MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN
BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN
SISTEM GAS MIXER
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROLAND SIHOMBING NIM : 090401081
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN
BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN
SISTEM GAS MIXER
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROLAND SIHOMBING NIM : 090401081
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i Abstrak
Dalam penelitian ini dilakukan pengujian bahan bakar LPG sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimodifikasi dengan mengadopsi sitem gas mixer. Mesin diesel yang digunakan adalah Mesin Diesel Kama YL170F satu silinder 4 langkah dengan pendinginan udara. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran 2400-3400 rpm. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengubah sistem pembakaran yang pada awalnya menggunakan sistem pengabutan bahan bakar menjadi sistem gas mixer dan penggunaan pemantik api (busi) agar pembakaran dapat terjadi. Parameter yang diamati adalah daya, torsi, konsumsi bahan bakar solar dan LPG, perbandingan udara-bahan bakar dan efisiensi thermal.
Hasil dari penelitian ini akan terlihat pengaruh bahan bakar LPG terhadap parameter performansi mesin diesel tanpa mengalami detonasi dan ketukan ketika mesin beroperasi.
ii KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kesehatan, dan kasih karuniaNya yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan mendapat gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu : “
Modifikasi Mesin Diesel Satu Silinder berbahan bakar Solar
menjadi LPG dengan Menggunakan Sistem Gas Mixer
”Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Penulis telah berupaya keras dengan segala kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda R. Sihombing SE. dan Ibunda A.br Simanjuntak, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
2. Bapak DR. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku dosen pembimbing yang banyak meluangkan waktu membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
iii 7. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat
penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
8. Kepada adinda Saya tercinta Fransisca Natalia Sihombing, Yolan Puspasari Sihombing, dan Angel Rizky Partuaan Sihombing yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai
9. Thyo Fany Siahaan, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.
Medan, Juli 2014 Penulis
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Pengujian ... 1
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Manfaat Pengujian ... 2
1.5 Metodologi Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Diesel ... 5
2.2 Bahan Bakar LPG ... 8
2.2.1 Pendahuluan LPG ... 8
2.2.2 Jenis Dan Komponen LPG ... 9
2.2.3 Sifat-Sifat LPG ... 9
2.2.4 Bahaya LPG ... 14
2.3 Mesin Diesel Empat Langkah ... 14
2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel Empat Langkah... 15
2.3.2 Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah ... 16
2.3.3 Unjuk Kerja Mesin Diesel Empat Lankah ... 18
2.4 Performansi Motor Bakar... 19
2.4.1 Torsi, Tekanan Efektif Rata-Rata dan Daya ... 20
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 21
2.4.3 Efisiensi Thermal ... 21
2.4.4 Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) ... 22
v
2.4.6 Mesin Diesel yang Digunakan ... 23
2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto ... 23
2.5.1 Karburator ... 24
2.5.2 Penyalaan dengan Bunga Api ... 26
2.5.3 Saat Penyalaan dan Pembakaran ... 28
2.6 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 29
2.7 Generator Set ... 31
2.7.1 Tipe Generator Set ... 32
2.8 Emisi Gas Buang ... 33
2.8.1 Sumber ... 34
2.8.2 Komposisi Kimia ... 34
2.8.3 Bahan Penyusun ... 34
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 37
3.2 Alat dan Bahan ... 37
3.2.1 Alat ... 37
3.2.2 Bahan.... ... 50
3.3 Metode Pengumpulan data ... 50
3.4 Metode Pengolahan data ... 50
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 51
3.6 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi bahan bakar LPG ... 51
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 59
3.8 Diagram Alir Penelitian ... 62
3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 63
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Daya ... 64
4.1.1 Besarnya Daya pada bahan bakar Solar Murni ... 64
4.1.2 Besarnya Daya pada bahan bakar LPG...66
4.2 Torsi ... 70
4.2.1 Besarnya Torsi pada bahan bakar Solar Murni ... 70
4.2.2 Besarnya Torsi pada bahan bakar LPG...73
vi
4.2.1 Besarnya bmep pada bahan bakar Solar Murni ... 77
4.2.2 Besarnya bmep pada bahan bakar LPG...80
4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 84
4.4.1 Besarnya SFC pada bahan bakar Solar Murni ... 85
4.4.2 Besarnya SFC pada bahan bakar LPG...87
4.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 91
4.5.1 Besarnya AFR pada bahan bakar Solar murni ... 94
4.5.2 Besarnya AFR pada bahan bakar LPG... 97
4.6 Efisiensi Thermal Brake ... 101
4.6.1 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar Solar Murni ...102
4.6.2 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG....103
4.7 Efisiensi Volumetris ... 107
4.8 Nilai Ekonomis ... 109
4.8.1 Besarnya Nilai Ekonmois pada bahan bakar Solar Murni...109
4.8.2 Besarnya Nilai Ekonomis pada bahan bakar LPG...111
4.9 Hasil Pembakaran ... 115
4.10 Pengujian Emisi Gas Buang ... 118
4.10.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar Solar Murni ... 119
4.10.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar LPG...119
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 122
5.2 Saran ... 124
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja motor diesel 4 (empat) langkah ... 16
Gambar 2.2 Diagram alir prestasi mesin ... 17
Gambar 2.3 Pengetesan prestasi mesin ... 18
Gambar 2.4 Diagram P-V motor diesel ... 19
Gambar 2.5 Dampak dari pendahulu kontak ... 28
Gambar 2.6 P-V diagram jika pengapian terlalu cepat atau lambat ... 29
Gambar 2.7 Generator set... 31
Gambar 3.1 Mesin Diesel KAMA Model YL170...38
Gambar 3.2 Dinamo generator 1kW Yamaha ... 35
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong-GA 401 ... 40
Gambar 3.4 OTC Technotest SMOKEMETER ... 41
Gambar 3.5 Multimeter ... 42
Gambar 3.6 Botol bahan bakar ... 43
Gambar 3.7 Stop Watch ... 43
Gambar 3.8 Manometer ... 44
Gambar 3.9 Regulator tekanan tinggi ... 44
Gambar 3.10 Selang SMC tekanan tinggi ... 45
Gambar 3.11 Karburator ... 45
Gambar 3.12 Intake manifold ... 46
Gambar 3.13 Busi ... 46
Gambar 3.14Ignition coil ... 47
Gambar 3.15 Universal joint ... 48
Gambar 3.16 Crank angle signal ... 48
Gambar 3.17 Rangkain lampu ... 49
Gambar 3.18 Alat-alat perbengkelan ... 49
Gambar 3.19 Tabung gas LPG ... 50
Gambar 3.20 Pandangan atas cylinder head ... 51
Gambar 3.21 Pandangan bawah cylinder head... 52
Gambar 3.22Pandangan atas cylinder head setelah modifikasi ... 53
viii
Gambar 3.24 Pemasangan crank angle signal ... 54
Gambar 3.25 Pemasangan manometer ... 54
Gambar 3.26 Pemasangan regulator gas tekanan tinggi ... 55
Gambar 3.27 Pemasangan tachometer ... 55
Gambar 3.28Ignition coil ... 56
Gambar 3.29 Proses pembuatan rangka mesin ... 56
Gambar 3.30 Pemasangan dinamo generator ... 57
Gambar 3.31 Pemasangan universal joint ... 57
Gambar 3.32 Pemasangan panel unit ... 58
Gambar 3.33 Generator set diesel berbahan bakar LPG ... 58
Gambar 3.34 Diagram alir modifikasi ... 59
Gambar 3.35 Diagram alir penelitian... 62
Gambar 3.36 Diagram alir penelitian Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .. 63
Gambar 4.1 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar solar murni ... 66
Gambar 4.2 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar LPG ... 68
Gambar 4.3 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 400 watt ... 68
