TESIS
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN
BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA
MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL
ARIS BUDI SULISTYO
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
2016
i
TESIS
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR
SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
ii
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV
TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR
SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin,
Program Pascasarjana Universitas Udayana
ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006PROGRAM MAGISTER
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS UDAYANA
DENPASAR
iii
Lembar Pengesahan
TESIS INI TELAH DISETUJUI
PADA TANGGAL : 04 JUNI 2016
Mengetahui
Pembimbing II,
Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. NIP. 19660222 199103 1 002 Pembimbing I,
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 002
Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP. 19700607 199303 1 002
Direktur Program Pascasarjana
Universitas Udayana
Prof. Dr. dr. A. A. Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP. 19590215 198510 2 001
iv
Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji pada
Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Tanggal : 04 Juni 2016
Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : 2304/UN 14. /HK/2016
Tanggal : 04 Juni 2016
Panitia Penguji Tesis adalah :
Ketua : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma Sekretaris : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D.
Anggota :
1. Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT
2. Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg 3. Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT.
v
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
NAMA : ARIS BUDI SULISTYO
NIM : 1491961006
PROGRAM STUDI : PASCASARJANA TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS UDAYANA
JUDUL TESIS :
Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan Perundang – undangan yang berlaku
Denpasar, 04 Juni 2016 Yang menyatakan
ARIS BUDI SULISTYO
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL.
vi
UCAPAN TERIMA KASIH Assalamualaikum Wr.Wb,
Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar LGV Terhadap Daya, Torsi, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dan Emisi Gas Buang Pada Mobil Dengan Transmisi Manual.Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Rektor Universitas Udayana Prof. DR. Dr Ketut Suastika, Sp.PD, KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang telah diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana.
2. Prof. DR. Dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana.
3. Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, selaku Pembimbing I dan Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin yang telah memberikan ide dan gagasan dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis mengikuti perkuliahan di Program Magister ini.
4. Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. selaku Pembimbing II dan Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan kesabarannya telah memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis.
5. Tim penguji tesis yaitu, Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT, Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg dan Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. yang telah memberikan saran, arahan, koreksi sehingga Tesis ini dapat terselesaikan tepat waktu.
vii
6. Segenap Tim Sekertariat dan Tata Usaha Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana.
7. Rekan-rekan mahasiswa Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana angkatan tahun 2014, yang telah memberikan dukungan dan kerjasamanya dalam penyelesaian Tesis ini.
8. Ayahanda Sugiyamto, Ibunda tercinta Enie Sri Lestari, saudara tersayang Aditya, Andika dan Ayu, atasan langsung Panji Firdaus, SE, M.Si, serta calon istri terkasih Anissa Wulan Cahaya, S.SiT yang turut memberikan dukungan yang luar biasa kepada penulis, serta seluruh pihak yang turut memberikan dukungan yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa apa yang dipaparkan dalam tesis ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari isi permasalahan, analisis, penyusunan maupun teknik penulisan. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penulis miliki, untuk itu penulis memohon kritik dan saran dari para pembaca guna mewujudkan karya tulis yang lebih baik di kemudian hari. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Wassalamualaikum Wr. Wb.
Denpasar, 04 Juni 2016 Penulis
viii
ABSTRAK
PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL
DENGAN TRANSMISI MANUAL
Meningkatnya laju pertumbuhan perekonomian masyarakat Indonesia menyebabkan kebutuhan masyarakat juga semakin tinggi. Salah satunya adalah dalam bidang sarana transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG). Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual.
Metode Analisis data yang digunakan pada penelitian adalah ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13.
Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin. Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi.
Kata Kunci : Daya (Hp), Torsi (Nm), Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc), Emisi Gas Buang.
ix
ABSTRACT
THE EFFECT OF UTILIZATION OF LGV FUEL TOWARD THE TORQUE, POWER, SPECIFIC FUEL CONSUMPTION AND EXHAUST GAS EMISSION
IN VEHICLES WITH MANUAL TRANSMISSION
The increase of economic growth rate of Indonesian people results in the increase of people’s necessity as well. One of them is in the transportation field. Liquefied Gas for Vehicle (LGV) is the development of Liquefied Petroleum Gas (LPG). The aim of this research is to find out the effect of utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel toward the torque, power, specific fuel consumption and exhaust gas emission in vehicles with manual transmission.
Data analysis method being used in this research consisted of two stages, namely data sampling phase and data processing phase. This analysis also discussed about specific fuel consumption, and then trend analysis, including optimization and factorial design analysis which was described in 3D graphic using Sigmaplot 13 software.
The result obtained is that utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel improves the torque, power, and reduces the specific fuel consumption as well as reducing vehicle's exhaust gas emission. LGV is working well in rotation above 2000 rpm and below 9000 rpm. It means that LGV is only suitable to be used in moderate loading and high machine rotation. The usage of vigas fuel tends to yield a better power and torque compared to gasoline. The advantage of LGV compared to octane 88 gasoline on high spin indicates that fuel saving will be better achieved in the usage of LGV compared than octane 88 gasoline on high speed.
