“ANALISA EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN
DIESEL MENGGUNAKAN BAHAN CAMPURAN
BIOFUEL VITAMINE ENGINE (POWER BOOSTER)”
SKRIPSI
Skripsi ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
ALBERT MARGANDA RUMAHORBO NIM. 090421061
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
ABSTRAK
Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar. Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin TecQuipment type.TD4A 001 dengan menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine + solar. Pada pengujian ini biofuel vitamin engine yang dipakai adalah Power Booster. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biofuel vitamin engine + solar sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar alternatif dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel. Dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar, pemakaian bahan bakar rata-rata lebih irit 30% dan daya rata-rata meningkat 3,2035 % serta mampu mereduksi kandungan emisi gas buang beracun seperti CO, NOx, UHC dan kadar CO2. Kadar sisa oksigen
(O2) dari pembakaran biofuel vitamin engine + solar lebih besar daripada solar, hal
ini dimungkinkan karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa bahan bakar biofuel vitamin engine.
ABSTRACT
Scarcity will of fuel oil (BBM) which occurs encouraging research to develop alternative fuel sources as a substitute for diesel fuel. Based on these ideas, testing TecQuipment type.TD4A 001 engine using biofuel vitamin engine + diesel. In this test biofuel vitamin engine used is the Power Booster. The purpose of this study was to determine the performance of biofuels vitamin-fueled engine + diesel engine so it will look its effect on diesel engine performance parameters, especially reducing the content of the resulting exhaust emissions of diesel engine. This study will also provide information as a reference for the education world who want to do research in the field of automotive in the development of alternative fuels and their effects on the performance of diesel engine. By using vitamin engine + diesel biofuel, fuel consumption average of 30% more efficient and average power increased 3.2035% and is able to reduce the content of toxic emissions such as CO, NOx, UHC and CO2 levels. Residual levels of oxygen (O2) from biofuel combustion engine + diesel vitamin bigger than solar, this is possible due to the oxygen attached directly to the compound vitamin biofuel engines.
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
segala kasih dan rahmat-Nya dalam kehidupan penulis yang senantiasa memberikan
waktu tenaga dan dana sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
Adapun yang menjadi judul daripada Tugas Sarjana ini yaitu “ANALISA EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN BAHAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMINE ENGINE (POWER BOOSTER)”
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis banyak mengalami masalah,
hambatan namun berkat bantuan Dosen Pembimbing dan batuan dari berbagai pihak
yang berupa spiritual, material dan informasi maka Tugas Sarjana ini dapat
diselesaikan. Dalam kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan
uacapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir.Mulfi Hazwi,M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana
ini.
2. Bapak DR.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Ir.Syahril Gultom,MT selaku
Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Depatemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik USU.
4. Kedua orang tua penulis, Ayahanda alm. Jamonang O Rumahorbo dan Ibunda
Marsiti Sirait yang telah memberikan dorongan dan bantuan secara moril
maupun material kepada penulis sejak awal hingga selesai Tugas Sarjana ini.
5. Kakak dan adik penulis yang terus mendukung penulis dalam doa dan tenaga
yaitu : Ernika Jayanti Rumahorbo, Raymond Ramdhy Rumahorbo, Ruminda
Rumahorbo.
6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 09 ekstensi,
7. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin yang telah banyak
membantu dan membimbing penulis selama pengujian di Laboratorium.
8. Buat Mulia Natalia Sirait yang terus memberikan semangat, dukungan dan
bantuan dalam doa dan tenaga.
9. Buat kekompakan rekan rekan satu kost Gg Happy No.11 yang terus mendukung
dalam doa dan semangat.
10.Dan semua pihak yang turut membantu dalam menyelasaikan Tugas Sarjana ini
yang namanya tidak bisa penulis tuliskan satu persatu.
Penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk
penyempurnaan Tugas Sarjana ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak
terima kasih.
Medan,
Penulis,
NIM. 090421061
DAFTAR ISI
ABSTRAK……….……...i
KATA PENGANTAR...ii
DAFTAR ISI ……….…………iv
DAFTAR TABEL ………...………vii
DAFTAR GAMBAR ………..vii
DAFTAR NOTASI ………...………....x
BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang.………1
1.2 Tujuan Pengujian……….2
1.3 Manfaat Pengujian………...3
1.4 Ruang Lingkup Pengujian………...3
1.5 Sistematika Penulisan………..4
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Performansi Motor Bakar Diesel……….………...5
2.1.1 Torsi dan Daya………..……….5
2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)………6
2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)………..7
2.1.4 Efisiensi volumetric……….……..8
2.2 Teori Pembakaran……….…………9
2.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar………10
2.3 Siklus Diesel………..………..13
2.4 Combustion Engine……… ……….14
2.5 Bahan Bakar Diesel……….17
2.6 Bio Fuel Vitamine Engine Power Booster……….……….22
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat………...25
3.2 Bahan dan Alat……….25
3.3 Metode Pengumpulan Data……….………26
3.4 Pengamatan dan Tahap Pengujian………..26
3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar…….…….…………..27
3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel………...31
BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar……….37
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel………39
4.2.1 Daya………..…………..………...40
4.2.2 Torsi………...42
4.2.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik………..46
4.2.4 Rasio Perbandingan Udara Bahan Bakar………..49
4.2.5 Efisiensi Volumetris……….…….53
BAB 5. KESIMPULAN
5.1 Kesimpulan……….62
5.2 Saran………63
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar……..……….…..……21
Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah………..……...33
Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001 Instrumentation Unit……….…35
Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter…………..….…39
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Grafik Siklus Diesel………...…..….13
Gambar 2.2 Grafik Proses Pembakaran Mesin Diesel……….….……...16
Gambar 2.3 Biofuel vitamin Power Booster……….…………..…..22
Gambar 3.1 Bom kalorimeter………..………..………27
Gambar 3.2 Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar………...30