Gambar 4.4 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 800 Watt ... 69
Gambar 4.5 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar solar murni ... 72
Gambar 4.6 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar LPG ... 75
Gambar 4.7 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 400 Watt ... 75
Gambar 4.8 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 800 Watt ... 76
Gambar 4.9 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar solar murni ... 80
Gambar 4.10 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar LPG... 83
Gambar 4.11 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 400 Watt ... 83
Gambar 4.12 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 800 Watt ... 84
Gambar 4.13 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar solar murni ... 87
Gambar 4.14 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar LPG ... 89
ix
pada beban 800 Watt ... 90
Gambar 4.17 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar solar murni ... 96
Gambar 4.18 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar LPG ... 99
Gambar 4.19 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 400 Watt ... 100
Gambar 4.20 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 800 Watt ... 100
Gambar 4.21 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar solar murni ... 103
Gambar 4.22 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar LPG ... 105
Gambar 4.23 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 400 Watt ... 106
Gambar 4.24 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 800 Watt ... 106
Gambar 4.25 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni ... 111
Gambar 4.26 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar LPG... 113
Gambar 4.27 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 400 Watt ... 113
Gambar 4.28 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 800 Watt ...114
Gambar 4.29 Kondisi awal blok silinder sebelum digunakan dalam pengujian ... 115
Gambar 4.30 Kondisi awal cylinder head sebelum digunakan dalam pengujian ... 115
Gambar 4.31 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ... 116
Gambar 4.32 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ... 116
Gambar 4.33 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG ... 117
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar... 7 Tabel 2.2 Perbedaan motoor diesel dan motor bensin ... 18 Tabel 4.1 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 400 Watt selama
5 menit ... 65 Tabel 4.2 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 800 Watt selama
5 menit ... 65 Tabel 4.3 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 400
Watt ... 67 Tabel 4.4 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 800
Watt ... 67 Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt... 71 Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 800 Watt... 72 Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 73 Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 74 Tabel 4.9 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt... 78 Tabel 4.10 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 800 Watt... 79 Tabel 4.11 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 81 Tabel 4.12 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 82 Tabel 4.13 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban
400 Watt ... 86 Tabel 4.14 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban
xi 400 Watt ... 88 Tabel 4.16 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada beban
800 Watt ... 88 Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban
400 Watt ... 95 Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban
800 Watt ... 96 Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban
400 Watt ... 98 Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban
800 Watt ... 99 Tabel 4.21 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
solar murni beban 400 Watt...102 Tabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
solar murni beban 800 Watt...103 Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
LPG beban 400 Watt...104 Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
LPG beban 800 Watt...105 Tabel 4.25 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni
beban 400 Watt...110 Tabel 4.26 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt...110 Tabel 4.27 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban
400 Watt...112 Tabel 4.28 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban
xii DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
PB Daya Keluaran Watt
LHV Nilai kalor kJ/kg
Laju aliran massa udara kg/s
Laju aliran bahan bakar kg/jam
n Putaran mesin rpm
Effisiensi termal %
Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h
tf Waktu pengujian yang ditentukan menit
T Torsi keluaran mesin N.m
Massa Jenis kg/m3
V Tegangan Volt
I Arus Ampere
Volume bahan bakar mL
bmep Tekanan efektif rata-rata kPa
Vd Volume ruang bakar m3
Vc Volume sisa ruang bakar saat TMA m3
B Diameter silinder m
S Panjang langkah (Stroke) m
i Abstrak
Dalam penelitian ini dilakukan pengujian bahan bakar LPG sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimodifikasi dengan mengadopsi sitem gas mixer. Mesin diesel yang digunakan adalah Mesin Diesel Kama YL170F satu silinder 4 langkah dengan pendinginan udara. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran 2400-3400 rpm. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengubah sistem pembakaran yang pada awalnya menggunakan sistem pengabutan bahan bakar menjadi sistem gas mixer dan penggunaan pemantik api (busi) agar pembakaran dapat terjadi. Parameter yang diamati adalah daya, torsi, konsumsi bahan bakar solar dan LPG, perbandingan udara-bahan bakar dan efisiensi thermal.
Hasil dari penelitian ini akan terlihat pengaruh bahan bakar LPG terhadap parameter performansi mesin diesel tanpa mengalami detonasi dan ketukan ketika mesin beroperasi.
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring berjalannya waktu semakin bertambah pula jumlah populasi Manusia di Bumi, maka dengan demikian kebutuhan energi akan semakin bertambah. Untuk memenuhi kebutuhan energi tersebut maka dibutuhkan juga pengembangan Teknologi yang lebih efisien seiring semakin terbatasnya sumber energi yang tersedia di Alam.
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 gas 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 gas 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 gas mixer yang dikendalikan secara manual. Proses modifikasi gas mixer pada kendaraan bermesin masih belum memberikan fungsi yang optimal, selain itu untuk melakukan akselerasi selalu akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin.
1.2 Tujuan Pengujian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
2 2. Untuk memperoleh unjuk kerja mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar
LPG 100 %
1.3 Batasan Masalah
1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu LPG
2. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui angka torsi yang diperoleh yaitu Generator.
3. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama pembakaran gas adalah mesin diesel 4-langkah dengan 1-silinder KAMA YL170-F 211 cc dengan modifikasi menggunakan karburator sebagai gas mixer
4. Generator yang digunakan sebagai penghitung daya adalah Generator Yamaha berkapasitas 1 kW.
5. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah : Torsi (Torsion)
Daya (Brake Power)
Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio) Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption) Efisiensi Volumetris (Volumetric Efficiency)
Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal Efficiency)
1.4 Manfaat Pengujian
1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penghematan penggunaan bahan bakar fosil, khususnya minyak bumi.
