MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN
BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN
SISTEM GAS MIXER
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROLAND SIHOMBING NIM : 090401081
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN
BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN
SISTEM GAS MIXER
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
ROLAND SIHOMBING NIM : 090401081
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
i Abstrak
Dalam penelitian ini dilakukan pengujian bahan bakar LPG sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimodifikasi dengan mengadopsi sitem gas mixer. Mesin diesel yang digunakan adalah Mesin Diesel Kama YL170F satu silinder 4 langkah dengan pendinginan udara. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran 2400-3400 rpm. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengubah sistem pembakaran yang pada awalnya menggunakan sistem pengabutan bahan bakar menjadi sistem gas mixer dan penggunaan pemantik api (busi) agar pembakaran dapat terjadi. Parameter yang diamati adalah daya, torsi, konsumsi bahan bakar solar dan LPG, perbandingan udara-bahan bakar dan efisiensi thermal.
Hasil dari penelitian ini akan terlihat pengaruh bahan bakar LPG terhadap parameter performansi mesin diesel tanpa mengalami detonasi dan ketukan ketika mesin beroperasi.
ii 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 : “Modifikasi Mesin Diesel Satu Silinder berbahan bakar Solar
menjadi LPG dengan Menggunakan Sistem Gas Mixer”
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 R. Sihombing SE. dan Ibunda A.br Simanjuntak, 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.
iii 7. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat
penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
8. Kepada adinda Saya tercinta Fransisca Natalia Sihombing, Yolan Puspasari Sihombing, dan Angel Rizky Partuaan Sihombing yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai
9. Thyo Fany Siahaan, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai.
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
iv
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iv
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Tujuan Pengujian ... 1
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Manfaat Pengujian ... 2
1.5 Metodologi Penulisan ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
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 ... 9
2.2.3 Sifat-Sifat LPG ... 9
2.2.4 Bahaya LPG ... 14
2.3 Mesin Diesel Empat Langkah ... 14
2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel Empat Langkah... 15
2.3.2 Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah ... 16
2.3.3 Unjuk Kerja Mesin Diesel Empat Lankah ... 18
2.4 Performansi Motor Bakar... 19
2.4.1 Torsi, Tekanan Efektif Rata-Rata dan Daya ... 20
2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 21
2.4.3 Efisiensi Thermal ... 21
2.4.4 Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) ... 22
v
2.4.6 Mesin Diesel yang Digunakan ... 23
2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto ... 23
2.5.1 Karburator ... 24
2.5.2 Penyalaan dengan Bunga Api ... 26
2.5.3 Saat Penyalaan dan Pembakaran ... 28
2.6 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 29
2.7 Generator Set ... 31
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 37
3.2 Alat dan Bahan ... 37
3.2.1 Alat ... 37
3.2.2 Bahan.... ... 50
3.3 Metode Pengumpulan data ... 50
3.4 Metode Pengolahan data ... 50
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 51
3.6 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi bahan bakar LPG ... 51
3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 59
3.8 Diagram Alir Penelitian ... 62
3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 63
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Daya ... 64
4.1.1 Besarnya Daya pada bahan bakar Solar Murni ... 64
4.1.2 Besarnya Daya pada bahan bakar LPG...66
4.2 Torsi ... 70
4.2.1 Besarnya Torsi pada bahan bakar Solar Murni ... 70
4.2.2 Besarnya Torsi pada bahan bakar LPG...73
vi
4.2.1 Besarnya bmep pada bahan bakar Solar Murni ... 77
4.2.2 Besarnya bmep pada bahan bakar LPG...80
4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 84
4.4.1 Besarnya SFC pada bahan bakar Solar Murni ... 85
4.4.2 Besarnya SFC pada bahan bakar LPG...87
4.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ... 91
4.5.1 Besarnya AFR pada bahan bakar Solar murni ... 94
4.5.2 Besarnya AFR pada bahan bakar LPG... 97
4.6 Efisiensi Thermal Brake ... 101
4.6.1 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar Solar Murni ...102
4.6.2 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG....103
4.7 Efisiensi Volumetris ... 107
4.8 Nilai Ekonomis ... 109
4.8.1 Besarnya Nilai Ekonmois pada bahan bakar Solar Murni...109
4.8.2 Besarnya Nilai Ekonomis pada bahan bakar LPG...111
4.9 Hasil Pembakaran ... 115
4.10 Pengujian Emisi Gas Buang ... 118
4.10.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar Solar Murni ... 119
4.10.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar LPG...119
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 122
5.2 Saran ... 124
DAFTAR PUSTAKA ... xiii
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip kerja motor diesel 4 (empat) langkah ... 16
Gambar 2.2 Diagram alir prestasi mesin ... 17
Gambar 2.3 Pengetesan prestasi mesin ... 18
Gambar 2.4 Diagram P-V motor diesel ... 19
Gambar 2.5 Dampak dari pendahulu kontak ... 28
Gambar 2.6 P-V diagram jika pengapian terlalu cepat atau lambat ... 29
Gambar 2.7 Generator set... 31
Gambar 3.1 Mesin Diesel KAMA Model YL170...38
Gambar 3.2 Dinamo generator 1kW Yamaha ... 35
Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong-GA 401 ... 40
Gambar 3.4 OTC Technotest SMOKEMETER ... 41
Gambar 3.5 Multimeter ... 42
Gambar 3.6 Botol bahan bakar ... 43
Gambar 3.7 Stop Watch ... 43
Gambar 3.8 Manometer ... 44
Gambar 3.9 Regulator tekanan tinggi ... 44
Gambar 3.10 Selang SMC tekanan tinggi ... 45
Gambar 3.11 Karburator ... 45
Gambar 3.12 Intake manifold ... 46
Gambar 3.13 Busi ... 46
Gambar 3.14Ignition coil ... 47
Gambar 3.15 Universal joint ... 48
Gambar 3.16 Crank angle signal ... 48