Gambar 3.3 TD4 A 001 Mesin uji………...………..…...…31
Gambar 3.4 TD4 A 001 4-Stoke Diesel Engine………..……….33
Gambar 3.5 TD4 A 001 Instrumentasi Unit………..….…..34
Gambar 3.6 TD4 A 001 Instrumentasi Unit………..……...………34
Gambar 3.7 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel……….36
Gambar 4.1 Grafik Daya dan Putaran untuk beban 10 kg………...40
Gambar 4.2 Grafik Daya dan Putaran untuk beban 25 kg………...41
Gambar 4.3 Grafik Torsi dan Putaran untuk beban 10 kg………...44
Gambar 4.4 Grafik Torsi dan Putaran untuk beban 25 kg………...45
Gambar 4.5 Grafik Sfc dan Putaran untuk beban 10 kg………..48
Gambar 4.7 Kurva Viscous FlowMeter Calibration……….……...…..50
Gambar 4.8 Grafik AFR dan Putaran untuk beban 10 kg………..51
Gambar 4.9 Grafik AFR dan Putaran untuk beban 25 kg………..52
Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetrik dan Putaran untuk beban 10 kg………..55
Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris dan Putaran untuk beban 25 kg………...55
Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Thermal Brake dan putaran beban 10 kg…………...60
DAFTAR NOTASI
Lambang Keterangan
PB Daya Keluaran Watt
Satuan
n Putaran mesin Rpm
T Torsi N.m
Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h
mf Laju aliran bahan bakar kg/jam
sgf Spesifik gravity
Vf Volume bahan bakar yang diuji ml
tf Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik
ma Laju aliran massa udara kg/jam
�a Kerapatan udara kg/m3
Vs Volume langkah torak m3
Cf Faktor koreksi
AFR Air fuel ratio
ηv Efisiensi Volumetrik
ηb Efisiensi thermal brake
HHV Nilai kalor atas bahan bakar kJ/kg
LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kJ/kg
Cv Panas jenis bom kalorimeter J/gr.°C
M Presentase kandungan air dalam bahan bakar
ABSTRAK
Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar. Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin TecQuipment type.TD4A 001 dengan menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine + solar. Pada pengujian ini biofuel vitamin engine yang dipakai adalah Power Booster. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biofuel vitamin engine + solar sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar alternatif dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel. Dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar, pemakaian bahan bakar rata-rata lebih irit 30% dan daya rata-rata meningkat 3,2035 % serta mampu mereduksi kandungan emisi gas buang beracun seperti CO, NOx, UHC dan kadar CO2. Kadar sisa oksigen
(O2) dari pembakaran biofuel vitamin engine + solar lebih besar daripada solar, hal
ini dimungkinkan karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa bahan bakar biofuel vitamin engine.
ABSTRACT
Scarcity will of fuel oil (BBM) which occurs encouraging research to develop alternative fuel sources as a substitute for diesel fuel. Based on these ideas, testing TecQuipment type.TD4A 001 engine using biofuel vitamin engine + diesel. In this test biofuel vitamin engine used is the Power Booster. The purpose of this study was to determine the performance of biofuels vitamin-fueled engine + diesel engine so it will look its effect on diesel engine performance parameters, especially reducing the content of the resulting exhaust emissions of diesel engine. This study will also provide information as a reference for the education world who want to do research in the field of automotive in the development of alternative fuels and their effects on the performance of diesel engine. By using vitamin engine + diesel biofuel, fuel consumption average of 30% more efficient and average power increased 3.2035% and is able to reduce the content of toxic emissions such as CO, NOx, UHC and CO2 levels. Residual levels of oxygen (O2) from biofuel combustion engine + diesel vitamin bigger than solar, this is possible due to the oxygen attached directly to the compound vitamin biofuel engines.
BAB I PENDAHULUAN
1.1Latar Belakang
Kelangkaan bahan bakar minyak telah memberikan dampak yang sangat
luas di berbagai sektor kehidupan. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya
adalah sektor transportasi. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya
membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin
menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbaharui
maka kita harus memikirkan bahan penggantinya. Sebenarnya di Indonesia terdapat
berbagai sumber energi terbaru yang melimpah, seperti biodiesel dari tanaman jarak
pagar, kelapa sawit maupun kedelai untuk mesin diesel. Atau methanol dan ethanol
dari bio massa, tebu, jagung, dll yang bisa dipergunakan sebagai pengganti bensin,
dan sekarang ini yaitu penghemat bahan bakar atau sering disebut dengan “bio fuel
vitamine engine”.
Penggunaan bahan bakar fosil mulai meningkat pesat sejak revolusi industri
pada abad 18. Pada saat itu, batu bara menjadi sumber energi dominan untuk
kemudian digantikan oleh minyak bumi pada abad pertengahan 19. Sumber utama
listrik bertenaga batu bara. Kedua, pembakaran mesin kendaraan bermotor.
Pembakaran bahan bakar fosil ini telah memberikan dampak negatif terhadap
lingkungan. Kualitas udara yang semakin menurun akibat asap pembakaran minyak
bumi, adalah salah satu efek yang kita lihat dengan jelas. Kemudian efek gas rumah
kaca yang ditimbulkan oleh gas CO2 hasil pembakaran minyak bumi. Seperti kita
ketahui pembakaran bahan bakar fosil yang tidak sempurna akan menghasilkan gas
CO2, yang lama kelamaan akan menumpuk di atmosfer. Radiasi sinar matahari yang
dipancarkan kebumi seharusnya dipantulkan kembali ke angkasa, namun
penumpukan CO2 ini akan menghalangi pantulan tersebut. Akibatnya radiasi akan
kembali diserap oleh bumi yang akhirnya meningkatkan temperatur udara di bumi.
Kedua efek tersebut hanya sebagian dari efek negatif bahan bakar fosil yang
kemudian masih diikuti serangkain efek negatif lain bagi manusia. Oleh karena itu
pemakaian suatu bahan bakar terbarukan yang lebih aman bagi lingkungan adalah
suatu hal yang mutlak.
Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian motor diesel
dengan menggunakan biofuel vitamin, disini penulis memilih “Power Booster”,
karena power booster ini merupakan inovasi dalam bidang suplemen bahan bakar
yang dapat memberikan solusi dalam masalah efisiensi/penghematan pemakaian,
mengatasi masalah polusi gas buang.
Interaksi biofuel vitamin power booster dengan gasoline/diesel (bensin,solar)
menimbulkan reaksi seketika dalam memecah dan melembutkan partikel bahan
lebih sempurna, tenaga menjadi lebih besar, tidak ngelitik/detonasi dan kadar polusi
gas buang turun drastis.
1.2Tujuan Pengujian
1. Mengetahui pengaruh pemakaian bio fuel vitamin dicampur dengan solar
terhadap unjuk kerja mesin diesel.
2. Mengetahui pengaruh pemakaian bio fuel vitamin terhadap penghematan bahan
bakar dan mengurangi emisi gas buang.
