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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 mmrc Rasio Kompresi
Vd Volume Silinder m3
V
c Volume sisa di silinder m3AFR Rasio campuran bahan bakar dan udara