Key words: Power (Hp), Torque (Nm), specific fuel consumption (sfc), exhaust gas emission.
x
RINGKASAN
Krisis energi yang terjadi telah mendorong pemerintah Indonesia untuk terus menggalakkan penggunaan bahan bakar gas baik untuk sektor industri maupun transportasi. Keseriusan pemerintah dalam menangani krisis energi adalah dengan menerbitkan Keputusan Mentri Energi dan Sumber Daya Mineral No. 0983 K/16/MEM/2004 tentang Kebijakan Energi Nasional. Tujuan diterbitkannya Kebijakan Energi Nasional adalah untuk menjamin penyediaan energi nasional. Untuk itu, pemanfaatan sumber energi baru dan energi terbarukan yang mempunyai potensi yang cukup besar dimaksimalkan sehingga terjadi peningkatan terhadap penyediaan energi secara nasional.
Hal ini menyebabkan masyarakat mulai melirik energi alternatif yang lebih hemat dan lebih murah. Saat ini pemerintah pun sudah mulai memperkenalkan Bahan Bakar Gas yaitu Liquefied Gas Vehicle (LGV) kepada masyarakat, sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar minyak disektor transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG) dengan cara mengubah komposisi perbandingan antara Propana (C3) dan Butana (C4) dalam LPG, yang
nantinya akan di gunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor, terutama mobil penumpang.
Mengacu pada hal tersebut, maka penulis merumuskan bagaimanakah pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual. Analisis data pada penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Pengumpulan data meliputi kegiatan pengujian dan pengambilan data. Pengolahan data meliputi pengelompokan data identifikasi faktor-level dominan, dan memperkirakan hasil yang optimum. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis dibahas dalam penelitian ini, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13.
Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin.
Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi. Dari hasil penelitian didapat bahwa Liquefied Gas Vehicle (LGV) merupakan salah satu energi alternatif yang murah dan ramah lingkungan. Keunggulan menggunakan Liquefied Gas Vehicle (LGV) dibandingkan bensin adalah karena secara teknis cukup menguntungkan
xi
yaitu ramah lingkungan, umur mesin lebih panjang dan bebas timbal serta nilai oktannya tinggi, lebih dari 98.
xii
DAFTAR ISI
Halaman
SAMPUL DALAM ...i
PRASYARAT GELAR ...ii
LEMBAR PERSETUJUAN...iii
PENETAPAN PANITIA PENGUJI ...iv
SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT...v
UCAPAN TERIMA KASIH ...vi
ABSTRAK ...viii
ABSTRACT ...ix
RINGKASAN ...x
DAFTAR ISI... ...xii
DAFTAR TABEL... ...xv
DAFTAR GAMBAR ...xvi
DAFTAR ARTI SIMBOL ...xviii
DAFTAR ARTI SINGKATAN ...xix
DAFTAR LAMPIRAN ...xx BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Rumusan Masalah ... 7 1.3. Batasan Masalah ... 7 1.4. Tujuan Penelitian ... 8 1.5. Manfaat Penelitian ... 8
BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1. Motor Bensin ... 10
2.1.1. Penjelasan Umum... 10
2.1.2. Siklus Otto ... 11
2.1.3. Proses Pembakaran pada Motor Bensin ... 14
xiii
2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah ... 19
2.3. Bahan Bakar Bensin ... 21
2.4. Angka Oktan ... 22
2.5. Liquefied Gas for Vehicle (LGV) ... 22
2.6. Regulator ... 25
2.7. Converter kits ... 28
2.8. Parameter Pengukur Tenaga Mesin ... 30
2.8.1. Dinamometer ... 30
2.9. Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran Dalam ... 31
2.9.1. Proses Pembakaran... 31
2.9.2. Daya Poros Efektif ... 32
2.9.3. Torsi ... 32
2.9.4. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 33
2.9.5. Pengukuran Gas Buang ... 33
2.9.6. Emisi Gas Buang Motor Bensin ... 35
BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN 3.1. Kerangka Berpikir ... 41
3.2. Konsep Penelitian ... 42
3.3. Hipotesis Penelitian ... 43
BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Persiapan Pengujian ... 45
4.1.1. Bahan dan Peralatan Pengujian ... 46
4.1.2. Lokasi Pengujian ... 46
4.2. Rancangan Penelitian ... 47
4.3. Prosedur Pengujian ... 47
4.4. Skema Pengujian ... 49
4.5. Parameter Penelitian dan Variabel Bebas ... 50
4.6. Analisis Data ... 50
xiv
4.8. Jadwal dan Tempat Pengujian ... 53
BAB V DATA PENELITIAN 5.1. Data Pengujian ... 54
5.1.1. Data Hasil Penelitian Uji Torsi ... 54
5.1.2. Data Hasil Penelitian Daya ... 58
5.1.3. Perhitungan untuk Mencari rata-rata ... 60
5.1.4. Data Hasil Penelitian Uji Emisi ... 63
5.1.5. Data Hasil Penelitian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 65
5.1.6. Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 67