1.3Manfaat Pengujian
1. Untuk pengembangan biofuel vitamin yang akan digunakan pada mesin diesel,
dan untuk mengurangi emisi gas buang ditinjau dari sudut prestasi mesin.
2. Memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang
ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan biofuel vitamin
dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel.
1.4Ruang Lingkup Pengujian
1. Bio fuel vitamin yang dipakai adalah “Power Booster”
2. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bio fuel
vitamin adalah “ Bomb Kalorimeter”
3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar diesel
adalah mesin 4-langkah dengan 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001) pada
4. Unjuk kerja mesin diesel yang dihitung adalah :
- Daya (Brake Power)
- Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio)
- Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumption)
- Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency)
- Efisiensi thermal brake (Brake Thermal Effeciency)
5. Pada pengujian unjuk kerja motor bakar diesel, dilakukan variasi putaran dan
beban yang meliputi :
- Variasi putaran : 1000-rpm, 1400-rpm, 1800-rpm, 2200-rpm, 2600-rpm dan
2800-rpm
- Variasi beban : 10 kg, dan 25 kg
6. Pemakaian yang menggunakan bio fuel vitamin untuk memperoleh perbandingan
performansi motor diesel.
1.5Sistematika Penulisan
Tugas sarjana ini dibagi dalam lima bab, dimana untuk setiap babnya
dibagi dalam beberapa sub-bab. Pendahuluan berada dalam bab I yang menjelaskan
latar belakang, tujuan yang ingin dicapai, manfaat, ruang lingkup pengujian dan
sistematika penulisan. Pada bab II dijabarkan tentang mengenai motor bakar diesel,
landasan teori pembakaran dan bahan bakar diesel serta biofuel vitamine engine
power booster. Pada bab III berisikan tentang informasi tempat pelaksanaan
pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai, metode pengumpulan data,
dan motor diesel. Pada bab iv membahas tentang hasil data yang diperoleh dari
setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan
memaparkan kedalam bentuk table dan grafik. Sebagai penutup berisikan
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 PERFORMANSI MOTOR DIESEL
Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam. Karakteristik
utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar lain terletak pada
metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam motor diesel bahan bakar diinjeksikan
kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi. Selama proses pengkompresian
udara dalam silinder mesin, suhu udara meningkat, sehingga ketika bahan bakar
yang berbentuk kabut halus bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan
bakar akan menyala dengan sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena
alasan ini mesin diesel juga disebut mesin penyalaan kompresi (compression Ignition
Engines).
Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 11:1 hingga 26:1, jauh
lebih tinggi dibandingkan motor bensin yang hanya berkisar 6:1 sampai 9:1.
Konsumsi bahan bakar spesifik motor diesel lebih rendah (kira-kira 25 %) dibanding
motor bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi menjadikan
tekanan kerjanya tinggi.
2.1.1 Torsi dan daya
Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan
dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat
maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake
2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumtion, sfc)
Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk 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 selang waktu tertentu.
Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan
kg/jam, maka :
Sfc = ��� 10³
�� …(Lit. 5 hal 2-16)
dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)
mf = laju aliran bahan bakar (kg/jam)
Besarnya laju aliran massa bahan bakar (mf) dihitung dengan persamaan
Tf = waktu untuk mengahabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik)
2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)
Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur
dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan
Air Fuel Ratio (AFR).
AFR= ���
� …(Lit.5 hal 2-8)
dengan : ��= laju aliran masa udara (kg/jam)
Besarnya laju aliran masa udara (ma) juga dapat diketahui dengan
membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva vicous flow meter
calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara
1013 mb dan temperatur 20 °C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang
diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut :
Cf = 3564 x Pa x
Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi
isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu
merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan
sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari
sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika
memasuki silinder mesin. Efisiensi volumketrik (�ᵥ) Dirumuskan dengan persamaan:
�ᵥ
=
Berat udara segar yang terisapDengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi
volumetris :
Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat
diperoleh dari persamaan berikut:
�
a=
��� .��
…(Lit. 5 hal 3-12)
Dimana R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/kg.K)
2.1.5 Efisiensi Thermal Brake
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
�
�=
Laju panas yang masukDaya keluar aktual …(Lit. 5 hal 2-15)Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :
Q = mf . LHV …(Lit. 5 hal 2-8)
Dimana, LHV = nilai kalor bawah (kJ/kg)
Jika daya keluaran (PB) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan
kg/jam, maka:
�
�=
��� �. ���. 3600 …(Lit. 5 hal 2-15)
2.2 TEORI 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 hydrogen (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 lembaran dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran.
Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen
komponennya yaitu hydrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan
oksigen dari udara secara terpisah. Hydrogen bergabung dengan oksigen untuk
oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung
dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbo monoksida
hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan
karbon dioksida.
2.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar
Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan
panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika ssatu bahan bakar sempurna disebut
nilai kalor bahan bakar (Calorific value, CV). Berdasarkan 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 niali kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang
diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan calorimeter dimana hasil
pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar
uap air yang terbentuk dari pembakaran hydrogen mengembun dan melepaskan
panas latennya. Secara teoritis besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila
diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong.
HHV= 33950 C + 144200 ��2 −�2
8�+ 9400 � …(Lit. 3 hal 44)
Dimana,
HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)
C = Persentase karbon 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 hydrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15% yang berarti setiap satu
satuan bahan bakar, 0,20 bagian merupakan hydrogen. Pada proses pembakaran
sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar setengah dari jumlah
mol hidrogennya.
Selain berasal dari pembakaran hydrogen, 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.
LHV = HHV -2400 (M + 9 H2) …(Lit. 3 hal 44)
LHV = Nilai Kalor Bawah (kj/kg)
M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)
Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor 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
Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan
SAE (Society of Automotive Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah
(LHV).