2. Untuk memaksimalkan penggunaan gas yang akan digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis dan ramah lingkungan.
3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.
3 5. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel berbahan
bakar gas dengan mengadopsi sistem injeksi gas.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.
b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.
d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
1.6 Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :
Bab I : Pendahuluan
Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian. Bab II : Tinjauan Pustaka
Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai LPG, pembakaran mesin solar, dan karakteristik mesin diesel yang digunakan.
• Bab III : Metodologi Penelitian
Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.
Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian
4 Bab V : Kesimpulan dan Saran
Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh. Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan. Lampiran
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Bahan Bakar Diesel
Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 oC–340 oC. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus hetadecene (C16H34) dan alpha-methilnapthalene
(Darmanto, 2006).
Sifat-sifat bahan bakar diesel yang mempengaruhi prestasi dari motor diesel antara lain: Penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala dan cetane number
(Mathur, Sharma, 1980). a. Penguapan (Volality).
Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya.
b. Residu karbon.
Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %.
c. Viskositas.
Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya. d. Belerang.
6 e. Abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.
f. Titik nyala.
Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 oC.
g. Titik Tuang
Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 oC.
h. Sifat korosif.
Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa.
i. Mutu penyalaan.
Nama ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang paling penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.
j. Bilangan Cetana (Cetane Number).
alpha-7
metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana
48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana
dan 52% alpha- metyl naphthalene.
Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar
No Karakteristik Unit Batasan Metode Uji
MIN MAX ASTM IP
1 Angka Setana 45 - D-613
2 Indeks Setana 48 - D-4737
3 Berat Jenis Pada 15oC Kg/m3 815 870 D-1298 4 Viskositas pada 40oC mm2/s 2 5 D-1298
5 Kandungan Sulfur %m/m - 0,35 D-1552
6 Distilasi : T95 oC - 370 D-86
7 Titik Nyala oC 60 - D-93
8 Titik Tuang oC - 18 D-97
9 Karbon Residu Merit - Kelas I D-4530
10 Kandungan air Mg/kg - 500 D-1744
11 Biological Growth -
12 Kandungan FAME %v/v 10
13 Kandungan Metanol
dan Etanol %v/v - 10 D-4815
14 Korosi Bilah Tembaga Merit - Kelas I D-130
8 Sumber: Surat Keputusan Dirjen Migas 3675/K/24/DJM/2006
2.2 Bahan Bakar LPG 2.2.1 Pendahuluan LPG
Kata elpiji berasal dari pelafalan singkatan (Liquified Petroleum Gas, arti secara harfiah yaitu "gas minyak bumi yang dicairkan"). LPG atau kita sering menyebut gas elpiji berasal dari hasil pengolahan minyak bumi. Di alam ini, minyak bumi (petroleum) ditemukan bersama-sama dengan gas alam (natural gas). Kemudian minyak bumi dipisahkan dari gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah (crude oil). Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatik, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks, untungnya terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya. Proses ini disebut destilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir sesuai dengan yang diinginkan, maka sebagian hasil dari destilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotor dalam fraksi, dan pencampuran fraksi.
Dalam proses destilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni
16 Kandungan Sedimen %m/m - 0,01 D-473
17 Bilangan Asam Kuat mgKO
H/gr - 0 D-664
18 Bilangan Asam Total mgKO
H/gr - 0,6 D-664
19 Partikulat mg/l - - D2276
20 Penampilan Visual - Jernih dan Terang
21 Warna No.AS
9 kelompok-kelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis komponen hidrokarbon begitu banyak dan isomer-isomer hidrokarbon mempunyai titik didih yang berdekatan. Sehingga bisa dikatakan bahwa berdasarkan titik didih inilah minyak mentah mengalami pemisahan menjadi bahan-bahan lainnya. Berdasarkan suhunya, secara berturut-turut dimulai bagian paling bawah, minyak mentah akan terpisah menjadi residu (>3000C), minyak berat, yang digunakan sebagai bahan kimia (150-3000C), solar (105-1500C), kerosin (85-1050C), bensin/gasolin (50-850C), dan gas (0-500C). Bagian terakhir yang berupa gas inilah asal usulnya LPG (tentunya setelah melalui pengolahan lanjutan) yang sehari-hari kita gunakan, salah satunya untuk bahan bakar kompor gas.
2.2.2 Jenis dan Komponen LPG
Menurut Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No. 25K/36/DDJM/1990 spesifikasi LPG dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu LPG campuran (mixed LPG), LPG Propana (Prophene LPG), dan LPG Butana (Buthene LPG).
LPG yang dipakai untuk bahan bakar kompor gas adalah jenis LPG campuran. LPG ini merupakan salah satu produk yang dipasarkan oleh Pertamina Direktorat Pembekalan Dan Pemasaran Dalam Negeri (Dit. PPDN), dengan merk dagang LPG (Liquid Petroleum Gas). Komponen utama dari LPG adalah Propana (C3H8) dan Butana (C4H10). Disamping itu, LPG juga mengandung senyawa hidrokarbon ringan yang lain dalam jumlah kecil, yaitu Etana (C2H6) dan Pentana (C5H12).
2.2.3 Sifat-Sifat LPG
Berikut ini sifat-sifat LPG yang perlu diketahui agar kita bisa mengunakannya dengan aman.
1. Wujud
10 dalam bentuk cair. Mengapa bisa seperti itu? demikian penjelasannya. Pada dasarnya untuk bahan yang berwujud gas berlaku ketentuan seperti ini: “Wujud gas akan berubah menjadi wujud cair apabila temperatur diperkecil atau
tekanannya diperbesar”. Dengan adanya perubahan wujud akibat temperatur dan tekanan, maka volume gas juga berubah. Volume gas yang berwujud cair akan menjadi lebih kecil apabila dibandingkan dengan volume gas ketika masih berwujud gas. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasanya sekitar 250:1.
Kemampuan gas bisa berubah wujud menjadi cair merupakan kelebihan dari bahan-bahan gas yaitu volumenya bisa menjadi mengecil. Kelebihan ini diaplikasikan terutama untuk menyimpan dan mengirim gas dalam tangki, dimana dengan cara tersebut secara ekonomi sangat menguntungkan.
Berdasarkan cara pencairannya, LPG dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:
a. LPG Refrigerated
LPG Refrigerated adalah LPG yang dicairkan dengan cara didinginkan (titik cair Propanadalah sekitar -42°C, dan titik cair Butan sekitar -0.5°C). Cara pencairan LPG jenis ini umum digunakan untuk mengapalkan LPG dalam jumlah besar. Misalnya, mengirim LPG dari negara Arab ke Indonesia. Dibutuhkan tanki penyimpanan khusus yang harus didinginkan agar LPG tetap dapat berbentuk cair serta dibutuhkan proses khusus untuk mengubah LPG Refrigerated menjadi LPG
Pressurized.
b. LPG Pressurized
11 Jumlah gas diukur berdasarkan volumenya (V) dengan satuan m3. Tetapi apabila gas tersebut berwujud cair, maka jumlah gas diukur berdasarkan massanya (m) dengan satuan kilogram (kg), sebagai contoh seperti kalau kita membeli LPG ukuran 3 kg.
