OLEH : DADANG HIDAYAT ( ) DOSEN PEMBIMBING : Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT.

STUDI EKSPERIMENTAL PENGARUH PENAMBAHAN COOLANT PADA RADIATOR TERHADAP UNJUK KERJA DAN EMISI GAS BUANG MESIN SINJAI BERBAHAN BAKAR

BI-FUEL ( PREMIUM - COMPRESSED NATURAL GAS (CNG) )

OLEH :

DADANG HIDAYAT ( 2112 105 027 )

DOSEN PEMBIMBING :

Dr. Bambang Sudarmanta, ST., MT.

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA

2014

TUGAS AKHIR

LATAR BELAKANG

Keunggulan CNG :

Bersifat Ringan

Nilai oktan lebih tinggi

Tidak bersifat Korosif

Ramah Lingkungan

LATAR BELAKANG

LATAR BELAKANG

Perbandingan Properties Gasoline dengan Compressed Natural Gas (CNG)

PROPERTIES GASOLINE CNG

Angka Oktan (RON) 80-90 110-120

Density (kg/m³) 749 0.772

Heat of vaporization (kJ/kg) 305 509

Stoichiometric AFR 14.6 17

Lower heating value (MJ/kg) 44 47,669

Higher heating value (MJ/kg) 47.3 55.5

Laminar burning velocity (m/s) 0.5 0.43

Titik Nyala ( ^oC ) 480-550 650

Molar mass 110 18.76

Lower heating value of stoic. mixture (MJ/kg) 2.83 2.72 Stoichiometric mixture density (kg/m³) 1.38 1.24

Sumber: 1). Atok Setyawan: 2012 dalam BIMTEK BBG-DIRJEN MIGAS.

2). Proyek transportasi kota yang berkelanjutan : 2000.

PERUMUSAN MASALAH

Bagaimana karakteristik dari coolant sebagai cairan pengisi radiator

variasi penambahan coolant pada radiator dengan komposisi tertentu

Unjuk Kerja

Emisi

BATASAN MASALAH

Radiator yang digunakan adalah radiator dari mesin Sinjay dengan model LJ276MT-2 yang terletak di Laboratorium Teknik Pembakaran dan Bahan Bakar Teknik Mesin ITS

Analisa fouling tidak diikut sertakan

Tidak ada kebocoran dalam sistem

Bensin yang digunakan adalah bensin standar yang beredar dipasaran (hasil produksi PT.Pertamina)

Percobaan menggunakan mesin bensin dua silinder empat langkah yang telah dimodifikasi pada bagian saluran isap untuk mensuplai CNG.

Kondisi mesin bensin dalam keadaan standar.

Tidak membahas mengenai pembuatan CNG serta reaksi kimia yang terjadi.

Kondisi peralatan yang digunakan saat pengambilan data diasumsikan terkalibrasi.

TUJUAN PENELITIAN

Mengetahui karakteristik dari coolant dan kemampuannya dalam mendinginkan mesin

Mengetahui performansi dan emisi gas buang dari mesin bensin berbahan bakar CNG dengan variasi

penambahan coolant pada radiator

Mengetahui perubahan kondisi operasional pada

mesin berbahan bakar bi fuel dengan variasi

penambahan coolant dengan komposisi tertentu.

MANFAAT PENELITIAN

Menambah pengetahuan tentang sistem pendinginan mesin

Diharapkan dapat menambah wawasan dan pengetahuan mahasiswa secara umum dan penulis khususnya mengenai variasi penambahan radiator coolant terhadap performansi dan emisi dari mesin bensin berbahan bakar CNG

Diharapkan dapat dipakai sebagai acuan dan referensi untuk pengembangan penelitian selanjutnya.

TINJAUAN PUSTAKA

Komposisi kimia Prosentase (%)

Methana (CH₄) Ethana (C₂H₆) Propane (C₃H₈)

Iso-Butane (i-C₄H₁₀) N- Butane (n-C₄H₁₀) Iso-Pentane (i-C₅H₁₂) N-Pentane (n-C₅H₁₂) Nitrogen (N₂)

Car. Diodxida (C0₂) Hexane C₆+(C₆H₁₄) Oxygen

Carbon monoxide

98,7583 0,3816 0,1527 0,0445 0,0275 0,0151 0,0081

0,4 0,1723 0,0399

- -

Total 100

Sumber : PT. Pgas solution , Wilayah Surabaya KOMPOSISI KIMIA CNG

PENELITIAN TERDAHULU

Waleed Nessim dan Fujun Zhang ( 2012 )

Powertrain Warm-up Improvement using Thermal Management Systems

mapping panas yang dilepaskan dari mesin menuju sistem pendingin yang

menggunakan fluida air.

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil mapping adalah bahwa panas yang

dibuang ke coolant semakin naik dengan meningkatnya putaran mesin

Tidak terdapat perbedaan yang terlalu jauh antara eksperimen dan

simulasi.

