KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER
SATU SILINDER MENGGUNAKAN BLOWER YANG DIMODIFIKASI MENJADI SUPERCHARGER
DENGAN SISTEM DUA BAHAN BAKAR
(DEXLITE DAN BIOGAS)
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
Ramadhan Hutagaol
(110401033)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
ABSTRAK
Seiring berjalannya waktu, maka populasi manusia semakin bertambah sehingga berdampak pada peningkatan kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas industri yang mengakibatkan terjadinya peningkatan kebutuhan akan konsumsi bahan bakar minyak. Hal ini mendorong untuk melakukan penelitian dan pengembangan dalam mencari bahan bakar alternatif, salah satu yang memiliki potensi besar yang diharapkan mampu menguranginya adalah biogas yang digunakan sebagai bahan bakar motor bakar dengan sistem dua bahan bakar. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel R 175 AN dengan supercharger
Kata kunci : Biogas, Performansi, Supercharger, Emisi, sistem dua bahan bakar.
ABSTRACT
Over time, the human population is increasing so the impact on the increase in
the needs of transportation and industrial activity resulted in increased demand
for fuel oil consumption. This encourages to do research and development to find
alternative fuels, one that has great potential that is expected to reduce it is
biogas used as fuel for internal combustion engine with dual fuel system.This
study aims to analyze the performance of the diesel engine R 175 AN using
supercharger with dual fuel systems dexlite and biogas in which biogas flow
entering the combustion chamber will be set (flow 2, 4, 6 l/s) . In addition, this
study will also analyze economic value after use dual fuel systems dexlite and
biogas, and the exhaust emissions from the combustion too. Engine maximum
power with rotation 1500 and load 2500 watt occurs in the use of dexlite fuel + 6
l / min biogas which amounted to 1540,80 Watt, maximum torque at 2500 Watt
load rotation 1500 rpm using dexlite fuel + 6 l / min biogas amounted to 9,81 Nm.
SFC maximum value on dexlite + 6 l/min biogas fuel load of 500 Watts 1000 rpm
rotation that is equal to 3065,72 gr / kWh. Maximum brake thermal efficiency in
the use of dexlite fuel load 1500 Watt 1500 rpm rotation that is equal to 21,28%.
AFR maximum value on dexlite fuel load 500 Watt 1000 rpm rotation that is equal
to 64,87. For brake mean effective pressure using dexlite fuel has decreased
compared with brake mean effective pressure using dexlite fuel + biogas. For
economic value, after the use of dual fuel systems economic value in terms of fuel
emissions, the average opacity value has decreased after using dual fuel systems
dexlite and biogas. HC and CO levels increased after using dual fuel systems.
iii KATA PENGANTAR
Alhamdulilah, Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat, dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan seluruh proses penulisan skripsi ini ini dengan baik. Tidak lupa pula penulis haturkan shalawat beriringkan salam kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW, semoga mendapat syafaatnya di hari akhir kelak.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER MENGGUNAKAN BLOWER YANG DIMODIFIKASI
MENJADI SUPERCHARGER DENGAN SISTEM DUA BAHAN BAKAR
(DEXLITE DAN BIOGAS)”
Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada dosen pembimbing Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita, ST.MT yang telah memberikan saran dan bimbingan untuk kelancaran penulisan skripsi ini.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Januwar Hutagaol dan ibu Rusmayani Simorangkir S.PdI selaku kedua Orang tua penulis, Jhonson Simorangkir selaku paman, Hasrul Hutagaol selaku abang, Nelly N. Hutagaol dan Rizal Hutagaol selaku adik serta seluruh keluarga besar penulis yang selalu mendukung secara moril ataupun materil, serta terus mendoakan penulis sejak mulai kuliah hingga menyelesaikan tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT selaku dosen pembimbing, yang bersedia meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan serta masukan dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
iv 4. Seluruh Dosen dan Pegawai Departemen Teknik Mesin USU.
5. PT. Multimas Nabati Asahan beserta seluruh Staff dan Pegawai karena telah memberikan kesempatan penelitian dan pengambilan gas methan (biogas) sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini.
6. Susi Anita Banjarnahor yang selalu memberikan doa dan kasih sayang serta selalu membantu dan memberi dukungan dalam penyelesaian tugas sarjana dan perkuliahan ini.