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.
2. Massa Jenis (density)
Kepadatan massa atau kepadatan material atau massa jenis adalah massa per satuan volume. Simbol yang paling sering digunakan untuk kerapatan ρ (disebut rho). Massa jenis gas yaitu banyaknya massa (kg) dari gas yang mempunyai volume sebesar 1,0 m3 pada kondisi tertentu (diukur pada suhu 00C, dan tekanan 1013 mbar / 1,013 kg/cm2). Massa jenis gas propan adalah 2,004 kg/m3, gas butan adalah 2,703 kg/m3, dan udara sebesar 1,293 kg/m3. Dari sini kita bisa tahu bahwa dengan volume yang sama yaitu 1,0 m3, massa propan, butan dan udara berbeda-beda. Massa butan lebih besar bila dibandingkan dengan massa propan, massa propan lebih besar daripada massa udara, dan massa kedua gas tersebut (butan dan propan) lebih besar daripada massa udara. Pengetahuan tentang massa jenis ini penting untuk memahami perilaku gas bila gas tersebut terlepas di udara bebas, apakah gas tersebut naik ke atas atau turun ke bawah (dan akan berada di atas permukaan tanah).
3. Specific Gravity
12 Meskipun pengertiannya tidak sama persis (tetapi pada dasarnya adalah sama), ada yang menterjemahkan specific gravity dengan massa jenis relatif (relative density). Selanjutnya dalam tulisan ini untuk menyebut istilah specific gravitykita gunakan istilah massa jenis relatif.
Massa jenis relatif gas adalah perbandingan antara massa jenis gas dengan massa jenis udara (udara luar atau udara bebas). Massa jenis relatif udara adalah 1. Angka ini didapat dari massa jenis udara dibandingkan dengan massa jenis udara itu sendiri, yaitu 1,293 kg/m3 : 1,293 kg/m3 sama dengan 1. Dengan cara yang sama kita bisa menghitung massa jenis relatif dari propan yaitu 2,004 kg/m3 : 1,293 kg/m3 sama dengan 1,55 dan massa jenis relatif dari butan adalah sebesar 2,09. Apabila massa jenis relatif dari suatu gas lebih kecil daripada 1, maka gas tersebut akan naik ke udara. Namun apabila massa jenis relatifnya lebih kecil dari 1, maka gas tersebut akan turun ke tanah (mencari/mengalir ke tempat yang lebih rendah).
Dengan mengetahui bahwa massa jenis relatif gas propan dan butan lebih besar dari udara, maka apabila kita menyimpan LPG harus memberi ventilasi yang diletakkan rata dengan tanah/lantai (bila memungkinkan) atau dinaikkan sedikit. Hal ini dimaksudkan apabila ada kebocoran LPG, gas tersebut bisa cepat keluar dan bercampur dengan udara bebas. Di samping itu, dengan alasan yang sama seperti dia atas, kita jangan menyimpan tabung LPG di ruangan bawah tanah.
4. Temperatur Nyala (Ignition Temperature)
13 dengan temperatur nyala, maka gas tersebut berada dalam kondisi autoignition
temperature yaitu temperatur terendah dimana bahan akan terbakar dengan
sendirinya tanpa diberi sumber nyala.
5. Batas Nyala (Flammable Range)
Batas nyala (Flammable Range) atau disebut jugabatas meledak
(Explosive Range) adalah perbandingan campuran (dalam bentuk prosentase)
antara gas dengan udara, dimana pada batas tersebut dapat terjadi nyala api atau ledakan. Untuk bisa terjadi nyala api atau ledakan, besarnya perbandingan antara uap gas dan udara tidak memiliki nilai (angka) yang tunggal, tetapi merupakan nilai-nilai yang mempunyai batas bawah dan batas atas. Jadi apabila terjadi campuran antara gas dan udara dalam rentang nilai bawah dan nilai atas, maka akan terjadi nyala api atau ledakan. Nilai batas nyala bawah disebut juga Lower Explosive Limit(LEL) yaitu batas minimal konsentrasi uap bahan bakar di udara dimana bila ada sumber api, gas tersebut akan terbakar. Sedangkan nilai batas atas atau Upper Explosive Limit (UEL) yaitu batas konsentrasi maksimal uap bahan bakar di udara dimana bila ada sumber api, gas tersebut akan terbakar. Batas nyala
(Flammable Range) untuk propan adalah antara 2,4% sampai dengan 9,6% dan
butan antara 1,9% sampai dengan 8,6%. Ini artinya bahwa misalnya terjadi campuran 2,4% propan dengan 97,6% udara, maka campuran tersebut akan dapat menyala, tetapi jumlah gas propan ini merupakan jumlah yang minimal. Apabila jumlah propan kurang dari 2,4%, maka tidak akan terjadi nyala. Demikian sebaliknya, apabila jumlah propan lebih dari 9,6% juga tidak akan terjadi nyala. Sebagai contoh terjadi campuran 15% propan dan 85% udara, maka tidak akan terjadi nyala. Jadi kesimpulannya bahwa meskipun ada sumber api tetapi karena perbandingan campuran antara propan dengan udara di bawah atau di atas batas nyala (Flammable Range) , maka tidak akan terjadi pembakaran.
14 atau berusaha mengipas-ngipas gas tersebut agar keluar ruangan. Hal ini dimaksudkan gas tersebut komposisi campurannya kurang dari 1,9% (untuk gas propan). Dengan demikian gas tersebut tidak bisa terbakar, meskipun ada sumber api.
2.2.4 Bahaya LPG
Salah satu risiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan kebakaran. Pada awalnya, gas LPG tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari itu PERTAMINA
menambahkan gas mercaptan, yang baunya khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran tabung gas. Tekanan LPG cukup besar (tekanan uap sekitar 120 psig), sehingga kebocoran LPG akan membentuk gas secara cepat dan mengubah volumenya menjadi lebih besar.
2.3 Mesin Diesel Empat Langkah
Mesin diesel termasuk sebuah
Mesin ini ditemukan pada tahun menerima dapat digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia mempertunjukkannya pada Exposition Universelle tahun diperbaiki dan disempurnakan oleh
15 itu, motor bakar yang pembakarannya terjadi di dalam pesawat itu sendiri disebut pesawat tenaga dengan pembakaran dalam (Internal Combustion Engine).