2.3 SIKLUS DIESEL
Prinsip kerja mesin diesel mirip seperti mesin bensin. Perbedaannya terletak
pada langkah awal kompresi alias penekanan adiabatik. Penekanan adiabatik adalah
penekanan yang dilakukan dengan sangat cepat sehingga kalor alias panas tidak
sempat mengalir menuju atau keluar dari sistem. Sistem untuk kasus ini adalah
silinder. Kalau dalam mesin bensin, yang ditekan adalah campuran udara dan uap
bensin, maka dalam mesin diesel yang ditekan hanya udara saja. Penekanan secara
adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara meningkat. Selanjutnya injektor
alias penyuntik menyemprotkan bahan bakar yakni solar. Karena suhu dan tekanan
udara sudah sangat tinggi maka ketika solar disemprotkan ke dalam silinder,
sehingga solar langsung terbakar. Tidak perlu pake busi lagi. Perhatikan besarnya
Gambar 2.1 Grafik Siklus Diesel
Keterangan :
1. Langkah (0-1) adalah langkah hisap udara, pada tekanan konstan.
2. Langkah (1-2) adalah langkah kompresi, pada keadaan isentropik.
3. Langkah (2-3) adalah langkah pemasukan kalor, pada tekanan konstan.
4. Langkah (3-4) adalah langkah ekspansi, pada keadaan isentropik.
5. Langkah (4-1) adalah langkah pengeluaran kalor, pada tekanan konstan.
6. Langkah (0-1) adalah langkah buang, pada tekanan konstan.
Dalam kenyataannya tiada satu pun merupakan siklus volume-konstan, siklus
tekanan-konstan, atau siklus tekanan-terbatas. Hal ini dikarenakan adanya
penyimpangan, dan penyimpangan dari siklus udara ideal itu terjadi karena dalam
keadaan yang sebenarnya terjadi kerugian yang antara lain disebabkan oleh hal
1. Kebocoran fluida kerja karena penyekatan oleh cincin torak dan katup tak
dapat sempurna.
2. Katup tidak di buka dan ditutup tepat di TMA dan TMB karena
pertimbangan dinamika mekanisme katup dan kelembaman fluida kerja.
Kerugian tersebut dapat diperkecil bila saat pembukaan dan penutupan katup
disesuaikan dengan besarnya beban dan kecepatan torak.
3. Fluida kerja bukanlah udara yang dapat dianggap sebagai gas ideal dengan
kalor spesifik yang konstan selama proses siklus berlangsung.
4. Pada motor bakar torak yang sebenarnya, pada waktu torak berada di TMA,
tidak terdapat proses pemasukan kalor seperti pada siklus udara. Kenaikan
tekanan dan temperatur fluida kerja disebabkan oleh proses pembakaran
antara bahan bakar dan udara di dalam silinder.
5. Proses pembakaran memerlukan waktu, jadi tidak berlangsung sekaligus.
Akibatnya, proses pembakaran berlangsung pada volume ruang bakar yang
berubah-ubah karena gerakan torak. Dengan demikian, proses pembakaran
harus sudah dimulai beberapa derajat sudut engkol sebelum torak mencapai
TMA dan berakhir beberapa derajat sudut engkol sesudah torak bergerak
kembali dari TMA menuju TMB. Jadi, proses pembakaran tidak dapat
berlangsung pada volume atau pada tekanan yang konstan. Di samping itu,
pada kenyataannya tidak pernah terjadi pembakaran sempurna. Karena itu
daya dan efisiensinya sangatlah bergantung kepada perbandingan campuran
bahan bakar-udara, kesempurnaan bahan bakar-udara itu bercampur, dan saat
6. Terdapat kerugian kalor yang disebabkan oleh perpindahan kalor dari fluida
kerja ke fluida pendingin, terutama pada langkah kompresi, ekspansi, dan
pada waktu gas buang meninggalkan silinder. Perpindahan kalor tersebut
terjadi karena terdapat perbedaan temperatur antara fluida kerja dan fluida
pendingin. Fluida pendingin diperlukan untuk mendinginkan bagian mesin
yang menjadi panas, untuk mencegah bagian tersebut dari kerusakan.
7. Terdapat kerugian energi kalor yang dibawa oleh gas buang dari dalam
silinder ke atmosfer sekitarnya. Energi tersebut tak dapat dimanfaatkan untuk
melakukan kerja mekanik.
8. Terdapat kerugian energi karena gesekan antara fluida kerja dengan dinding
2.4 COMBUSTION ENGINE
Berikut adalah proses pembakaran mesin diesel dengan penggunaan bahan bakar
campuran biofuel vitamin engine. Dapat dilihat pada grafik dibawah ini :
Gambar 2.2 Grafik Proses Pembakaran Mesin Diesel
Proses pembakaran dibagi menjadi 4 periode :
a). Periode 1: Waktu pembakaran tertunda (ignition delay) (A-B), pada periode ini
fase persiapan pembakaran, karena partikel-partikel bahan bakar yang
diinjeksikan bercampur dengan udara didalam silinder agar mudah terbakar.
b). Periode 2: Perambatan api (B-C), pada periode ini campuran bahan bahan bakar
dan udara tersebut akan terbakar di beberapa tempat. Nyala api akan merambat
dengan kecepatan tinggi sehingga seolah-olah campuran terbakar
sekaligus,sehingga menyebabkan tekanan dalam silinder naik. Periode ini sering
c). Periode 3: Pembakaran langsung (C-D) akibat nyala api dalam silinder, maka
bahan bakar yang diinjeksikan langsung terbakar. Pembakaran langsung ini dapat
dikontrol dari jumlah bahan bakar yang diinjeksikan, sehingga periode ini sering
disebut periode pembakaran dikontrol.
d). Periode 4: Pembakaran lanjut (D-E) injeksi berakhir dititik D, tetapi bahan bakar
belum terbakar semua. Jadi walaupun injeksi telah berakhir, pembakaran masih
tetap berlangsung. Bila pembakaran lanjut terlalu lama, temperature gas buang
akan tinggi menyebabkan efisiensi panas turun.
2.5 BAHAN BAKAR DIESEL
Selain calorific value (nilai kalori), masih ada lagi beberapa spesifikasi dari
bahan bakar terutama bahan bakar diesel yang sering diperlukan dalam praktik.
