KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL SATU SILINDER
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN BAHAN
BAKAR CAMPURAN SOLAR MURNI DAN MINYAK
JAGUNG
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
GINDO T.A SAMOSIR NIM : 110401049
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Abstrak
Kebutuhan bahan bakar solar yang semakin meningkat serta keterbatasan sumber daya minyak fosil menjadi hal yang mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap bahan bakar alternatif. Biodiesel menjadi salah satu bahan bakar yang baik untuk menanggulangi krisis bahan bakar. Jagung menjadi bahan yang sangat mudah dibudidayakan di seluruh daerah di Indonesia. Penelitian ini akan mencampur Minyak jagung dan Solar Akra Sol agar mendapat hasil yang maksimal baik secara performansi maupun nilai ekonomis. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin TD-115 dengan menggunakan bahan bakar campuran Solar Akra Sol dan Minyak jagung. Penelitian ini memiliki variasi bahan bakar dan putaran mesin yang berbeda-beda. Dengan menggunakan supercharger, maka didapat performansi sebagai berikut: Daya tertinggi terjadi pada Akra Sol yaitu sebesar 4,396kW, torsi maksimum pada pembebanan 4.5kg putaran 2800rpm menggunakan Akra Sol yakni sebesar 15Nm, SFC maksimum pada bahan bakar Akra Sol + Biodiesel jagung 20% beban 3.5kg putaran 1800rpm yaitu sebesar 890,5087797g/kW.jam, AFR maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 4.5kg dan putaran 1800rpm yakni sebesar 120,1122913, Efisiensi Thermal maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 3.5kg dan putaran 2800rpm yakni sebesar 49,0220%, Heat Loss terbesar pada penggunaan Akra Sol beban 3.5kg putaran 2800rpm yakni sebesar 5618,555W.
Kata kunci: Biodiesel, Solar Akra Sol, Minyak Jagung, Performansi, Supercharger.
Abstract
Diesel fuel needs are increasing as well as the limited resources of oil into the thing that drives us to do research and development on alternative fuel. Biodiesel fuel into one of the better to tackle the fuel crisis. Corn into material that is very easily cultivated in all regions in Indonesia. This study will mix the corn oil and diesel Akra Sol order to get the maximum results both performance and economic value. This study aims to analyze the performance of TD-115 engine using mixed fuel Solar Akra Sol and corn oil. This study has a variety of fuel and engine speed varies. By using the supercharger, the importance of the performance as follows: The power is highest in Akra Sol amounting to 4,396kW, maximum torque at 2800rpm rotation using a 4.5kg load Akra Sol, amounting 15Nm, maximum fuel SFC Akra Sol + Biodiesel corn 20% load 3.5 kg 1800rpm round is equal 890,5087797g / kW.jam, AFR Akra maximum fuel load of 4.5kg and Sol with 1800rpm rotation which is equal to 120.1122913, Thermal maximum efficiency in fuel Akra Sol with weights 3.5kg and 2800rpm rotation which is equal 49.0220%, the largest on the use of Heat Loss Akra Sol 3.5kg load which is equal to 2800rpm rotation 5618,555W.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL SATU SILINDER
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN CAMPURAN BAHAN BAKAR SOLAR MURNI DAN MINYAK JAGUNG.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda A. Samosir dan Ibunda H. Rajaguk-guk atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Suprianto, S.T, M.T selaku
dosen pembanding.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan.
7. Rekan satu tim skripsi yaitu Fransiskus Samosir yang selalu
8. Saudara kandung penulis yaitu Anwar Sanjaya, Erintan Citra, Fivi Nurmaylani, Desria Tripuji dan Hemantri Rizon yang selalu memberi motivasi, semangat dan doa yang tulus.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
10.Rekan-rekan Givers dari Yayasan Giving Ministry Indonesia yang selalu
memberikan semangat dan doa kepada penulis dalam penyusunan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih.