7. Kawan-kawan satu tim skripsi Muhammad Rizki Agustama, Teguh Iman Widodo, Imam Syaifullah yang saling memberi semangat satu sama lain meskipun kadang ada salah paham tapi tetap kompak terus hingga bisa menyelesaikan tugas sarjana ini.
8. Tarmizi Taher, Sakinah Rahmi, dan seluruh kawan – kawan stambuk 2011 yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang selalu menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
9. Bang Irvan Aspidar, Abang-abang stambuk 2009, 2010 dan Semua adek-adek di Teknik Mesin USU yang telah banyak memberikan doa serta semangat bagi penulis dalam menyelesaikan tugas sarjana ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurang sempurnaan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik.
Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.
Medan, September 2016 Penulis
v
1.2 Tujuan Pengujian ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Manfaat Pengujian ... 3
1.5 Metodologi Penelitian ... 4
1.6 Sistemetika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon ... 6
2.1.1 Dexlite ... 7
2.5 Tinjauan Nilai Ekonomis ... 23
2.6 Blower ... 23
vi
2.10 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ... 30
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 34
3.2 Alat dan Bahan ... 34
3.2.1 Alat ... 34
3.2.2 Bahan.... ... 42
3.3 Metode Pengumpulan data ... 42
3.4 Metode Pengolahan data ... 42
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 42
3.6 Prosedur Perakitan ... 43
3.7 Prosedur Pengujian Prestasi Mesin Diesel dan Mesin Dual Fuel . 43 3.8 Diagram Alir Penelitian ... 46
3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 47
3.10 Set Up Alat ... 47
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Daya ... 50
4.1.1 Daya yang dihasilkan menggunakan Bahan Bakar Dexlite.... 50
4.1.2 Daya yang Dihasilkan menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 2 l/min Biogas ... 52
4.1.3 Daya yang Dihasilkan menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 4 l/min Biogas ... 54
4.1.4 Daya yang Dihasilkan menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 6 l/min Biogas ... 55
4.2 Torsi ... 62
vii + 2 l/min Biogas ... 64 4.2.3 Torsi yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 4 l/min Biogas ... 66 4.2.4 Torsi yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 6 l/min Biogas ... 67 4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 74
4.3.1 Perhitungan SFC Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
Murni ... 75 4.3.2 Perhitungan SFC Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 2 l/min Biogas ... 76 4.3.3 Perhitungan SFC Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 4 l/min Biogas ... 78 4.3.4 Perhitungan SFC Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 6 l/Min Biogas ... 80 4.4 Efisiensi Thermal Brake ... 87
4.4.1 Efisiensi Thermal Brake Menggunakan Bahan Bakar
Dexlite ... 87 4.4.2 Efisiensi Thermal Brake Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 2 l/min Biogas ... 89 4.4.3 Efisiensi Thermal Brake Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 4 l/min Biogas ... 91 4.4.4 Efisiensi Thermal Brake Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 6 i/min Biogas ... 93 4.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 100
4.5.1 Perhitungan AFR Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
Murni ... 100 4.5.2 Perhitungan AFR Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 2 l/min Biogas ... 102 4.5.3 Perhitungan AFR Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
+ 4 l/min Biogas ... 104 4.5.4 Perhitungan AFR Menggunakan Bahan Bakar Dexlite
viii
4.6 Brake Mean Effective Preasure ... 112