Motor bakar torak menggunakan silinder tunggal atau beberapa silinder. Salah satu fungsi torak disini adalah sebagai pendukung terjadinya pembakaran pada motor bakar. Tenaga panas yang dihasilkan dari pembakaran diteruskan torak ke batang torak, kemudian diteruskan ke poros engkol yang mana poros engkol nantinya akan diubah menjadi gesekan putar.
2.3.1 Prinsip kerja mesin diesel empat langkah
Prinsip kerja mesin diesel mirip dengan prinsip kerja mesin bensin. Perbedaannya hanya terletak pada proses langkah awal kompresi atau proses adiabatik. Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol. Dengan anggapan bahwa katup masuk dan katup buang terbuka tepat pada waktu piston berada pada TMA dan TMB, maka siklus motor 4 (empat) langkah dapat diterangkan sebagai berikut: 1. Langkah masuk (Intake Stroke)
Piston bergerak dari TMA ke TMB, kemudian katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Karena piston bergerak ke bawah, maka di dalam silinder terjadin ke vakuman sehingga udara bersih akan terhisap dan mengalir masuk ke dalam ruang silinder melalui katup masuk.
2. Langkah Kompresi (Compression Stoke)
Piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup akan tertutup. Karena piston bergerak ke atas dan kedua katup tertutup, maka udara bersih di dalam silinder akan terdorong di mampatkan di ruang bakar, akibatnya silinder tertekan dan temperature menjadi tinggi.
3. Langkah injeksi (ignition) dan Langkah pembakaran (Combussion Storoke)
16 Pada akhir langkah kompresi sebelum piston mencapai TMA, injector akan mengabutkan bahan bakar dan akan bercampur dengan udara yang tertekan dan temperature tinggi (700-900 oC) dengan tekanan 70-90 kg/cm3
Pembakaran sempurna :
Karena tekanan dan temperature yang tinggi, maka bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya di dalam ruang bakar, hal ini akan menimbulkan daya dorong sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB.
4. Langkah buang (Exhaust Stoke)
[image:39.595.115.512.311.519.2]Piston bergerak dari TMB ke TMA, katup buang membuka dan katup masuk tertutup, karena piston bergerak ke atas maka gas sisa hasil pembakaran akan keluar melaluia katup buang.
Gambar 2.1 prinsip kerja motor diesel 4 (empat) langkah
2.3.2 Parameter prestasi mesin diesel empat langkah
Pada umumnya performance atau prestasi mesin bisa diketahui membaca dan menganalisis parameter yang ditulis dalam sebuah laporan atau media lain. Biasanya kita akan mengetahui daya, torsi, dan bahan bakar spesifik dari mesin tersebut. Parameter itulah yang menjadi pedoman praktis prestasi sebuah mesin.
17 Gambar 2.2 Diagram Alir Prestasi Mesin
Secara umum daya berbanding lurus dengan luas piston sedang torsi berbanding lurus dengan volume langkah. Parameter tersebut relatif penting digunakan pada mesin yang berkemampuan kerja dengan variasi kecepatan operasi dan tingkat pembebanan. Daya maksimum didefinisikan sebagai kemampuan maksimum yang bisa dihasilkan oleh suatu mesin. Adapun torsi poros pada kecepatan tertentu mengindikasikan kemampuan untuk memperoleh aliran udara (dan juga bahan bakar) yang tinggi kedalam mesin pada kecepatan tersebut. Sementara suatu mesin dioperasikan pada waktu yang cukup lama, maka konsumsi bahan bakar suatu efisiensi mesinnya menjadi suatu hal yang dirasa sangat penting. (Heywood, 1988 : 823).
Parameter Prestasi Mesin
Torsi
Daya
Laju Konsumsi Bahan Bakar
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
18 Gambar 2.3 Pengetesan Prestasi Mesin
Tabel 2.2 Perbedaan motor diesel dan motor bensin
Motor diesel Motor bensin
Bahan bakar Solar Bensin
Getaran mesin Besar Kecil
Metode pemberian bahan bakar
Pompa bahan bakar dan pengabut
Karburator
Metode pengapian Pengapian sendiri Loncatan bunga api listrik
Pembentukan campuran
Setelah kompresi Sebelum kompresi Perbandingan
kompresi
15 – 30 kg/cm2 6 – 12 kg/cm2 Proses pembakaran Siklus diesel Siklus otto
Sumber: Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Edisi kelima. Penerbit : ITB Bandung,1988
2.3.3 Unjuk kerja motor diesel empat langkah
19 tekanan konstan. Konsep siklus tersebut secara teoritis dapat berjalan dan oleh karena itu, siklus toritis ini dinamakan atas namanya yaitu Siklus Diesel.
Gambar 2.4 Diagram p-v motor diesel Proses pada siklus Diesel :
1-2 : Kompresi isentropis (reversibel adiabatis)
Gas ideal (udara) dengan kalor spesifik konstan dikompresi secara reversibel dan adiabatis ke temperatur dan tekanan tinggi.
2-3 : Pembakaran isobaris
Temperatur setelah kompresi akan melebihi tempertur penyulutan bahan bakar sehingga bahan bakar tersulut secara spontan pada saat diinjeksikan kedalam ruang bakar.
3-4 : Ekspansi isentropis ( revesibel adiabatis ) Temperatur dan tekanan turun.
4-1 : Pembuangan isokhoris
Pembuangan kalor pada volume konstan, diikuti oleh penurunan temperatur dan tekanan.
2.4 Performansi Motor Bakar
20 dengan udara, angka oktan pada bensin, dan tekanan udara masuk ruang bakar. Semakin besar rasio kompresi akan meningkatkan performa mesin tetapi dapat menimbulkan knocking dan menurunkan daya motor. Maka rasio kompresi juga harus disesuaikan dengan bahan bakar yang dipakai. Jika rasio kompresi bertambah maka bilangan oktan pada mesin juga harus ditingkatkan. Campuran bahan bakar dan udara dicampur di karburator pada mesin otto. Aliran turbulen sangat cocok saat mengalirkan campuran udara dan bahan bakar ke ruang bakar.
Parameter mesin diukur untuk menentukan karakteristik pengoperasian pada motor bakar. Parameter dan performansi mesin dapat dilihat dari rumus- rumus dibawah ini. (Pulkrabek,2004 dan Heywood,1998)
2.4.1 Torsi, Tekanan Efektif Rata-Rata dan Daya
Alat yang digunakan untuk mengukur torsi dinamakan dynamometer , alat ini di kopel dengan poros output mesin. Cara kerja dynamometer mirip dengan kerja sebuah rem yang dilekatkan ke poros mesin, maka daya yang diukur dinamakan dengan daya rem ( brake power ).