PENELITIAN TERDAHULU

Gatot Soebiyakto (2011)

Pengaruh penggunaan water coolant terhadap performance mesin diesel

Kesimpulan:

Penggunaan water coolant pada mesin diesel tidak mempengaruhi nilai torsi. Torsi yang didapat

adalah sama baik tanpa campuran water coolant atau pun dengan campuran water coolant.

Penambahan water coolant berpengaruh terhadap daya mesin,semakin banyak campuran water coolant semakin menurun juga daya yang diperoleh,hal ini disebabkan dengan campuran water coolant mesin bekerja lebih extra dari pada

tanpa water coolant.

Tidak terdapat pengaruh yang besar terhadap tekanan efektif rata-rata yang disebabkan oleh

campuran water coolant

2 2.2 2.4

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Torsi (Kg.m)

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant terhadap Torsi rata-rata

Torsi

5 6 7 8

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Daya ( HP )

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant Terhadap Daya Indikator dan Efektif rata-rata

Ni Ne 1

1.5 2

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Tekanan (Kg/cm²)

Campuran Water Coolant (Liter)

Grafik Hubungan Campuran Water Coolant terhadap tekanan Indikator dan Efektif rata-

rata

Pi Pe

PENELITIAN TERDAHULU

A Technical Review of Compressed Natural Gas as an Alternative Fuel for Internal Combustion Engines

Semin dan Abu Bakar Rosli (2008)

Hasil Penelitian :

 CNG adalah satu-satunya bahan bakar yang lebih murah daripada bensin atau solar

 CNG memiliki inheren rendah emisi sehingga mengurangi efek rumah kaca

METODOLOGI PENELITIAN

EKSPERIMENTAL Mesin Sinjai 2 Silinder 650 cc dimodifikasi menjadi bi-fuel

Dilakukan penambahan coolant pada radiator dengan variasi komposisi

tertentu

Pengujian :

Unjuk kerja dengan Waterbrake Dynamometer

Emisi gas buang dengan Exhaust Gas Analyzer

Temperatur dengan Thermocouple Hasil :

Torsi

Emisi : CO, CO_2, HC

Temperatur :

Mesin, Oli, Exhaust, Temperatur air masuk dan keluar radiator

TAHAPAN PENELITIAN

1. Mesin Sinjai 2 Silinder 650 cc dimodifikasi menjadi bi-fuel

Injektor CNG

Multi Point MAP CNG Filter CNG Pressure Reducer

Solenoid Valve Filling Valve

Tabung CNG

TAHAPAN PENELITIAN

2. Setting Alat Ukur

TAHAPAN PENELITIAN

3. Melakukan Variasi penambahan coolant pada radiator dengan komposisi tertentu

Variasi komposisi cairan pengisi radiator yaitu dengan persentase volume total :

0% coolant & 100% air.

25% coolant & 75% air

50% coolant & 50% air,

75% coolant & 25% air,

PERALATAN PENGUJIAN

1. Mesin Uji Spesifikasi mesin uji

Model Sinjai

Jumlah Silinder 2 Silinder

Type Inline

Pendinginan mesin Radiator Diameter x langkah 76 x 71mm Rasio Kompresi 9.0 : 1

Daya maksimum 18kW pada putaran 4500 rpm

Torsi Maksimum 49N.m pada putaran 2700-3300 rpm

Kecepatan idle 900 + 50 rpm

Volume Langkah 0.322 liter per silinder Arah Putaran Counter Clockwise

PERALATAN PENGUJIAN

2.Radiator

No Data Nilai

1 Volume radiator PxLxT = 440mm x42 mmx255mm

2 Diameter tube 6 mm

3 Panjang tube 255 mm

4 Jumlah baris tube 2

5 Jumlah tube tiap baris 22

6 Jarak antar tube 17 mm

7 Jumlah tube arah transfersal 2

8 Jumlah tube arah

longitudinal 22

90 Tebal fin 0.3 mm

10 Jumlah fin 159

11 Panjang fin 440 mm

12 Lebar fin 16 mm

13 Jarak antar fin 2 mm

PERALATAN PENGUJIAN

3. Pertamina Coolant

ALAT UJI

Waterbrake

Dynamometer Digital Thermometer Exhaust Gas Analyzer

Mengukur :

Torsi

Mengukur :

T. Mesin

T. Oli

T. Exhaust

T. Air masuk dan keluar Radiator

Mengukur :

Emisi Gas Buang CO, CO_2, dan HC

ALAT UJI

Pitot Static Tube

Tabung Konsumsi Bahan Bakar

Stop Watch

SKEMA PENGUJIAN

HASIL PENELITIAN

Grafik Temperatur Engine fungsi Putaran Mesin

70 80 90 100 110

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Temperatur Engine (ºC)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Engine terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Torsi fungsi Putaran Mesin

25 35 45 55

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Torsi (Nm)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Torsi terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin Bensin 100%

