tachometre p.32
Gambar 3.6Digital Multimetre

Gambar 3.6Digital

Multimetre p.32
Gambar 3.7 Beban

Gambar 3.7

Beban p.33
Gambar 3.8 Timbangan

Gambar 3.8

Timbangan p.34
Gambar 3.10 Karburator

Gambar 3.10

Karburator p.36
Gambar 3.13 Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak

Gambar 3.13

Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak p.37
Gambar 3.17Auto gas analyzer

Gambar 3.17Auto

gas analyzer p.40
Tabel 4.5  Torsi pada beban 800 Watt

Tabel 4.5

Torsi pada beban 800 Watt p.48
Gambar 4.8 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) vs Putaran Mesin

Gambar 4.8

Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) vs Putaran Mesin p.51
Tabel 4.7 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt

Tabel 4.7

Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt p.52
Tabel 4.8 Efisiensi Termal Rem pada beban 400 Watt

Tabel 4.8

Efisiensi Termal Rem pada beban 400 Watt p.54
Tabel 4.9 Efisiensi Termal Rem pada beban 800 Watt

Tabel 4.9

Efisiensi Termal Rem pada beban 800 Watt p.55
Tabel 4.12 Data Emisi Gas dengan Beban 800 Watt

Tabel 4.12

Data Emisi Gas dengan Beban 800 Watt p.57
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar gas (15-03-2012)

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar gas (15-03-2012) p.64
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.65
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.66
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (16-03-2012)

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (16-03-2012) p.67
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.68
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.69
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (17-03-2012)

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (17-03-2012) p.70
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.71
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.72
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (19-03-2012)

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (19-03-2012) p.73
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.74
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.75
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (20-03-2012)

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas (20-03-2012) p.76
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.77
Tabel Data Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas

Tabel Data

Hasil Percobaan untuk Bahan Bakar Gas p.78

Referensi

Memperbarui...