... ....(2.1) Untuk mesin 2 tak dengan 1 siklus setiap satu putaran nilai tekanan efektif rata-rata dapat dicari dengan rumus:
2
T = (bmep) Vd ... ....(2.1)
bmep =
... ....(2.2)
Sedangkan untuk mesin 4 tak dengan 2 kali putaran mesin setiap satu siklus pembakaran, nilai tekanan efektif rata-rata dapat dicari dengan menggunakan rumus:4
T = (bmep) Vd ... ....(2.3)
21 Dimana : = Daya keluaran (Watt)
n = Putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)
bmep = Tekanan efektif rata-rata (kPa) Vd = Volume ruang bakar (m3)
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (specific fuel consumption, sfc)
Nilai ekonomis sebuah mesin ditunjukkan dengan seberapa besar jumlah bahan bakar yang dipakai untuk menghasilkan sejumlah daya selang waktu tertentu. Satuan untuk sfc adalah kg/jam, maka
... .(2.5) 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 :
... .(2.6) Dimana : ϼ = massa jenis (gr/cm3)
= volume bahan bakar yang diuji
= waktu untuk menghabiskan bahan bakar (detik)
2.4.3 Efisiensi Thermal
Energy yang dibangkitkan oleh piston akan lebih besar dari ekerja yang terpakai. Hal ini dikarenakan adanya rugi-rugi mekanis yang terdapat pada mesin itu sendiri. Maka perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini dipanggil dengan nama efisiensi termal brake.
22 Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :
... .(2.8) Dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)
Jika daya keluaran ( ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar dalam satuan kg/jam dan ηc = efisiensi pembakaran, maka:
... .(2.9)
2.4.4 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)
Energi yang masuk kedalam sebuah mesin berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:
... .(2.7)
... .(2.8) Dimana: massa udara di dalam silinder per siklus
massa bahan bakar di dalam silinder per siklus laju aliran udara didalam mesin
laju aliran bahan bakar di dalam mesin tekanan udara masuk silinder
temperatur udara masuk silinder konstanta udara
volume langkah (displacement)
23 2.4.5 Efisiensi Volumetris
Salah satu proses yang paling penting untuk menentukan berapa besar daya dan performansi yang dihasilkan dari sebuah mesin yaitu dengan mendapatkan kwantitas udara yang paling maksimal yang digunakan pada setiap siklus yang masuk ke ruang bakar. Semakin banyak udara sama dengan menambah konsumsi bahan bakar dan akan menghasilkan semakin banyak daya yang bisa dikonversi dari hasil pembakaran. Efisiensi volumetris dapat dicari dengan menggunakan rumu
= n . / ϼa. Vd . N ... .(2.7)
Dimana: massa udara di dalam silinder per siklus (kg) laju aliran udara didalam mesin (kg/s)
volume langkah ( m3) n = jumlah putaran per siklus N = putaran mesin (rpm) ϼa = densitas udara (kg/m3)
= efisiensi volumetris
2.4.6 Mesin Diesel yang digunakan
Jenis mesin diesel yang digunakan pada pengujian ini adalah Mesin Diesel KAMA YL170-F 211cc. Sistem pendinginan udara. Pada sistem pengapian dimodifikasi dengan penggunaan busi (spark plug) sebagai pemantik bahan bakar gas yang diinjeksikan melalui pengadopsian sistem karburator.
2.5 Pembakaran pada Mesin Otto
24 Jika kondisi ini tidak terpenuhi, mak dikatakna proses pembakaran tidak sempurna.
Nitrogen tidak berpartisipasi pada proses pembakaran dan disebut sebagai gas lembam. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secarah terpisah. Hydrogen akan bergabung dengan oksigen dan menghasilkan air. Karbon akan bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika jumlah oksigen tidak cukup maka sebagian karbon akan bereaksi dengan carbon dan menghasilkan karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30% panas yang dihasilkan oleh pembentukan karbon dioksida.
2.5.1 Karburator
Karburator memiliki fungsi sebagai pencampur antara bahan bakar dan udara dan menghasilkan aliran turbulen campuran bahan bakar dan udara ke ruang bakar sehingga campuran bahan bakar dan udara homogen.
Perbandingan campuran udara dan bahan bakar bila diperlukan tenaga maksimum adalah berkisar antara (12-13) : 1. Jadi lebih gemuk dari campuran teoritis yang dibutuhkan untuk dapat terjadinya suatu pembakaran yang sempurna yaitu 15 : 1. Sekalipun perbandingan campuran sudah bagus, bila sebagian bahan bakar tidak dapat menguap, maka akan mengakibatkan campuran menjadi kurus, sehingga tidak dapat terbakar dengan baik. Selain campuran harus baik dan rata, juga diperlukan posisi atau letak dari busi yang tepat agar terjadi loncatan api yang sempurna.
25 Sesaat setelah motor dihidupkan, suhu motor masih dingin, dan hanya sekitar (10-20%) dari bensin yang menguap. Pada saat ini kita menggerakkan katup choke untuk mengurangi jumlah aliran udara sehingga tekanan negatif menjadi besar dan campuran menjadi cukup gemuk. Karena itu sekalipun bensin menguap hanya 10% dan campuran cukup gemuk tapi masih dapat menyala. Setelah itu kita harus segera membuka kembali katup choke bila motor sudah berjalan stabil. Pada beban rendah dan pembukaan katup throttle yang kecil, campuran cenderung menjadi kurus, sebab :
i) Penguapan bahan bakar rendah karena suhu tempat yang dilalui bahan bakar rendah.
26 lambat dan tidak stabil, sehingga memungkinkan kenaikan pemakaian bahan bakar.
2.5.2 Penyalaan dengan Bunga Api
Busi dipasang pada suatu tempat dalam ruang bakar untuk memberikan bunga api. Bunga api diberikan dalam waktu yang sangat singkat dan menyalakan campuran udara bahan bakar dalam ruang bakar.
Berbeda dengan mesin diesel yang penyalaannya terjadi sendiri akibat udara panas yang dikompresikan dalam ruang bakar. Sekalipun loncatan bunga api listrik sangat singkat dan total energinya kecil, tapi dengan tegangan 10.000 Volt antara elektroda busi yang mempunyai suhu ribuan derajat Celcius, akan mampu menimbulkan aliran arus listrik pada molekul-molekul dari campuran udara bahan bakar yang kerapatannya cukup tinggi. Karena pembakaran dari campuran udara bahan bakar adalah berupa reaksi ion, maka sistem penyalaan listrik sangat sesuai untuk mendapatkan suhu yang tinggi, dan dapat berlangsungnya proses ionisasi.
1) Busi
27 Pada motor yang cenderung untuk mudah terjadinya overheating (panas yang berlebihan) karena pengaruh sistem pendingin, kita harus menggunakan busi panas, sedangkan pada motor yang cenderung akan terjadi endapan karbon digunakan busi dingin.
