PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM,
HIDROGEN DAN ETANOL 96% TERHADAP PERFOMANSI
DAN EMISI GAS BUANG MESIN GENSET OTTO
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Martinus Idastanta Tarigan NIM : 090401032
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
Abstrak
Semakin berkurangnya cadangan minyak bumi dan pemakaian bahan bakar fosil yang terus meningkat menyebabkan timbulnya ancaman krisis energi. Mengantisipasi hal tersebut diperlukan pengembangan sumber energi terbarukan sebagai energi alternatif. Pencampuran bahan bakar untuk menghemat penggunaan minyak merupakan salah satu alternatif. Ketersediaan hidrogen dan melimpahnya bahan bakar dari hasil pemurnian fermentasi menempatkan hidrogen dan etanol menjadi salah satu yang bahan bakar yang diunggulkan sebagai bahan bakar alternatif. Selain itu penggunaan bahan bakar hidrogen dan etanol inidapat digunakan pada bebagai mesin, salah satunya adalah pada mesin otto 4-langkah. Walaupun performansi mesin cenderung belum memberikan hasil yang optimal seperti performansi mesin pada saat menggunakan Premium, tetapi bahan bakar campuran hidrogen dan etanol ini tetap mempunyai keuntungan,yaitu ketersediaan bahan baku yang melimpah dan fleksibilitas dari
Internal Combustion Engine ( ICE ).
Abstract
The depletion of oil reserves and fuel consumption that is on the rise cause the onset of the threat of an energy crisis. It is necessary of renewable sources of energy as an alternative energy. Mixing fuel oil usage to save is one alternative. The availability of hydrogen fuel and bountiful from the purification of fermentation, placed hydrogen and ethanol become one of the highlights as an alternative fuel. In addition the use of hydrogen and ethanol can be used on different machines, one of them is on the oot engine 4-step. Although the appropriate machine performance is yet to give optimal results, such us engine performanc while using premium, but the mixed fuel of hydrogen and ethanol are still has advantage, namely the abundent raw material availability and flexibility of Internal Combustion Engine (ICE).
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan
rahmat yang diberikan-Nya, Penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
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
“PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM, HIDROGEN,
DAN ETANOL 96% TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS
BUANG ESIN GENSET OTTO”
Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mendapat dukungan dari
berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT sebagai dosen pembimbing yang
telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan
kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.
4. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas
Teknik
5. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Drs B.A Tarigan dan Ibunda M br
Sinuhaji, yang telah dengan sabar membesarkan penulis serta memberikan
dukungan doa, dana, dan semangat.
6. Kedua saudara penulis, Eka Genta Tarigan dan Nina Karina Tarigan, yang
telah membimbing penulis untuk melewati hal-hal yang sulit.
7. Seluruh kerabat penulis, yang tergabung dalam Keluarga Besar Departemen
Teknik Mesin USU, terkusus rekan-rekan mahasiswa angkatan 2009 yang
tidak dapat penulis sebutkan satu persatu, terima kasih penulis ucapkan atas
Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi
ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang
membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.Terima kasih.
Medan, Februari 2013
Penulis,
Martinus Idastanta Tarigan
NIM. 090401032
2.6.2 Sifat-sifat Bahan Bakar Etanol ... 20
2.6.3 Proses Pembuatan Etanol ... 21
2.7 Emisi Gas Buang ... 23
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat ... 25
3.2 Alat Dan Bahan ... 25
3.2.1 Alat ... 25
3.2.1.1 Alat Pendukung Pengujian ... 25
3.2.1.2 Alat Pendukung Proses Pembuatan Bahan Bakar ... 31
3.2.2 Bahan ... 36
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Daya ... 43
4.1.1 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar P 100% ... 43
4.1.2 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar E 100% ... 44
4.1.3 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar P50% + E50% ... 45
4.1.4 Besar Daya Dengan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 46
4.2 Torsi ... 49
4.2.1 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar P 100% ... 49
4.2.2 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar E 100% ... 50
P50% + E50% ... 52
4.2.4 Besar Torsi Dengan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 53
4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc) ... 55
4.3.1 Besar SFC Dengan Menggunakan Bahan Bakar P100% ... 56
4.3.2 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar E100% ... 59
4.3.3 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar P50%+E50% ... 61
4.3.4 SFC Yang Dihasilkan Menggunakan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5% + H 2,5% ... 64
4.4 Efisiensi Thermal ... 67
4.4.1 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar P100% ... 68
4.4.2 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar E100% ... 70
4.4.3 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar P50% + E50% ... 72
4.4.4 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar (P50% + E 50%)97,5% + H2,5% ... 74
4.5 Rasio Udara- Bahan Bakar(AFR) ... 83
4.5.1 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar P 100% ... 83
4.5.2 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar E (100%) ... 88