Medan, Agustus 2016 Penulis
GINDO T.A SAMOSIR
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Tujuan Pengujian... 3
1.3Batasan Masalah ... 3
1.4Manfaat Pengujian ... 4
1.5Metodologi Penulisan ... 4
1.6Sistematika Penulisan ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Biodiesel ... 6
2.1.1 Sejarah Penggunaan Biodiesel ... 6
2.1.2 Penjelasan Biodiesel ... 8
2.1.3 Pembuatan Biodiesel ... 11
2.2 Komposisi Bahan Baku ... 16
2.3 Solar Akra Sol ... 22
2.4 Mesin Diesel ... 24
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 26
2.4.2 Performansi Mesin Diesel ... 27
2.5 Supercharger...34
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu Dan Tempat ... 40
3.2 Alat Dan Bahan ... 40
3.2.1 Alat ... 40
3.2.2 Bahan ... 42
3.3 Metode Pengumpulan Data ... 47
3.4 Metode Pengolahan Data ... 47
3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian ... 47
3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 48
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 50
3.8 Set Up Alat ... 51
BABIV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ... 54
4.2 Hasil Pengujian Engine Test Bed TD-111 ... 56
4.2.1 Hasil Pengujian Bahan Bakar Akra Sol ... 56
4.2.2 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung2,5% ... 57
4.2.3 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 5% ... 57
4.2.4 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 7,5% ... 58
4.2.5 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 10% ... 59
4.2.6 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 12,5% ... 59
4.2.7 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 15% ... 60
4.2.8 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung17,5% ... 60
4.2.9 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung20% ... 61
4.2.10 Torsi………..62
4.3 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ... 64
4.3.1 Daya ... 64
4.3.2 Laju Aliran Bahan Bakar (mf) ... 67
4.3.4 Effesiensi Volumetris ... 74
4.3.5 Daya Aktual ... 77
4.3.6 Efisiensi Termal Aktual ... 80
4.3.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 83
4.3.8 Heat Loss ... 85
4.3.9 Persentase Heat Loss ... 88
4.4 Perbandingan Hasil Penelitian Antara Supercharger Dengan Non Supercharger ... 90
4.5 Kondisi Injektor ... 95
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 97
5.2 Saran ... 97
DAFTAR PUSTAKA...99
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Rudolf Christian Karl Diesel ... 6
Gambar 2.2 Diagram Alir Biodiesel ... 12
Gambar 2.3 ReaksiTrans-esterifikasi ... 13
Gambar 2.4 Reaksi Esterifikasi ... 15
Gambar 2.5 Jagung... ... 19
Gambar 2.6 Biji Jagung ... 22
Gambar 2.7 SPBU P.T AKR Corporindo Tbk ... 23
Gambar 2.8 Karakteristik Solar Akra Sol ... 23
Gambar 2.9 Diagram P-v ... 25
Gambar 2.10 Diagram T-S ... 25
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 27
Gambar 2.12 Viscous Flow Meter ... 32
Gambar 2.13 Supercharger ... 37
Gambar 3.1 Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII...40
Gambar 3.2 Supercharger ... 41
Gambar 3.3 Tec Equipment TD-114 ... 42
Gambar 3.4 Minyak Jagung ... 42
Gambar 3.5 Transesterifikasi ... 43
Gambar 3.6 Pemisahan Minyak Transesterifikasi dari Gliserol ... 43
Gambar 3.7 Proses Pencucian Biodiesel ... 44
Gambar 3.8 Biodiesel Jagung ... 44
Gambar 3.9 Diagram Alir Pembuatan Biodiesel Jagung... 46
Gambar 3.10 Alat Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 50
Gambar 3.11 Diagram Alir Pengujian performansi mesin ... 51
Gambar 3.12 Set Up Alat...51
Gambar 3.13 Set-Up Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 52
Gambar 4.1 Pengaruh Nilai Bakar Biodiesel terhadap variasi campuran Biodiesel………...56
4.5 kg ... 64
Gambar 4.4 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
3.5 kg ... 66
Gambar 4.5 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
4.5 kg ... 67
Gambar 4.6 Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 3.5 kg ... 69
Gambar 4.7 Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 4.5 kg ... 70
Gambar 4.8 Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