4.6.1 Besarnya bmep pada bahan bakar Dexlite ... 112
4.6.2 Besarnya bmep pada bahan bakar Dexlite + 2 l/min Biogas ... 114
4.6.3 Besarnya bmep pada bahan bakar Dexlite + 4 l/min Biogas ... 115
4.6.4 Besarnya bmep pada bahan bakar Dexlite + 6 l/min Biogas ... 117
4.7 Tinjauan Nilai Ekonomis ... 124
4.7.1 Tinjauan Nilai Ekonomis Menggunakan Bahan Bakar Dexlite ... 124
4.7.2 Tinjauan Nilai Ekonomis Menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 2 l/min Biogas ... 126
4.7.3 Tinjauan Nilai Ekonomis Menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 4 l/min Biogas ... 128
4.7.4 Tinjauan Nilai Ekonomis Menggunakan Bahan Bakar Dexlite + 6 l/min Biogas ... 129
4.8 Emisi Gas buang ... 136
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 142
5.2 Saran ... 143
DAFTAR PUSTAKA ... xvi
ix DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Fraksi-fraksi pengolahan pada minyak bumi mentah ……... 6
Gambar 2.2 Mesin Dengan Sistem Dua Bahan Bakar……….. 15
Gambar 2.3 Diagram P-V dan T-S mesin diesel……….. 16
Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel………... 17
Gambar 2.5 Skema Operasi Dynamometer……… 20
Gambar 2.6 Blower rumah keong………. 23
Gambar 2.7 Prinsip kerja Supercharger………. 25
Gambar 2.8 Generator………... 25
Gambar 2.9 Standar Uji Emisi Gas Buang………... 27
Gambar 2.10 Grafik Tekanan vs Sudut Engkol……….. 30
Gambar 2.11 Hidrokarbon Rantai Lurus……… 32
Gambar 2.12 Alpha-methylnaphtalene……….. 32
Gambar 2.13 Proses pembakaran mesin diesel………... 33
Gambar 3.1 Tiger Diesel Engine R175 AN……….. 34
Gambar 3.2 Syncronous Generators Single Phase AC……… 35
Gambar 3.3 Blower Electric……….. 35
Gambar 3.4 Engine Smoke meter dan Gas Analyzer……… 36
Gambar 3.5 Tachometer………. 37
Gambar 3.6 Buret………. 37
Gambar 3.7 Multitaster meter………... 38
Gambar 3.8 Tabung Penyimpanan Biogas……… 38
Gambar 3.9 Regulator Gas……… 38
Gambar 3.10 Stop watch………. 39
Gambar 3.11 Manometer……….... 39
Gambar 3.12 Flowmeter gas………... 39
Gambar 3.13 Selang Bertekanan………. 40
Gambar 3.14 Rangkaian Lampu………. 40
Gambar 3.15 Tools………. 40
Gambar 3.16 V-Belt dan Pulley……….. 41
x
Gambar 3.18 Kompresor………. 41
Gambar 3.19 Selenoid Valve……….. 42
Gambar 3.20 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Diesel……….. 46
Gambar 3.21 Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang………... 47
Gambar 3.22 Set Up Alat Pengujian………... 48
Gambar 3.23 Set Up Pengujian Performansi Mesin Diesel……… 49
Gambar 4.1 Grafik Daya vs RPM Tiap Bahan Bakar pada Beban 500 Watt………... 57
Gambar 4.2 Grafik Daya vs RPM Tiap Bahan Bakar pada Beban 1000 Watt………... 58
Gambar 4.3 Grafik Daya vs RPM Tiap Bahan Bakar pada Beban 1500 Watt………... 59
Gambar 4.4 Grafik Daya vs RPM Tiap Bahan Bakar pada Beban 2000 Watt………... 60
Gambar 4.5 Grafik Daya vs RPM Tiap Bahan Bakar pada Beban 2500 Watt………... 61
Gambar 4.16 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM pada Beban 500 Watt…. 95 Gambar 4.17 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM pada Beban 1000 Watt... 96
Gambar 4.18 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM pada Beban 1500 Watt.. 97
Gambar 4.19 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM pada Beban 2000 Watt... 98
Gambar 4.20 Grafik Efisiensi Thermal vs RPM pada Beban 2500 Watt... 99
xi
Gambar 4.22 Grafik AFR vs RPM pada Beban 1000 Watt……… 108
Gambar 4.23 Grafik AFR vs RPM pada Beban1500 Watt………. 109
Gambar 4.24 Grafik AFR vs RPM pada Beban 2000 Watt……… 110
Gambar 4.25 Grafik AFR vs RPM pada Beban 2500 Watt……… 111
Gambar 4.26 Grafik bmep vs Putaran pada pembebanan 500 Watt……... 119
Gambar 4.27 Grafik bmep vs Putaran pada pembebanan 1000 Watt……. 120
Gambar 4.28 Grafik bmep vs Putaran pada pembebanan 1500 Watt……. 121
