KAJIAN PERFORMANSI MESIN GENSET DIESEL SATU SILINDER DENGAN CAMPURAN BAHAN BAKAR SOLAR DAN BAHAN BAKAR LPG MELALUI VACUUM REGULATOR SKRIPSI

Teks penuh

(1)

KAJIAN PERFORMANSI MESIN GENSET DIESEL SATU

SILINDER DENGAN CAMPURAN BAHAN BAKAR SOLAR

DAN BAHAN BAKAR LPG MELALUI

VACUUM REGULATOR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

GEORGE MAGER NIM. 090401050

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)

i

Abstrak

Dalam penelitian ini dilakukan pengujian pengaruh penambahan LPG

sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimasukkan pada saluran

masuk udara. Mesin diesel yang digunakan adalah Yanmar TF 155 H-Di satu

silinder dengan operasi bahan bakar ganda solar-LPG. Pengujian dilakukan pada

beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran 900-1400 rpm.

Masukan gas LPG dilakukan dengan memanfaatkan kevakuman ruang bakar

ketika mesin sedang beroperasi, secara otomatis klep pada vacuum regulator

akan terbuka sesuai banyaknya kevakuman. Parameter yang diamati adalah Daya,

Torsi, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik, perbandingan udara-bahan bakar dan

efisiensi thermal.

Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa Daya dan Torsi pada diesel

bahan bakar ganda ini mengalami presentase kenaikan mencapai 6,62%, konsumsi

bahan bakar spesifik mengalami kenaikan antara mencapai 98,8%, rasio

udara-bahan bakar mengalami penurunan mencapai 52,51%, dan efisiensi thermal

mengalami penurunan mencapai 76,9%. Pada segi nilai rupiah pemakaian bahan

bakar ganda solar-LPG mengalami penurunan mencapai 17,97%. Gas LPG dapat

menggantikan solar mencapai 60,6% pada laju aliran massa gas 0,4486 kg/jam

pada putaran 1000 rpm dengan beban 400 watt tanpa mengalami detonasi dan

ketukan.

Kata Kunci : LPG, diesel bahan bakar ganda, vacuum regulator, performansi

(10)

ii

Abstract

This research has conducted to investigate the influence of Liquefied

Petroleum Gas (LPG) as alternative fuel for diesel engine by means of air intake

manifold. Diesel Engine has been used for this research is Yanmar TF 155

Horizontal-Direct injection single silinder with Dual Fuel Operation Diesel-LPG.

Stationary load had set at 400 watts and 800 watts, and Engine rotation varied

from 900 to 1400 rpm. Injection LPG into Intake Manifold arranged by utilizing

vacuum combustion chamber when the engine were running. Automatically the

valve will be opened according to the magnitude of vacuum.Engine parameters

which had examine are power, torque, specific fuel consumption, air-fuel ratio

and thermal efficiency.

Experiment Result show that Torque and Power increase to 6,62%,

specific fuel consumption increase to 98,8%, while air-fuel ratio decrease to

52,51% and thermal efficiency decrease to 76,9%. When viewed in terms of

economis, at Economic Efficiency decrease to 17,97%. LPG gas replaced diesel

fuel 60,6% with the gas flow rate of 0,4486 kg/hour at Engine rotation operate

1000 rpm and 400 watts stationary load without engine detonation and knocking.

(11)

iii

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

“Kajian Performansi Mesin Genset Diesel Satu Silinde r Dengan Campuran Bahan Bakar Solar dan Bahan Bakar LPG Melalui Vacuum Regulator

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 H. Siregar, SE. dan Ibunda R.br

Marpaung, 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.

6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan

(12)

iv

7. Rekan-rekan satu tim penulis yang berjuang bersama-sama, Roland,

Adventus, Rian, Aogus dan Shandy.

8. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat

penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan

masukan serta semangat kepada penulis

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

(13)

v

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Manfaat Pengujian ... 3

1.4 Ruang Lingkup Pengujian ... 3

1.5 Metodologi Penelitian ... 4

1.6 Sistematika Pengujian ... 4

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 ... 8

2.2.3 Sifat-Sifat LPG ... 9

2.3 Mesin Diesel ... 14

2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 16

2.3.2 Teori Pembakaran ... 18

2.4 Performansi Motor Bakar ... 19

2.4.1 Daya Poros ... 19

2.4.2 Torsi ... 20

2.4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 20

(14)

vi

2.5 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 22

2.6 Emisi Gas Buang ... 23

2.7 Sistem Kit Konversi ... 24

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 30

3.2 Alat dan Bahan ... 30

3.2.1 Alat ... 30

3.2.2 Bahan.... ... 43

3.3 Metode Pengumpulan data ... 43

3.4 Metode Pengolahan data... 43

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 44

3.6 Prosedur Pengujian N ilai Kalor Bahan Bakar ... 44

3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 46

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Daya... 53

4.1.1 Daya yang dihasilkan menggunakan solar murni ... 53

4.1.2 Daya yang dihasilkan menggunakan solar murni +LPG via vacuum regulator...55

4.2 Torsi... 59

4.2.1 Torsi yang dihasilkan menggunakan solar murni ... 59

4.2.2 Torsi yang dihasilkan menggunakan solar murni +LPG via vacuum regulator...60

4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 64

4.3.1 Perhitungan SFC dengan B.Bakar Solar... 64

4.3.2 Perhitungan SFC dengan B.Bakar Solar +LPG via vacuum regulator...66

(15)

vii

4.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 78

4.5.1 Perhitungan AFR dengan B.Bakar Solar ... 78

4.5.2 Perhitungan AFR dengan B.Bakar Solar +LPG via vacuum regulator...81

4.6 Hasil Pembakaran ... 86

4.7 Emisi Gas Buang ... 88

4.8 Tinjauan N ilai Ekonomis ... 89

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 93

5.2 Saran ... 95

DAFTAR PUSTAKA ... xiii

(16)

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skenario Energi Mix Nasional 2025 ... 1

Gambar 2.1 P-v diagram Siklus Mesin Diesel ... 15

Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel... 16

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel... 17

Gambar 2.4 Proses Pembakaran Mesin Diesel... 18

Gambar 2.5 Skema Kit konversi untuk BBG ... 26

Gambar 2.6 Skema Sistem Konversi Dual Fuel Dengan Sistim Injeksi ... 28

Gambar 2.7 Blog Diagram Sistem Injeksi ... 28

Gambar 2.8 Skema Instalasi Dual Sistem, BBG dan BBM Pada Kendaraan... 29

Gambar 3.1 Mesin Genset Diesel Yanmar TF 155 H-Di ...30

Gambar 3.2 RPM Digital ... 31

Gambar 3.3 Hioki HiTester 3286-20 Power Clamp-Meter... 32

Gambar 3.4 Buret ... 33

Gambar 3.5 Selang Bertekanan ... 33

Gambar 3.6 Stopwatch ... 34

Gambar 3.7 Bola Lampu Pijar dan Instalasinya... 34

Gambar 3.8 Botol Wadah Bahan Bakar ... 35

Gambar 3.9 Manometer... 35

Gambar 3.10 Tabung LPG ... 36

Gambar 3.11 Flow Meter ... 36

Gambar 3.12 Bom Kalorimeter ... 37

Gambar 3.13 Heshbon Automative Opacity Smoke Meter ... 38

Gambar 3.14 Vacuum Regulator... 39

(17)

ix

Gambar 3.20 Diagram alir pengujian performansi solar mesin genset

diesel satu silinder ... 48

Gambar 3.21 Diagram alir pengujian performansi solar+LPG melalui vacuum regulator mesin genset diesel satu silinder... 49