4.5.3 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar P 50% + E 50% ... 93
4.5.4 AFR Yang Dihasilkan Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5%... 98
4.6 Hasil Pembakaran ... 108
4.7 Pengujian Emisi Gas Buang ... 111
4.7.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar P 100% ... 111
4.7.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar E100% ... 111
4.7.3 Emisi Gas Buang Bahan Bakar P 50% + E50% ... 112
4.7.4 Emisi Gas Buang Bahan Bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5% ... 112
4.8.1 Analisa Perbandingan Kadar CO2 Dalam Gas Buang ... 113
4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar CO Dalam Gas Buang ... 114
4.8.3 Analisa Perbandingan Kadar HC Dalam Gas Buang ... 116
4.8.4 Analisa Perbandingan Kadar O2 Dalam Gas Buang ... 117
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 120
5.2 Saran ... 121
DAFTAR PUSTAKA ... xv
LAMPIRAN ... vxi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Alat Pembangkit Tegangan Tinggi ... 7
Gambar 2.2 P-V dan T-S diagram... 9
Gambar 2.3 Elektrolisis Air ... 18
Gambar 2.4 Bentuk Molekul Etanol ... 21
Gambar 3.1 Bom Kalori Meter ... 25
Gambar 3.2 Genset STARKE Tipe GFH1900LX... 26
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong SY-GA 401... 27
Gambar 3.4 Tachometer ... 28
Gambar 3.5 Timbangan Digital... 28
Gambar 3.6 Muti Meter... 29
Gambar 3.7 Stop watch ... 30
Gambar 3.8 Saluran Udara Modifikasi ... 30
Gambar 3.9 Alat Hidrolisi... 31
Gambar 3.10 Wadah Penampung Hidrogen ... 33
Gambar 3.11 Katub Udara... 34
Gambar 3.12 Regulator... 34
Gambar 3.13 Manometer... 35
Gambar 3.14 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set... 39
Gambar 3.15 Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 40
Gambar 4.1 Grafik Daya (watt) VS Beban(@100Watt)... 47
Gambar 4.2 Grafik Daya (watt) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar... 48
Gambar 4.3 Grafik Torsi (Nm) VS Beban (@100 Watt)... 54
Gambar 4.4 Grafik Torsi (N.m) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 55
Gambar 4.5 Grafik SFC (g/kW.h) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 67
Gambar 4.6 Grafik Efisiensi Thermal Brake (%) VS Beban (@100Watt)... 82
Gambar 4.7 Grafik Efisiensi Termal (%) vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar .... 82
Gambar 4.8 Grafik AFR vs Beban (@100Watt)... 107
Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran (rpm) tiap bahan bakar ... 107
Gambar 4.10 Busi yang digunakan dalam pengujian... 108
Gambar 4.11 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 109
Gambar 4.12 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 109
Gambar 4.13 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar P50% + E 50% ... 110
Gambar 4.14 Busi yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar (P 50% + E 50%)97,5 %+ H 2,5% ... 110
Gambar 4.16 Grafik kadar CO2 vs Beban ... 113
Gambar 4.17 Grafik Kadar CO2 (%) vs Putaran (rpm) ... 114
Gambar 4.18 Grafik kadar CO vs Beban ... 115
Gambar 4.19 Grafik Kadar CO (%) vs Putaran (rpm) ... 115
Gambar 4.20 Grafik kadar Hidrokarbon vs beban ... 116
Gambar 4.21 Grafik Kadar HC (ppm) vs Putaran (rpm) ... 117
Gambar 4.22 Grafik kadar O2 vs Beban ... 118
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Properties of Hydrogen and Other Fuels... 16
Tabel 4.1 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 44
Tabel 4.2 Daya pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 45
Tabel 4.3 Daya pengujian menggunakan bahan bakar P 50% + E50% ... 46
Tabel 4.4 Daya pengujian menggunakan bahan bakar (P50% + E50%)97,5% + H2,5% ... 47
Tabel 4.5 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 50
Tabel 4.6 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 51
Tabel 4.7 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar P50% +E50% ... 53
Tabel 4.8 Torsi pengujian menggunakan bahan bakar (P50% +E50%)97,5% + H 2,5%... 54
Tabel 4.9 Sfc pengujian menggunakan bahan bakar P100% ... 58
Tabel 4.10 Sfc pengujian menggunakan bahan bakar E100% ... 61
Tabel 4.11 Sfc hasil pengujian dengan bahan bakar P 50 % + E 50% ... 63
Tabel 4.12 Sfc hasil pengujian dengan bahan bakar (P50% + E50%)97,5 % + H2,5%... 66
Tabel 4.13 Efisiensi thermal hasil pengujian dengan bahan bakar P 100%... 70
Tabel 4.14 Efisiensi thermal hasil pengujian menggunakan bahan bakar E100%... 72
Tabel 4.15 Efisiensi thermal pengujian menggunakan bahan bakar P50%+E50%... 74 Tabel 4.16 Efisiensi thermal hasil pengujian dengan bahan bakar (P50% + E50%)97,5% + H2.5 %... 81 Tabel 4.17 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar P 100%... 88
Tabel 4.18 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar E (100%)... 93
Tabel 4.19 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar P 50% + E50%... 98
Tabel 4.20 AFR hasil pengujian dengan bahan bakar
(P50% + E 50%)+ H2,5%...
Tabel 4.21 Emisi Bahan Bakar P100 % ... 111
Tabel 4.22 Emisi Emisi Bahan Bakar E100% ... 111
Tabel 4.23 Emisi Bahan Bakar P50% + E50% ... 112
DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN
𝑚𝑚𝑎𝑎 Massa udara kg
SATUAN
AFR Rasio massa udara-bahan bakar
HHV Nilai kalor atas kJ/kg
LHV Nilai kalor bawah kJ/kg
𝑚𝑚𝑎𝑎̇ Laju aliran massa udara kg/s
𝑚𝑚𝑓𝑓 Massa bahan bakar kg
𝑚𝑚𝑓𝑓̇ Laju aliran bahan bakar kg/jam
n Putaran mesin rpm
𝜂𝜂𝑏𝑏 Effisiensi termal brake %
𝑃𝑃 Daya Watt
Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh
𝑡𝑡𝑓𝑓 Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik
T Torsi keluaran mesin N.m
Pa Tekanan udara Pa
Ta Temperatur udara K
Vd Volume langkah torak m3
Vc Volume clearance m3