Gambar 3.17 Rangkain lampu ... 49
Gambar 3.18 Alat-alat perbengkelan ... 49
Gambar 3.19 Tabung gas LPG ... 50
Gambar 3.20 Pandangan atas cylinder head ... 51
Gambar 3.21 Pandangan bawah cylinder head... 52
Gambar 3.22Pandangan atas cylinder head setelah modifikasi ... 53
viii
Gambar 3.24 Pemasangan crank angle signal ... 54
Gambar 3.25 Pemasangan manometer ... 54
Gambar 3.26 Pemasangan regulator gas tekanan tinggi ... 55
Gambar 3.27 Pemasangan tachometer ... 55
Gambar 3.28Ignition coil ... 56
Gambar 3.29 Proses pembuatan rangka mesin ... 56
Gambar 3.30 Pemasangan dinamo generator ... 57
Gambar 3.31 Pemasangan universal joint ... 57
Gambar 3.32 Pemasangan panel unit ... 58
Gambar 3.33 Generator set diesel berbahan bakar LPG ... 58
Gambar 3.34 Diagram alir modifikasi ... 59
Gambar 3.35 Diagram alir penelitian... 62
Gambar 3.36 Diagram alir penelitian Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .. 63
Gambar 4.1 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar solar murni ... 66
Gambar 4.2 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar LPG ... 68
Gambar 4.3 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 400 watt ... 68
Gambar 4.4 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 800 Watt ... 69
Gambar 4.5 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar solar murni ... 72
Gambar 4.6 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar LPG ... 75
Gambar 4.7 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 400 Watt ... 75
Gambar 4.8 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 800 Watt ... 76
Gambar 4.9 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar solar murni ... 80
Gambar 4.10 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar LPG... 83
Gambar 4.11 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 400 Watt ... 83
Gambar 4.12 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 800 Watt ... 84
Gambar 4.13 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar solar murni ... 87
Gambar 4.14 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar LPG ... 89
ix
pada beban 800 Watt ... 90
Gambar 4.17 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar solar murni ... 96
Gambar 4.18 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar LPG ... 99
Gambar 4.19 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 400 Watt ... 100
Gambar 4.20 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 800 Watt ... 100
Gambar 4.21 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar solar murni ... 103
Gambar 4.22 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar LPG ... 105
Gambar 4.23 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 400 Watt ... 106
Gambar 4.24 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 800 Watt ... 106
Gambar 4.25 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni ... 111
Gambar 4.26 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar LPG... 113
Gambar 4.27 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 400 Watt ... 113
Gambar 4.28 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 800 Watt ...114
Gambar 4.29 Kondisi awal blok silinder sebelum digunakan dalam pengujian ... 115
Gambar 4.30 Kondisi awal cylinder head sebelum digunakan dalam pengujian ... 115
Gambar 4.31 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ... 116
Gambar 4.32 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ... 116
Gambar 4.33 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG ... 117
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar... 7 Tabel 2.2 Perbedaan motoor diesel dan motor bensin ... 18 Tabel 4.1 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 400 Watt selama
5 menit ... 65 Tabel 4.2 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 800 Watt selama
5 menit ... 65 Tabel 4.3 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 400
Watt ... 67 Tabel 4.4 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 800
Watt ... 67 Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt... 71 Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 800 Watt... 72 Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 73 Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 74 Tabel 4.9 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt... 78 Tabel 4.10 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi
putaran dan beban tetap 800 Watt... 79 Tabel 4.11 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 81 Tabel 4.12 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi
putaran dan beban tetap 400 Watt ... 82 Tabel 4.13 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban
400 Watt ... 86 Tabel 4.14 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban
xi 400 Watt ... 88 Tabel 4.16 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada beban
800 Watt ... 88 Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban
400 Watt ... 95 Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban
800 Watt ... 96 Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban
400 Watt ... 98 Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban
800 Watt ... 99 Tabel 4.21 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
solar murni beban 400 Watt...102 Tabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
solar murni beban 800 Watt...103 Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
LPG beban 400 Watt...104 Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar
LPG beban 800 Watt...105 Tabel 4.25 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni
beban 400 Watt...110 Tabel 4.26 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt...110 Tabel 4.27 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban
400 Watt...112 Tabel 4.28 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban
xii DAFTAR NOTASI
SIMBOL KETERANGAN SATUAN
PB Daya Keluaran Watt
LHV 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
tf Waktu pengujian yang ditentukan menit
T Torsi keluaran mesin N.m
Massa Jenis kg/m3
V Tegangan Volt
I Arus Ampere
Volume bahan bakar mL
bmep Tekanan efektif rata-rata kPa
Vd Volume ruang bakar m3
Vc Volume sisa ruang bakar saat TMA m3
B Diameter silinder m
S Panjang langkah (Stroke) m