Gambar 3.22 Diagram Pengujian Gas Buang ... 50

Gambar 3.23 Skema Pengujian Solar Murni ... 51

Gambar 3.24 Skema Pengujian Solar + LPG via vacuum regulator ... 52

Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran Untuk Beban 400 Watt ... 57

Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran Untuk Beban 800 Watt ... 58

Gambar 4.3 Grafik Torsi vs Putaran Untuk Beban 400 Watt ... 62

Gambar 4.4 Grafik Torsi vs Putaran Untuk Beban 800 Watt ... 63

Gambar 4.5 Grafik SFC vs Putaran Untuk Beban 400 Watt... 68

Gambar 4.6 Grafik SFC vs Putaran Untuk Beban 800 Watt... 69

Gambar 4.7 Grafik BTE (%) vs Putaran Untuk Beban 400 Watt ... 75

Gambar 4.8 Grafik BTE (%) vs Putaran Untuk Beban 800 Watt ... 76

Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban tetap 400 Watt ... 83

Gambar 4.10 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban tetap 400 Watt ... 84

Gambar 4.11 Kondisi awal nozel sebelum digunakan dalam pengujian... 85

Gambar 4.12 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ... 86

Gambar 4.13 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar + LPG via Vacuum Regulator... 86

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan nilai harga rupiah/jam solar dan putaran beban 800 watt ... 91

(18)

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar ... 7

Tabel 2.2 Standar Emisi Gas Buang ... 24

Tabel 3.1 Spesifikasi Hioki HiTester 3286-20 Power Clamp-Meter... 32

Tabel 3.2 Spesifikasi Kn Regulator ... 40

Tabel 4.1 Hasil perhitungan daya untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ... 54

Tabel 4.2 Hasil perhitungan daya untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt ... 55

Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya untuk bahan bakar solar + LPG melalui Vacuum Regulator...56

Tabel 4.4 Hasil perhitungan daya untuk bahan bakar solar + LPG melalui Vacuum Regulator pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt... 56

Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ... 60

Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt ... 60

Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar + LPG via Vacuum Regulator pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt...61

Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar + LPG via Vacuum Regulator pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt... 61

Tabel 4.9 Hasil perhitungan SFC untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ... 65

(19)

xi

Tabel 4.12 Hasil perhitungan SFC untuk bahan bakar solar + LPG via

vacuum regulator pada variasi putaran dan beban tetap

800 Watt... 68

Tabel 4.13 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt... 71

Tabel 4.14 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt... 72

Tabel 4.15 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar solar + LPG via vacuum regulator pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt...73

Tabel 4.16 Hasil perhitungan Efisiensi thermal untuk bahan bakar solar + LPG via vacuum regulator pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt ... 74

Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt...79

Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar solar murni pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt...80

Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar solar + LPG via vacuum regulator pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt...81

Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR untuk bahan bakar solar + LPG vacuum regulator pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt...83

Tabel 4.21 Emisi Bahan Bakar untuk beban 400 watt...87

Tabel 4.22 Emisi Bahan Bakar untuk beban 400 watt...88

Tabel 4.23 Nilai Ekonomis Pengujian Solar Murni beban 400 watt...89

Tabel 4.24 Nilai Ekonomis Pengujian Solar Murni beban 800 watt...89

Tabel 4.25 Nilai Ekonomis Pengujian Solar + LPG via vacuum regulator beban 400 watt...90

(20)

xii

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

PB Daya Keluaran Watt

CV 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

t Waktu pengujian yang ditentukan detik

T Torsi keluaran mesin N.m

Massa Jenis kg/m3

V Tegangan Volt

I Arus Ampere

v Volume bahan bakar ml

B Diameter Silinder mm

S

Panjang Langkah mm

rc Rasio Kompresi

Vd Volume Silinder m3

V

c Volume sisa di silinder m3

AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara

Figur

Memperbarui...

Referensi

Memperbarui...