Spesifikasi ini antara lain :
• Viskositas merupakan tahanan yang dimiliki fluida yang dialirkan dalam pipa
kapiler terhadap gaya gravitasi, umumnya dinyatakan dalam waktu yang
diperlukan untuk mengalir pada jarak tertentu. Jika viskositas tinggi, maka
tahanan untuk mengalir semakin tinggi. Viskositas sangat mempengaruhi
kinerja injector bahan bakar. Viskositas yang tinggi akan mengakibatkan
bahan bakar tidak teratominasi dengan sempurna melainkan dalam bentuk
tetesan-tetesan yang besar dengan momentum tinggi serta memiliki
kecenderungan untuk berrtumbukan dengan dinding silinder yang relative
dingin. Hal ini dapat mengakibatkan pemadaman nyala (flame) dan
memiliki viskositas yang rendah menghasilkan pengkabutan (spray) yang
terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh kedalam silinder pembakaran
sehingga membentuk “ daerah kaya bahan bakar” (Fuel rich zone)
• Bilangan Setana merupakan bilangan yang menunjukkan pada kualitas dan
cepat atau lambatnya suatu bahan bakar untuk menyala. Bilangan setana
didasarkan pada persen volume setana. Semakin tinggi bilangan setana suatu
bahan bakar, maka kualitas penyalaan semakin baik. Ini berarti bahan bakar
tersebut akan menyala ketika diinjeksikan kedalam silinder mesin diesel
dengan penundaan penyalaan yang lebih singkat, demikian sebaliknya.
Bilangan setana untuk mesin diesel putaran tinggi berkisar 4000 rpm sampai
6000 rpm.
• Titik tuang (Pour Point) adalah temperature rendah suatu minyak atau bahan
bakar cair mulai membeku atau berhenti mengalir. Titik tuang dipengaruhi
derajat ketidakjenuhan (angka iodium), semakin tinggi ketidakjenuhan maka
titik tuang semakin rendah. Titik tuang juga dipengaruhi oleh panjang rantai
karbon, semakin panjang rantai karbon maka semakin tinggi titik tuang. Titik
tuang perlu diketahui khususnya pada saat menghidupkan mesin dalam
keadaan dingin.
• Volatilitas merupakan kecenderungan suatu jenis bahan bakar untuk berubah
fasa dari cair menjadi uap. Tekanan uap yang tinggi dan titik didih yang
rendah merupakan tanda-tanda dari tingginya volatilitas dari suatu bahan
• Kalor residu karbon (carbon residu), menunjukkan kadar fraksi hidrokarbon
mempunyai titik didih yang lebih tinggi dari range bahan bakar sehingga
cenderung deposit berupa karbon yang tertinggal setelah penguapan dan
pembakaran habis. Keberadaan hidrokarbon ini menyebabkan menumpuknya
residu karbon dalam pembakaran yang akan mengurangi kinerja mesin. Pada
temperatur yang tinggi, deposit dapat membara dan menaikkan temperatur
silinder pembakaran.
• Kadar air dan sedimen, menunjukkan persentase kandungan air dan sedimen
terkandung dalam bahan bakar. Pada temperature yang sangat dingin, air
yang terkandung dalam bahan bakar dapat membentuk Kristal dan
menyumbat aliran bahan bakar. Disamping itu, keberadaan air dapat
membentuk kristal dan menyumbat aliran bahan bakar. Disamping itu
keberadaan air juga dapat menyebabkan korosi dan pertumbuhan
mikrooganisme. Demikian juga hal dengan keberadaan sedimen yang dapat
menyebabkan penyumbatan dan kerusakan pada mesin.
• Titik nyala (Flash Point), merupakan temperatur terendah dimana suatu
bahan bakar dapat terbakar dengan sendirinya (outocombust) akibat tekanan.
Titik nyala yang rendah dapat menyebabkan kegagalan pada injector bahan
bakar, pembakaran yang kurang sempurna bahkan ledakan. Semakin tinggi
titik dari suatu bahan bakar, maka semakin aman penanganan dan
Penggolongan bahan bakar motor diesel berdasarkan jenis putaran mesinnya,
dapat dibagi 2 golongan yaitu:
1. Automotive Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan kecepatan putaran mesin diatas 1000 rpm (rotation per minute).
Bahan bakar jenis ini yang biasa disebut bahan diesel yang biasanya digunakan
untuk kenderaan bermotor.
2. Industrial Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya
digunakan untuk mesin-mesin industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak
diesel.
Di Indonesia, bahan bakar untuk kendaraan motor jenis diesel umumnya
menggunakan solar yang diproduksi oleh PT. PERTAMINA dengan karakteristik
Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar
2.6Bio Fuel Vitamin Power Booster
Adapun kegunaan dari biofuel vitamine engine ini dalam bidang suplemen
bahan bakar menjadikan solusi dalam masalah efisiensi / penghematan pemakaian
bahan bakar serta mengatasi polusi gas buang dan keuntungan lainnya
Dalam hal ini penulis memilih bahan bakar atau produk Biofuel Vitamine
Engine Power Booster. Dapat dilihat seperti gambar berikut :
Gambar 2.3 Bio Fuel Vitamin Power Booster
Muryama, at.all, (2000) Pengujian mesin diesel dengan bahan bakar minyak
vegetative dan minyak diesel didapatkan bahwa dengan minyak vegetatif
mempunyai efisiensi dan daya mesin yang lebih besar dibanding dengan minyak
diesel, karena suhu gas buang yang dihasilkan lebih rendah namun terjadi penurunan
tetapi minyak vegetatif mempunyai angka cetana yang jauh lebih tinggi akan didapat
keterlambatan penyalaan yang lebih pendek bila dibandingkan dengan miknyak
diesel.
Adanya keterlambatan penyalaan yang lebih pendek (ignition delay) daya
yang dihasilkan besar dan efektif, maka akan dihasilkan unjuk kerja yang optimum.
Altin, at. all, (2000) mengadakan penelitian minyak vegetative dicampur
dengan bahan bakar diesel dan didapatkan bahwa viskositas campuran relative lebih
tinggi dibandingkan bahan bakar diesel. Selanjutnya suhu mesin relatif rendah bila
digunakan bahan bakar campuran. Suhu mesin yang relatif rendah mengindikasikan
efisiensi meningkat sebagai akibat dari angka cetana dari bahan bakar vegetative
jauh lebih tinggi. Dengan angka cetana yang tinggi maka pembakaran akan efektif
dan keterlambatan penyalaan akan pendek dan efisiensi mesin akan tinggi. Angka
vicositas yang tinggi akan menambah beban/kerja pompa lebih berat.
Adapun kegunaan dari biofuel vitamin engine ini dalam bidang suplemen
bahan bakar menjadikan solusi dalam masalah efisiensi / penghematan pemakaian
bahan bakar, mengatasi masalah polusi gas buang dan keuntungan lainnya.