3.5 kg ... 73
Gambar 4.9 Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
4.5 kg ... 73 Gambar 4.10 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 3.5 kg ... 76 Gambar 4.11 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 4.5 kg ... 77 Gambar 4.12 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 3.5 kg ... 79 Gambar 4.13 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 4.5 kg ... 79 Gambar 4.14 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 3.5 kg. ... 82 Gambar 4.15 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 4.5 kg. ... 82 Gambar 4.16 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
3.5 kg. ... 84 Gambar 4.17 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
4.5 kg. ... 85 Gambar 4.18 Grafik pengaruh Putaran terhadap Heat Loss mesin untuk
beban 4.5 kg ... 87 Gambar 4.20 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
mesin untuk beban 3.5 kg ... 89 Gambar 4.21 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Karakteristik dan Standar Biodiesel ... ....10
Tabel 2.2 Kandungan Gizi Jagung ... ....20
Tabel 3.1 Karakteristik Biodiesel Minyak Jagung………....45
Tabel 3.2 Notasi Bahan Bakar... ....46
Tabel 4.1 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ... ....54
Tabel 4.2 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol ... ....56
Tabel 4.3 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 2.5% ... ....57
Tabel 4.4 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 5% ... ....58
Tabel 4.5 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 7.5% ... ....58
Tabel 4.6 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 10% ... ....59
Tabel 4.7 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 12.5% ... ....59
Tabel 4.8 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 15% ... ....60
Tabel 4.9 Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar Akra Sol + Biodiesel Jagung 17.5% ... ....61
Akra Sol + Biodiesel Jagung 20%...…..61
Tabel 4.11 Data Torsi ... ...62
Tabel 4.12 Data Perhitungan Untuk Daya ... ...65
Tabel 4.13 Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar ... ...68
Tabel 4.14 Data Perhitungan Untuk Air Fuel Ratio ... ...72
Tabel 4.15 Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ... ...75
Tabel 4.16 Data Perhitungan Untuk Daya Aktual ... ...78
Tabel 4.17 Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Aktual ... ...80
Tabel 4.18 Data Perhitungan Untuk Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... ...83
Tabel 4.19 Data Perhitungan Untuk Heat Losses... ...86
Tabel 4.20 Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss... ...88
Tabel 4.21 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...91
Tabel 4.22 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Konsumsi Bahan Bakar Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...91
Tabel 4.23 Persentase Nilai Peningkatan Hasil AFR Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...91
Tabel 4.24 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Efisiensi Volumetris Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...92
Tabel 4.25 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Aktual Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...92
Tabel 4.27 Persentase Nilai Peningkatan Hasil SFC Antara Supercharger dengan Non Supercharger ... ...93
Tabel 4.28 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Heat Loss Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ... ...94
Tabel 4.29 Persentase Nilai Peningkatan Hasil Persentase Heat Loss Antara
DAFTAR NOTASI
Daya Keluaran Watt
A
Efisiensi Thermal (%)
v
η
Efisiensi Volumetris (%)
m
t Waktu detik
Efisiensi Mekanis
ṁ�
D Diameter Silinder mm
Laju Massa Udara dalam Silinder kg/jam
S
r
Panjang Langkah mm
c V
Rasio Kompresi
f Volume Bahan Bakar Uji m
V
3
d Volume Silinder m
V
3
c Volume Sisa di Silinder m
AFR Rasio Campuran Bahan Bakar dan Udara
3
Te Suhu Udara Keluar o
Ta Suhu Udara Luar
C o ρ
C
a Kerapatan Udara kg/m
Vs Volume Langkah Torak m
3
Q Kalor Joule