BAB VI PEMBAHASAN 6.1. Grafik Hasil Penelitian dan Pembahasan ... 69
6.1.1. Analisa Uji Torsi dan Daya... 69
6.1.2. Analisa Massa Bahan Bakar ... 79
6.1.3. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 82
6.1.4. Analisa Emisi Gas Buang ... 85
BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan ... 93
7.2. Saran ... 94
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Komposisi Oksigen dan Nitrogen ... 15
Tabel 4.1. Parameter dan variabel penelitian ... 50
Tabel 4.2. Jadwal penelitian ... 53
Tabel 5.1. Data Pengujian Torsi bahan bakar bensin ... 56
Tabel 5.2. Data Pengujian Torsi bahan bakar Vigas ... 57
Tabel 5.3. Data Pengujian Daya bahan bakar Bensin ... 58
Tabel 5.4. Data Pengujian Daya bahan bakar Vigas ... 59
Tabel 5.5. Data rata-rata pengujian daya bahan bakar bensin dan vigas (Hp) ... 61
Tabel 5.6. Data rata-rata pengujian torsi bahan bakar bensin dan vigas (Hp) ... 62
Tabel 5.7. Data rata-rata pengujian CO2 bahan bakar bensin dan vigas ... 63
Tabel 5.8. Data rata-rata pengujian CO bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.9. Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.10. Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas ... 64
Tabel 5.11. Data rata- pengujian massa bahan bakar bahan bakar bensin dan vigas ... 66
Tabel 5.12. Data rata-rata pengujian konsumsi bahan bakar spesifik bensin dan vigas ... 68
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. (a) P-V , (b) T-S Diagram, (c) P-V dan T-S diagram... 12
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah... 19
Gambar 2.3. Bentuk fisik coverter kits LPG ... 29
Gambar 3.1. Skema pengujian konsumsi bahan bakar ... 43
Gambar 4.1. Alat Uji Dyno Test ... 46
Gambar 4.2. Skema pengujian torsi ... 49
Gambar 4.3. Skema pengujian emisi gas buang ... 50
Gambar 4.4. Diagram alir penelitian ... 52
Gambar 5.1. Pelaksanaan Uji Torsi dan Daya ... 55
Gambar 5.2. Display Uji Daya dan Torsi ... 55
Gambar 5.3. Display Grafik Uji Torsi ... 55
Gambar 5.4. Tampilan pengukuran emisi ... 63
Gambar 6.1. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar bensin ... 69
Gambar 6.2. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar vigas ... 70
Gambar 6.3. Grafik perbandingan daya bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 72
Gambar 6.4. Grafik perbandingan torsi bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 73
Gambar 6.5. Grafik trend pengukuran daya pada bensin ... 76
Gambar 6.6. Grafik trend pengukuran daya pada vigas ... 77
Gambar 6.7. Grafik trend pengukuran torsi pada bensin. ... 77
Gambar 6.8. Grafik trend pengukuran torsi pada vigas ... 78
Gambar 6.9. Grafik perbandingan massa bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 80
Gambar 6.10. Grafik trend massa bahan bakar bensin... 81
Gambar 6.11. Grafik trend massa bahan bakar vigas... 81
Gambar 6.12. Grafik perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 83
xvii
Gambar 6.13. Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik bensin... 84 Gambar 6.14. Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik vigas... 85 Gambar 6.15 Gambar 6.19. Grafik perbandingan pengukuran emisi CO2 bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e). ... 86 Gambar 6.16. Grafik perbandingan pengukuran emisi HC bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 87 Gambar 6.17. Grafik perbandingan pengukuran emisi CO bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 87 Gambar 6.18. Grafik perbandingan pengukuran emisi O2 bensin dan vigas
pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) ... 90 Gambar 6.19. Grafik trendline pengukuran emisi CO2 bensin (a) dan vigas (b)
xviii DAFTAR SIMBOL CO = karbon monoksida CO2 = Karbondioksida HC = hidrocarbon % = Persentase 0 = Derajat cm = Centi meter C = carbon O = oksida Ø = diameter butiran kg = kilo gram m = meter H = hidrogen g = grafitasi P = tekanan V = volume T = waktu 𝜂 = efisiensi r = jari-jari k = konstanta α = sudut ρ = massa jenis l = panjang d = diameter ν = kecepatan ml = mili liter
Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik [ kg/hp.jam ] Mb = dikonsumsi [ kg ]
BHP = Daya motor [ HP ] T = Waktu konsumsi [detik ]
xix
DAFTAR ARTI SINGKATAN
BBM = Bahan Bakar Minyak LGV = Liquefied Gas for Vehicle LPG = Liquefied Petroleum Gas CNG = Compressed Natural Gas PVT = Pressure, Volume, Temperature TMA = Titik mati atas
TMB = titik mati bawah HP = Horse Power
xx
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A. Data Umum Bahan Bakar Lampiran B. Pelaksanaan Pengujian Lampiran C. Grafik Hasil display