1. Double Action Fuel Catalyst.
Adalah bahan bakar hasil karya putra Indonesia yang ramah lingkungan terbuat dari
tumbuh-tumbuhan yang dapat meningkatkan tenaga dan akselerasi kendaran dan
juga menghemat bahan bakar minyak BBM kendaraan sampai 30% mencegah
detonasi, melarutkan kandungan air dari kondensasi (penguapan) dalam tangki bahan
bakar sehingga mencegah karat, mengurangi deposit karbon pada ruang bahan bakar,
2. Mekanisme Kerja Biofuel Vitamin Engine
Interaksi Power Booster dengan gasoline/diesel (bensin,solar) menimbulkan reaksi
seketika dalam memecah dan melembutkan partikel bahan bakar sehingga mudah
dikabulkan dan mudah terbakar dalam ruang bakar menjadikan pembakaran menjadi
lebih sempurna, tenaga menjadi lebih besar, tidak ngelitik/detonasi dan kadar polusi
gas buang turun drastis.
3. Penggunaan Biofuel Vitamin Engine
Power Booster dapat digunakan untuk semua mesin yang menggunakan bahan bakar
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1Waktu dan Tempat
Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan
Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar untuk campuran
yang terbuat dari minyak nabati, didapat dari distributor atau bengkel-bengkel resmi
dan galon-galon Pertamina.
3.2.2 Alat
Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari :
1. Motor diesel 4-langkah 4-silinder (TecQuipment TD4A 001)
2. Bom kalorimeter untuk niali kalor bahan bakar
3. Untuk emisi gas buang menggunakan nilai kalor bahan bakar
4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L,
obeng, tang, palu, kertas amplas dan sebagainya.
5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk
menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 100 ml.
6. Thermometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum
3.3 Metode Pengumpulan Data
Data yang diperoleh dalam pengujian ini meliputi :
a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran
dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing
pengujian
b. Data sekunder, data mengenai karakteristik bahan bakar solar dari
pertamina.
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..
3.4 Pengamatan dan tahap pengujian
Pada penelitian yang akan diamati adalah :
1. Parameter torsi (T) dan parameter daya (PB)
2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)
3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR)
4. Effisiensi volumetris (ηv)
Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu :
1. Pengujian nilai kalor bahan bakar
2. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar solar murni
3. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biofuel vitamin engine pada beban
10 kg
4. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biofuel vitamin engine pada beban
25 kg
3.5Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah
uji “Bom Kalorimeter”
Gambar 3.1 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
- Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 °C
- Elektrometer yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.
- Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar
- Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai
penyala pada tabung bom
- Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan arus listrik ke tangkai
penyala pada tabung bom.
- Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom
- Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada
dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Mengisi bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji
2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangki penyala yang ada
pada penutup bom
3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangki 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 calorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml
7. Mmenempatkan bom yang telah terpasang kedalam calorimeter
9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk
10.Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor
11.Menempatkan thermometer melalui lubang pada tutup kalorimeter
12.Menghidupkan electromotor selama 5 menit kemudian membaca dan
mencatat temperatur air pendingin pada thermometer.
13.Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar
14.Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan
lampu indicator selama electromotor terus bekerja
15.Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 menit
dari penyalaan berlangsung
16.Mematikan electromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk
pengujian berikutnya.
• Berat sampel bahan bakar bakar 0,20 gram
• Volume air
pendingin : 1250 ml • Tekanan oksigen 30 bar
Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar Mulai
Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit
Mencatat temperatur air pendingin T1 (°C)
Menyalakan bahan bakar
Menghitung HHV bahan bakar
HHV= (T2 – T1 – Tkp) x Cv x1000 (J/kg)
Melanjutkan pengadukan terhadap Air pendingin selama 5 menit
3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel
Pada pengujian motor diesel digunakan mesin diesel 4-langkah 4-silinder
(TecQuipment type. TD4A 001)
Gambar 3.3 Mesin Uji (TD4 A 001)
\
Set-up alat antara lain :
Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian
terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan
langkah-langkah sebagai berikut:
1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin ke sumber arus listrik
2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum
3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban
4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemeter menunjukkan angka nol
5. Memastikan bahwa penunjukkan angka nol oleh torquemmeter telah akurat
6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.
7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter
menunjukkan angka yang tetap.
8. Melepaskan beban dari lengan beban.
Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian
sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian
dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin
mengalir dengan lancer melalui mesin
2. Menghidupkan mesin dengan cara menekan tombol starter, memanaskan
mesin selama 15-20 menit pada putaran rendah (±1500 rpm)
3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas
kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer.
4. Menggantukan beban sebesar 10 kg pada lengan beban.
5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran
bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar di dalam pipette turun
6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 100 ml bahan
bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian
permukaan bahan bakar di dalam pipette.
7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang
melalui exhaust temperature meter, dan tekanan udara masuk melalui air
8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan
bakar yang berasal dari tangki
9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin.
Gambar 3.4 TD4 A 001 4-Stroke Diesel Engine
Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4 A 4 langkah
TD4A 4-Stroke Diesel Engine
Type TecQuipment TD4 A 001
Langkah dan diameter 3,125 inch-nominal dan 3,5 inch
Kompresi ratio 22:1
Kapasitas 107 inch3 (1,76 liter)
Valve type clearance 0,012 inch (0,30 mm) dingin
Firing order 1-3-4-2
Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4 A 001 Intrumentation Unit dengan
spesifikasi sebagai berikut :
Gambar 3.5 TD4A 001 Instumentation Unit
Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001Instrumentation Unit
TD4 A 001 Instrument Unit
Fuel tank capasity 10 liters
Fast Flow Pipette Graduated in 8 ml,16 ml, and 32 ml
Tachometer 0-5000 rev/min
Torque Meter 0-70 Nm
Exhaust Temperature Meter 0-1200 °C
Air Flow Manometer Calibrated 0-40 mm water gauge
Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel
Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor diesel yang dilakukan
pada 5 tingkat putaran mesin, yaitu : 1000, 1400, 1800, 2200, 2600, dan 2800 rpm
Mulai
Gambar 3.7 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel.