2) Alat pembangkit tegangan tinggi
Untuk menghasilkan pembakaran yang baik maka dibutuhkan percikan api yang baik juga. Maka dibutuhkan energy tegangan potensial yang besar juga. Tegangan antara 5000 sampai lebih dari 10.000 volt harus diberikan pada elektroda tengah agar dapat terjadi loncatan bunga api antara celah atau elektroda busi. Baterai terlalu berat dan harus diisi bila lama tidak dipakai, maka umumnya pada motor-motor kecil dipakai magnet. Magnet permanen dipasang pada poros engkol dan inti besi ditempatkan sebagai stator. Magnet berputar bersama-sama dengan roda penerus, dan antara inti besi dengan magnet terdapat suatu celah kecil. Medan magnet berubah-ubah karena perputaran magnet sehingga menimbulkan listrik dalam lilitan primer pada inti besi. Akibat gerakan cam titik kontak terbuka maka akan terjadi arus tegangan tinggi yang memungkinkan terjadinya loncatan bunga api pada busi. Kenaikan tegangan pada transformator yang terdiri dari lilitan primer dan lilitan sekunder, dan tegangan tinggi yang terjadi pada lilitan sekunder inilah yang dibutuhkan oleh busi. Kapasitor yang disisipkan dalam sirkuit akan menghindari terjadinya loncatan bunga api pada titik kontrol akibat tegangan tinggi yang timbul dalam lilitan sekunder.
28 arus dari A ke K. Kemudian listrik yang dikumpulkan dalam kapasitor disalurkan pada suatu saat melalui SCR dalam lilitan primer dari coil. Arus ini membangkitkan tegangan yang lebih tinggi dalam lilitan sekunder, yang menyebabkan terjadinya loncatan bunga api pada busi.
2.5.3 Saat Penyalaan dan Pembakaran
Loncatan bunga api terjadi sesaat torak mencapai titik mati atas (TMA) sewaktu langkah kompresi. Saat loncatan bunga api biasanya dinyatakan dalam derajat sudut engkol sebelum torak mencapai titik mati atas. Pada pembakaran sempurna setelah penyalaan dimulai, api menjalar dari busi dan menyebar ke seluruh arah dalam waktu yang sebanding, dengan 20 derajat sudut engkol atau lebih untuk membakar campuran sampai mencapai tekanan maximum. Kecepatan api umumnya kurang dari 10-30 m/detik. Panas pembakaran pada TMA diubah dalam bentuk kerja dengan efisiensi yang tinggi. Kelambatan waktu akan meurunkan efisiensi. Ini disebabkan rendahnya tekanan akibat pertambahan volume dan
Waktu penyebaran api yang terlalu lambat. Penyalaan yang terlalu cepat juga dapat menurunkan efisiensi sekalipun tekanannya tinggi akibat langkah kompresi. Jadi harus mempunyai waktu penyalaan yang pasti.
29 Gambar 2.5 memperlihatkan hubungan antara perubahan waktu dengan tekanan di dalam silinder dan waktu penyalaan. Gambar menunjukkan bahwa hasil akan maksimum pada sudut 26 derajat poros engkol. Torak mempunyai kerja negatif jika tekanan naik selama langkah kompresi karena terjadinya penyalaan yang terlalu cepat seperti yang ditunjukkan dalam grafik. Seluruh kerja negatif tidak menghasilkan suatu kerugian karena akan diperoleh kembali bila torak ke bawah, tapi efisiensi menjadi turun seperti halnya pada penyalaan yang terlalu lambat.
Gambar 2.6 P-V diagram jika pengapian terlalu cepat atau terlalu lambat Gambar 2.6 memperlihatkan keadaan ini secara visual. Grafik 1-2-A-B-C adalah penyalaan yang terlambat dan grafik 1-A-B-B’-B-1-2-A-B-C adalah penyalaan yang terlalu cepat. Dalam hal terakhir tekanan dan suu menjadi tinggi antara B dan B’, jadi kehilangan panas dan gesekan menjadi lebih besar dari biasanya.
2.6 Nilai Kalor Bahan Bakar
30 sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.
Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen 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 + 144200 (H2- ) + 9400 S ... .(2.9)
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) ... . (2.10) Dimana: LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)
31 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 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 bawah (LHV).
2.7 Generator Set
Generatorset atau sering disebut genset adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut sebagai generator set dengan pengertian adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu mesin dan generator atau alternator. Mesin sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.
Mesin 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).
32 Dalam ilmu fisika yang sederhana dapat dijelaskan bahwa mesin memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnet pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz.
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 dapat diperoleh dengan:
P = V x I ... .(2.11) Dimana: P = daya (Watt)
V = Tegangan (Volt) I = Arus ( Ampere)
2.7.1 Tipe Generator Set
Genset dapat dibedakan dari jenis mesin penggeraknya, dimana dikenal tipe-tipe mesin yaitu mesin diesel dan mesin non diesel /bensin. Mesin diesel dikenali dari bahan bakarnya berupa solar, sedangkan mesin non diesel berbahan bakar bensin premium.
Di pasaran, genset dengan mesin non diesel atau berbahan bakar premium biasa diaplikasikan pada genset berkapasitas kecil atau dalam kapasitas maksimum 10.000 VA atau 10 kVA, sedangkan genset diesel berbahan bakar solar diaplikasikan pada genset berkapasitas > 10 kVA. Hal terkait dengan tenaga yang dihasilkan oleh diesel lebih besar daripada mesin non diesel, dimana cara kerja pembakaran diesel yang lebih sederhana yaitu tanpa busi, lebih hemat dalam pemeliharaan, lebih responsif dan bertenaga. Selain itu untuk aplikasi industri dimana bahan bakar diesel (solar) lebih murah daripada bensin (gasoline).
33 atau berarus No.l atau sering dikenal 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, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.
Daya listrik dalam ilmu fisika merupakan besaran vektor, artinya besaran yang memiliki besar dan arah, tegangan dan arus yang dihasilkan merupakan gelombang sinusoidal dengan frekuensi tertentu. Di Indonesia, frekuensi tegangan dan arus ditetapkan sebesar 50 Hz, dimana hal ini mengikuti standar frekuensi di Belanda atau negara-negara Eropa, sedangkan di negara Amerika Serikat dan Kanada menggunakan frekuensi 60 Hz.
2.8 Emisi Gas Buang
Emisi gas buang adalah sisa hasil pembakaran bahan bakar di dalam melalui
Untuk mesin Diesel emisi gas buang yang dilihat adalah opasitas (ketebalan asap). Adapun Standart nilai opasitas berdasarkan peraturan menteri negara lingkungan hidup nomor 05 tahun 2006 tentang ambang batas emisi gas
buang.