Gambar 4.29 Grafik bmep vs Putaran pada pembebanan 2000 Watt……. 122
Gambar 4.30 Grafik bmep vs Putaran pada pembebanan 2500 Watt……. 123
Gambar 4.31 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM pada Beban 500 Watt……. 131
Gambar 4.32 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM pada Beban 1000 Watt…... 132
Gambar 4.33 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM pada Beban 1500 Watt…... 133
Gambar 4.34 Grafik Nilai Ekonomis vs RPM pada Beban 2000 Watt…... 134
xii DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Data Pengujian Minyak Dexlite………... 9 Tabel 2.2 Komposisi Kandungan Biogas………... 12
Tabel 2.3 Sifat Fisik Biogas………... 12
Tabel 2.4 Nilai LHV biogas tiap % CH4 yang dikandungnya………….. 13 Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Daya Untuk Bahan Bakar Dexlite ……….. 51 Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Daya Untuk Bahan Bakar Dexlite +2 l/min
Biogas……… 52
Tabel 4.3 Hasil Perhitungan Daya Untuk Bahan Bakar Dexlite+4 l/min
Biogas……… 54
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan DayaUntuk Bahan Bakar Dexlite+6 l/min
Biogas……… 56
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan Torsi Untuk Bahan Bakar Dexlite………... 63 Tabel 4.6 Hasil Perhitungan Torsi Untuk Bahan Bakar Dexlite+2 l/min
Tabel 4.9 Hasil perhitungan SFC untuk bahan bakar dexlite……… 75 Tabel 4.10 Hasil perhitungan SFC untuk bahan bakar dexlite + biogas 2
Tabel 4.13 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar dexlite...
88
Tabel 4.14 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar dexlite
+ biogas 2 l/min……….. 90
xiii
+ biogas 4 l/min……….. 92
Tabel 4.16 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar dexlite
+ biogas 6 l/min……….. 93
Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar dexlite……… 101 Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar dexlite + biogas 2
l/min……… 103
Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar dexlite + biogas 4
l/min……… 104
Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar dexlite + biogas 6
l/min……….... 106
Tabel 4.21 Besarnya BMEP pada bahan bakar dexlite……… 112 Tabel 4.22 Besarnya BMEP pada Bahan Bakar Dexlite+2 l/min Biogas… 114 Tabel 4.23 Besarnya BMEP pada Bahan Bakar Dexlite+4 l/min Biogas… 116 Tabel 4.24 Besarnya BMEP pada Bahan Bakar Dexlite+6 l/min Biogas… 117 Tabel 4.25 Hasil perhitungan nilai ekonomis untuk bahan bakar dexlite… 124 Tabel 4.26 Hasil perhitungan nilai ekonomis dengan menggunakan bahan
bakar dexlite + biogas 2 l/min……… 126
Tabel 4.27 Hasil perhitungan nilai ekonomis dengan menggunakan bahan
bakar dexlite + biogas 4 l/min……… 128
Tabel 4.28 Hasil perhitungan nilai ekonomis dengan menggunakan bahan
bakar dexlite + biogas 6 l/min……… 129
Tabel 4.29 Pengukuran emisi gas buang dengan bahan bakar dexlite…… 136 Tabel 4.30 Pengukuran emisi gas buang dengan bahan bakar dexlite
murni + 2 l/min biogas……….. 137
Tabel 4.31 Pengukuran emisi gas buang dengan bahan bakar dexlite + 4
l/min biogas……… 139
Tabel 4.32 Pengukuran emisi gas buang dengan bahan bakar dexlite + 6
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
PB Daya Keluaran Watt
CV Nilai kalor kJ/kg
Laju aliran massa udara kg/s
Laju aliranbahanbakar kg/jam
n Putaran mesin rpm
Effisiensi termal %
Effisiensi pully %
Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.jam
t Waktu pengujian yang ditentukan jam
Ʈ Torsi keluaran mesin N.m
massa jenis bahan bakar kg/m3
V Tegangan listrik Volt
I Arus Listrik Ampere
v Volume bahan bakar ml
d Diameter Silinder mm
S Panjang Langkah mm
rc Rasio Kompresi
Vd Volume Silinder m3
Vc Volume sisa di silinder m3