Volume Uji bahan bakar 100 ml
Temperatur udara 27°C
Tekanan udara : 1 bar
Putaran : n rpm
Beban : L kg
Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar
Mencatat Torsi
Mencatat temperatur gas buang
Mencatat tekanan udara masuk mm H2O
Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris
Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda
Berhenti
BAB IV
HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan T2)
yang telah diperoleh pada pengujian “Bom Kalorimeter” selanjutnya digunakan
untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan persamaan berikut :
HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x Fk (J/kg)
Dimana :
HHV = Nilai kalor atas (High Heating Value)
T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (°C)
T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (°C)
Cv = Panas jenis bom calorimeter (73529,6 J/kg °C)
Tkp = Kenaikan temperature akibat kawat penyala (0,05 °C)
Fk = Faktor koreksi (0,6695)
Pada pengujian pertama bahan bakar solar, diperoleh :
T1 = 26,65 °C
T2 = 27,75 °C
HHV (solar) = (27,75 – 26,65 – 0,05 ) x 73529 x 0,06695
= 77206,08 x 0,06695 J/kg
Standar nilai kalor solar adalah 44800 J/kg (Sumber,
kalorimeter didapat HHV sebesar 66911,936 J/kg, maka pada pengujian ini,
digunakan factor koreksi (Fk) sebesar :
4480
66911,936 = 0,6695
Pada pengujian pertama bahan bakar biofuel vitamin engine + solar, diperoleh :
T1 = 27,95 °C
T2 = 28,95 °C, maka :
HHV = (28,97 – 27,87 – 0,05 ) x 73529,6 x 0,6695
= 51689,4706 J/kg
Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada
pengujian kedua hingga kelima, selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor
rata-rata bahan bakar digunakan persamaan berikut :
HHVRata - rata =
∑5�=1���i
5 (J/kg) …(Lit.9 hal 12)
Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil
perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor
rata-rata bahan bakar solar, biofuel vitamin engine + solar dapat dilihat pada (Tabel
Tabel 4.1 Data Hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter
4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel
Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji mesin diesel langkah
4-silinder (TecQuipment ttype. TD4A 001) melalui unit instrumentasi dan
perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain :
Beban Statis (Kg) antara lain beban 10 Kg dan 25 Kg
Putaran (rpm) melaui tachonetre
Torsi (N.m) melalui torquemetre
Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan air flow manometer.
Waktu untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan
stopwatch.
Temperatur air pendingin (°C), dimana kita membaca rotameter, air pendingin
masuk (T1) dan air pendingin keluar (T2)
4.2.1 Daya
Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan
menggunakan solar murni, biofuel vitamin engine pada tiap kondisi pembebanan dan
putaran dapat dihitung dan ditampilkan dalam bentuk (Lampiran A hal.i).
Karena biofuel vitamin engine memiliki angka oktan yang lebih tinggi
daripada solar maka perbandingan kompresi yang bisa dipakai juga lebih tinggi, dan
daya semakin meningkat sehingga secara teoritis pencampuran biofuel vitamin
engine + solar dengan solar akan meningkat efisiensi mesin. Seperti yang terlihat
pada (Gambar 4.1) dan (Gambar 4.2) gambar grafik didapat dari tabel hasil
perhitungan daya brake pada lampiran (Lampiran B hal.i).
Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 10 kg
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Pada beban 10 kg (gambar 4.1), daya terendah mesin yang terjadi pada pengujian
dengan menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu 3349,12 W. Sedangkan
daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan biofuel vitamin engine
+ solarpada putaran 2800 rpm sebesar 16118,30 W
Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 25 kg
Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.2), daya terendah mesin terjadi pada pengujian
dengan menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 7901,83 W.
Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar biofuel vitamin
engine + solar dan solar (besaran sama) 2800 rpm yaitu sebesar 25789,28 W.
Daya terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine +
solar pada beban 10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 3558,44 W. Sedangkan daya
tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine + solar
pada beban 25 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 25789,28 W.
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Artinya daya mesin yang dihasilkan bergantung pada besar kecil torsi yang
didapat. Semakin besar torsi maka daya mesin akan semakin besar, sebaliknya
semakin kecil torsi maka daya mesin akan semakin kecil. Daya yang dihasilkan
mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston
yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika
konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin cepat poros engkol
berputar maka akan besar daya yang dihasilkan.
Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap
variasi beban putaran dapat dilihat pada (gambar 4.1) dan (gambar 4.2)
4.2.2 Torsi
Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan
dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin.
Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing pengujian baik dengan
menggunakan solar murni, biofuel vitamin engine + solar pada tiap kondisi
Tabel 4.2 Data hasil pembacaan langsung unit instrumentasi
DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR SOLAR MURNI BEBAN
Waktu menghabiskan 100 ml bahan bakar (s)
Waktu menghabiskan 100 ml bahan bakar (s)
304 243 173 135 99 90
Tekanan Udara (mm H2O) 4,5 7,5 12 16 24,5 28,5 Temperatur Gas Buang (°C) 90 100 150 185 210 215 DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR CAMPURAN SOLAR
DENGAN BIOFUEL VITAMIN POWERBOOSTER
Waktu menghabiskan 100 ml bahan bakar (s)
Waktu menghabiskan 100 ml bahan bakar (s)
420 239 172 123 100 99
Pada (Tabel 4.2) diatas dapat dilihat besarnya torsi untuk masing-masing pengujian
daya mesin baik dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar dan
menggunakan solar murni pada berbagai kondisi pembebanan dan putaran, berikut
gambar grafik torsi yang di dapat dari hasil pembacaan alat instrumensi pada
(Lampiran B hal.ii)
Gambar 4.3 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg.
Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.3), torsi terendah mesin terjadi pada bahan
bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi
tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar biofuel
vitamin engine + Solar pada putaran 2800 rpm sebesar 55 N.m.
0
Gambar 4.4 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 25 kg.
Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.4), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian
dengan menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu 75,5 N.m.
Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan
bakar Biofuel vitamin engine + solar pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 88,5 N.m
Artinya besarnya torsi sangat dipengaruhi oleh energi hasil pembakaran
bahan bakar, dimana besarnya energy hasil pembakaran bahan bakar dipengaruhi
oleh nilai kalor bahan bakar. Nilai kalor bahan bakar Biofuel Vitamine Engine lebih
besar dibanding nilai kalor bahan bakar solar murni, sehingga torsi yang dihasilkan
Biofuel Vitamine engine lebih besar daripada torsi yang dihasilkan bahan bakar solar.