Tabel 2.4 Standard Emisi Gas Buang
Kategori Tahun
Pembuatan Parameter CO (%) HC (ppm) Opacity (% HSU) Berpenggerak Motor Bakar
cetus api (bensin)
< 2007 4,5 1200 -
34 Berpenggerak Motor Bakar
Penyalaan Kompresi (Diesel)
GVW ≤ 3,5 Ton
< 2010 - - 70
≥ 2010 - - 40
GvVW ≥ 3,5 Ton
< 2010 - - 70
≥ 2010 - - 50
Sumber : Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 05 Tahun 2006 Tentang Ambang Batas Emisi Gas Buang
2.8.1. Sumber
Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder.Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.
2.8.2 Komposisi Kimia
Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya.
2.8.3. Bahan Penyusun
35 a.) Partikulat
Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor 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 motor 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 di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor 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 motor akan bewarna hitam.
b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)
Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan.
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
36 disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.
c.) Karbon 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 ke ruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO2) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N2 dan O2 pada temperature tinggi di atas 1210oC. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut:
O2 2O
N2+O NO+N
37 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pengerjaan dilakukan di Laboratorium Mekanika Teknik Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Waktu pengerjaan mulai dari bulan Februari sampai bulan Maret.
Sedangkan pengujian dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit Bukit Sentang Pangkalan Brandan Kabupaten Langkat Sumatera Utara selama 2 minggu pada bulan April.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain: 1. Mesin KAMA Diesel Engine Model YL170F
38 Gambar 3.1 Mesin Diesel KAMA Model YL170F
Spesifikasi :
Cooling method Air-cooled
Type Single cylinder, Vertical, Fourstroke,
Direct injection
Bore× Stroke(mm) 70*55
Displacement(mL) 211
Compression ratio 20 : 1
Engine Speed 3000/3600
Rated power(kw/rpm) 2.5/3000 2.8/3600 Max Power(kw/rpm) 3.4/3000 3.8/3600
Fuel 0-10 light diesel oil
Fuel tank capacity(L) 2.5 Fuel consumption Rate(g/kw. h) 285 Lub-oil capacity(L) 0.8
Lubricating method Pressure and splash combined Crankshaft Direction Clockwise from flywheel end
Starting method Recoil manual start or electric start Overall dimensions(L× W× H)
(mm) 420× 380× 470
39 2. Dinamo Generator 1kW Yamaha
Dinamo generator ini digunakan untuk mengetahui daya keluaran dari mesin diesel yang akan diuji yaitu mesin diesel KAMA YL170F yang juga akan dimodifikasi menjadi mesin berbahan bakar LPG
Gambar 3.2 Dinamo Generator 1kW Yamaha
Spesifikasi:
Type Brushless,self-exciting,2-poles,single phase
Insulation F
Rating frequency (Hz) 50/60 Rating voltage (V) 110-240 Rating (kVA) 0,8-1,1 Maximum power (kVA) 0,9-1,2 Power factor (cos €) 1
40 3. Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401
Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401 digunakan untuk melakukan pengujian uji emisi dari mesin diesel berbahan bakar LPG. Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO2, CO, HC, dan O2 yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar.
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401 Spesifikasi:
• Model No : SY-GA401
• Measuring Range : CO : 0.00 – 9.99% HC : 0-9999 ppm CO2 : 0.0- 20.0 % O2 : 0.0- 25.0 % λ : 0- 2.000 AFR: 0.0 – 99.0
41
4. OTC Tecnotest SMOKEMETER yang disambungkan ke StarGas Analyzer
untuk megetahui emisi gas buang motor
Alat uji emisi SMOKEMETER digunakan untuk melakukan pengujian uji emisi dari mesin diesel berbahan bakar solar murni. Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar kekabutan (opacity).
Gambar 3.4 OTC Tecnotest SMOKEMETER
Spesifikasi :
Opacity 0÷99,9% 0÷99,9 m-1
% Value Referred to temperature 430 mm Chamber Length
Manufacture Year : 2006
Hz :50/60 ±2%
Watt : 230
Temperature : 5÷40 oC
Pressure : 850÷1025 mBar
Warming Up : Max 5 min.
42 5. Multimeter SANWA CD800A
Untuk mengetahui tegangan dan kuat arus yang terdapat pada rangkaian. Ketika mengukur kuat arus maka multi meter dihubungkan dengan raangkaian secara seri. Dan ketika mengukur tegangan maka multi meter dihubungkan dengan rangkaian secara pararel.
Gambar 3.5 Multi meter Spesifikasi:
3-3/4 digit, 4000 hitungan. Dapat mengukur:
* DCV, range 400m/4/40/400/600V, resolusi 0,1 mV. * ACV, range 4/40/400/600V, resolusi 1 mV.
* DCA, range 40m/400mA, resolusi 0,01 mA. * ACA, range 40m/400mA, resolusi 0,01 mA.
* Resistance, range 400/4k/40K/400k/4M/40M ohm, resolusi 0,1 ohm. * Capacitance: range 50n/500n/5µ/50µ/100µF, resolusi 0,01nF.
* Frekuensi, range 5Hz - 100kHz. * Duty cycle, range 20% - 80%. Continuity tester (10 - 120 ohm).
Diode test, tegangan output 1,5V (open). Bandwidth 40 - 400Hz.
Impedansi input 10M - 100M ohm untuk DCV & ACV. Auto range selection.
43 6. Tangki bahan bakar
Untuk mempermudah pengisian, penghitungan berat dan penggantian bahan bakar maka tangki bahan bakar dibuat dari botol minuman yang drangkai sedemikian rupa sehingga tidak ada bensin yang tumpah.
Gambar 3.6 Botol bahan bakar
7. Stop watch
[image:66.595.277.361.162.326.2]Untuk mengukur waktu yang dibutuhkan mesin menghabiskan bahan bakar. Dalam hal ini waktu pengukuran dilakukan selama 5 menit. Setiap variasi yang dilakukan menghabiskan waktu 5 menit. Hal ini dilakukan untuk mendapatkan laju aliran massa bahan bakar.
44 8. Manometer
Manometer digunakan untuk mengetahui tekanan LPG yang dipakai untuk menghidupkan mesin. Setiap variasi putaran mesin dan beban akan mempengaruhi tekanan gas LPG yang keluar dari tabung. Semakin tinggi putaran mesin maka tekanan yang dibaca manometer akan semakin tinggi juga.
Gambar 3.8 Manometer 9. Regulator gas tekanan tinggi
Regulator gas tekanan tinggi digunakan untuk menaikkan atau menurunkan putaran mesin dengan cara menaikkan dan mengurangi laju aliran gas yang masuk ke karburator.
45 10.Selang SMC tekanan tinggi
Selang SMC digunakan untuk mengubungkan regulator, manometer dan karburator. Selang yang digunakan