0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Daya fungsi Putaran Mesin

5 9 13 17 21

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Daya (kw)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Daya terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin Bensin 100%

0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik fungsi Putaran Mesin

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

SFC

Putaran Mesin (rpm)

Grafik SFC terhadap Putaran Mesin

Data Standar Bensin Bensin 100%

0 % Coolant 25 % coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Tekanan Efektif Rata-rata fungsi Putaran Mesin

550 650 750 850 950

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

BMEP (KPa)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik BMEP terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Air Fuel Ratio fungsi Putaran Mesin

10 12 14 16 18 20 22

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

AFR

Putaran Mesin (rpm )

Grafik AFR terhadap putaran mesin

Bensin 100 % 0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Effisiensi Volumetrik fungsi Putaran Mesin

15 25 35 45 55 65 75 85 95

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Effisiensi Volumetrik

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Effisiensi Volumetrik terhadap putaran mesin

Bensin 100 % 0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

Grafik Temperatur Exhaust & Inlet Radiator fungsi Putaran Mesin

450 500 550 600 650 700 750

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Termperatur Exhaust (ºC)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Exhaust terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

65 85 105 125

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Temperatur Inlet Radiator (ºC)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Inlet Radiator terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

Grafik Temperatur Outlet Radiator & Oli fungsi Putaran Mesin

70 85 100 115

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

TemperaturOutletRadiator (ºC)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Outlet Radiator terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % Coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

85 100 115 130

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

TemperaturOli(ºC)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Temperatur Oli terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

HASIL PENELITIAN

Grafik Emisi Gas HC fungsi Putaran Mesin

350 400 450 500 550 600 650 700

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emisi Gas HC (ppm)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas HC terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

Grafik Emisi Gas CO & CO2 fungsi Putaran Mesin

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5

1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emisi Gas CO (%)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas CO terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Emisi Gas CO2 (%)

Putaran Mesin (rpm)

Grafik Emisi Gas CO2 terhadap Putaran Mesin

Bensin 100 % 0 % coolant 25 % Coolant 50 % Coolant 75 % Coolant

KESIMPULAN DAN SARAN

KESIMPULAN

Torsi rata-rata tertinggi mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi 50 % coolant, yaitu sebesar 41,08 N.m. Namun, masih lebih rendah 5,07 % jika dibandingkan dengan torsi rata-rata pada mesin berbahan bakar bensin.

Daya rata-rata tertinggi mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi 50 % coolant, yaitu sebesar 14,99 kW. Namun, masih lebih rendah 4,76 % jika dibandingkan dengan daya rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata terendah mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi 25 % coolant, yaitu sebesar 0,23 . Lebih rendah 12,81 % jika dibandingkan dengan konsumsi bahan bakar spesifik rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Tekanan efektif rata-rata tertinggi pada mesin berbahan bakar CNG terjadi pada komposisi 50

% coolant, yaitu sebesar 796,27 kPa. Namun, lebih rendah 5,07 % jika dibandingkan dengan tekanan efektif rata-rata mesin berbahan bakar bensin.

Efisiensi volumetrik mesin dengan bahan bakar bensin lebih tinggi jika dibandingkan dengan bahan bakar gas CNG. Sedangkan jika ditinjau dari komposisi coolant, tidak terdapat perbedaan yang signifikan dari effisiensi volumetrik dari masing-masing komposisi.

KESIMPULAN

Dengan karakteristik coolant yaitu boiling pointnya mencapai 165°C mampu mendinginkan mesin sampai 7,37 % pada komposisi 75 % coolant

Temperatur mesin rata-rata paling paling optimal terjadi pada komposisi 50 % coolant, yaitu sebesar 85,86 °C. Temperatur mesin ini lebih rendah 1,5 % jika dibandingkan dengan mesin dengan bahan bakar bensin.

Kandungan emisi gas HC relatif sama pada setiap komposisi cairan pengisi radiator, yaitu mengalami penurunan sekitar 13 % - 15 % jika dibandingkan dengan mesin berbahan bakar bensin.

Kandungan gas CO pada variasi komposisi coolant relatif sama yaitu mengalami penurunan sekitar 48 % - 57 % jika dibandingkan dengan mesin berbahan bakar bensin.

Kandungan gas CO2 pada variasi komposisi coolant relatif sama yaitu mengalami penurunan sekitar 11 % - 15 % jika dibandingkan dengan mesin berbahan bakar bensin.

SARAN

Perlu adanya penambahan gas flowmeter, agar laju aliran massa udara dan laju aliran massa bahan bakar dapat diukur secara akurat.

Perlu dilakukan tune up mesin agar mesin dalam keadaan prima saat diadakan pengujian sehingga data yang didapatkan menjadi lebih teliti.

TERIMA KASIH

MOHON KRITIK DAN SARAN DEMI KESEMPURNAAN TUGAS

AKHIR