74
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik
Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption, Sfc ) dari
masing-masing pengujian pada tipa variasi beban dan putaran 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 bakar ( ��) dihitung dengan persamaan
berikut :
�� =���
.��.10−3
�� x 3600
dimana :
��� = Specific gravity biofuel vitamin = 0,845
�� = Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml )
�� = Waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik)
Dengan memasukkan harga sgf ,harga tf yang diambil dari percobaan sebelumnya
harga Vf yaitu sebesar 100 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian bahan
bakar biofuel vitamin + solar :
Putaran : 1000 rpm
mf =
0,845 � 100∙10−3
329 x 3600
= 0,92462006 kg/jam
Setelah diperoleh besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga
konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc)
Untuk pengujian biofuel vitamin power booster + solar :
Beban : 10 kg
Putaran : 1000 rpm
Sfc = 0.92462006 � 10
3
3,55
= 260,04563552 g/kWh
Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban
yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat
(Lampiran A hal ii).
Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi
beban dan putaran, gambar grafik didapat dari tabel hasil perhitungan Sfc pada
Gambar 4.5 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg.
Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.5), Sfc terendah terjadi pada saat putaran 1400
rpm dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar yaitu sebesar
166,1929674 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada putaran 2800 rpm dengan
menggunakan solar pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 338,0600996 g/kWh,
Gambar 4.5 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg.
Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.6), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan
menggunakan biofuel vitamin + solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
S
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
S
91,10512129 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada saat mesin mesin
menggunakan solar pada putaran 2800 rpm sebesar 131,1093871 g/kWh.
Artinya besarnya harga Sfc sangat dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar.
Semakin besar nilai kalor bahan bakar maka semakin kecil Sfc, dan sebaliknya
semakin kecil nilai kalor bahan bakar maka semakin besar konsumsi bahan bakar
spesifiknya (Sfc)
4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR)
Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing-masing jenis
pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut :
AFR =
��
��
dimana :
AFR = air fuel ratio
ma = laju aliran massa bahan bakar (kg/jam)
Besarnya laju aliran udara (ma) diperoleh dengan membandingkan besarnya
tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer
(Tabel 4.5) terhadap kurva viscous flow metre calibration.
Pada pengujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa (≈ 1bar)
dan temperatur (Ta)sebesar 27 °C. kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk
pengujian pada tekanan 1013 mb dan temperatur 20 °C, maka besarnya laju aliran
Cf = 3564 x Pa x
(��+114)
��2,5
= 3564 x 1 x [(27+273)+ (114)] (27+273)2,5
= 0,946531125
Gambar 4.7 Viscous Flow Meter Calibration (lit. 10 hal 3-11)
Untuk menggunakan pengujian bahan bakar biofuel vitamin engine + solar
dan pengujian bahan bakar solar murni, beban 10 kg dan putaran 1000 rpm, tekanan
udara masuk = 4mm H2O. Dari kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara
sebesar 4,552 kg/jam, setelah dikalikan faktor koreksi (Cf), maka laju aliran massa
udara yang sebenarnya :
ma = 4,552 x 0,945631125
Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran massa
udara (ma) untuk masing-masing pengujian tiap variasi beban dan putaran.
Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dapat
dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR).
Untuk pengujian menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine + solar,
beban 10 kg dan putaran 1000 rpm :
AFR = 4,308609681 0,92462006
= 4,659870435
Hasil perhitungan AFR untuk masing-masing pangujian pada tiap variasi
beban dan putaran dapat dilihat pada (Lampiran A hal v), dan grafik gambar grafik
didapat dari hasil tabel perhitungan AFR pada (Lampiran B hal iv).
Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg.
Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.8), AFR terendah saat menggunakan solar murni
pada putaran 1000 rpm yaitu 3,730375098. Sedangkan AFR tertinggi saat
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
menggunakan biofuel vitamin engine + solar pada putaran 2800 rpm sebesar
6,426797155.
Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg.
Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.9), AFR terendah terjadi tanpa menggunakan
solar murni pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 4,8440041. Sedangkan AFR
tertinggi terjadi saat menggunakan biofuel vitamin engine + solar pada putaran 2800
rpm yaitu sebesar 9,99074804.
AFR terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar murni pada
beban 10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu sebesar 3,730375098. Sedangkan AFR
tertinggi terjadi ketika dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar pada
beban 25 kg dan putaran 2800 rpm sebesar 9,99074804.
0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
4.2.5 Effisiensi Volumetris
Effisiensi volumetric (volumetric efficiency) untuk motor bakar 4-langkah
dihitung dengan rumus berikut :
ηv =
Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat
diperoleh dari persamaan berikut :
�� = ���.� �
dimana R = konstanta gas (untuk udara 287 J/kg.K)
Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 100
kPa dan 27, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar :
��=
100.000 287.(27+273)
= 1,161440186 kg
Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya
effisiensi volumetris ( �v) untuk masing-masing pengujian pada variasi beban dan
putaran.
Untuk pengujian tanpa menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine +
�v =
2.4,308609681 60.1000 .
1
1,161441.1,76 � 10−3
= 1,78785881
Harga efisiensi volumetris untuk masing-masing pengujian yang dihitung
dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada
(Lampiran A hal. vii )
Efisiensi volumetris teritnggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar
biofuel vitamin engine +solar dan solar murni pada beban 25 kg dengan putaran
2800 rpm yaitu sebesar 1,78785881. Effisiensi volumetris terendah terjadi ketika
tanpa menggunakan bahan bakar solar murni pada beban 10 kg dan dengan putran
1000 rpm yaitu 0,836619642 (gambar 4.10 dan 4.11).
Effisiensi volumetris memakai bahan bakar biofuel vitamin engine lebih
efektif dibandingkan dengan memakai solar murni. Dengan memakai biofuel vitamin
engine + solar effisiensinya naik hingga 34,84 % pada rata-rata semua putaran, akan
tetapi pada putaran 2800 rpm dengan beban 25 kg, effisiensinya volumetrisnya sama
nilainya yaitu 1,78785881. Perbandingan efisiensi volimetris masing-masing
pengujian pada tiap variasi putaran gambar grafik didapat dari tabel hasil
Gambar 4.10 Grafik Effisiensi volumetris vs Putaran pada beban 10 kg
Gambar 4.11 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran pada beban 25 kg
Dari keterangan kedua gambar dapat disimpulkan Efisiensi volumetris
teritnggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine +solar dan
solar murni pada beban 25 kg dengan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 1,78785881.
Effisiensi volumetris terendah terjadi ketika tanpa menggunakan bahan bakar solar
murni pada beban 10 kg dan dengan putran 1000 rpm yaitu 0,861156042 (gambar
4.10 dan 4.11).
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
E
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
