1
PENGARUH MAGNETASI BAHAN BAKAR DAN
PENGGUNAAN KATALITIK TERHADAP
EMISI GAS BUANG, TEMPERATUR AIR PENDINGIN DAN
OLI PADA MESIN DIESEL SATU SILINDER
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Adi Martuah Sinaga
110421042
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
10 ABSTRAK
Tingginya emisi yang dihasilkan oleh mesin diesel yang berakibat buruk terhadap lingkungan adalah hal yang melatar belakangi timbulnya pengujian ini. Untuk itu, penting dilakukan magnetasi sebelum bahan bakar memasuki ruang bakar dan penambahan katalitik pada knalpot. Tujuan penelitian untuk mengetahui pengaruh magnetasi bahan bakar dan katalitik konverter terhadap penurunan kadar emisi gas buang. Magnetasi bahan bakar dilakukan pada saluran (selang) bahan bakar sebelum bahan bakar memasuki ruang bakar dan pemasangan magnet pada saluran bahan bakar dipasang setelah saringan bahan bakar, sedekat mungkin dengan ruang bakar. Sedangkan katalitik dipasang pada saluran gas buang (knalpot berkatalitik). Data diperoleh langsung dari pembacaan alat ukur emisi gas buang (CO, HC, Opasitas), temperatur air pendingin dan temperatur oli yang kemudian hasilnya dijabarkan dalam bentuk tabel dan grafik. Temperatur air mengalami kenaikan pada saat katalitik konverter digunakan. Hal ini disebabkan oleh gas buang yang keluar melalui katalitik sedikit terhambat sebelum emisi dibuang kelingkungan, akibat penyaringan dan sekat-sekat yang ada dalam knalpot berkatalitik. Magnetasi bahan bakar dengan menggunakan magnet EV-1 yang memiliki gauss sebesar 2500, dapat mengurangi emisi rata-rata diatas 15-20% dibanding tidak memakai magnet dan penambahan katalitik pada saluran buang (knalpot).
11 ABSTRACT
The highly emissions produced by diesel engines that adversely impact to the environment is the background for the emergence of this testing. For that, magnetation before fuel enters the combustion chamber and the exhaust catalytic additions become important. The purpose of research to determine the effect magnetation of fuel and catalytic converters to decreased levels of exhaust emissions. Magnetation conducted on channel (hose) of fuel before the fuel enters the combustion chamber and mounting magnets on fuel channel was installed after the fuel filter and as close as possible to the combustion chamber. Catalytic mounted in the exhaust gas duct (exhaust with catalytic). Data were obtained directly from the measuring instrument readings exhaust emissions (CO, HC, Opacity), cooling water temperature and oil temperature, then results described in the form of tables and graphs. Water temperature has increased during the catalytic converter is used. This is caused by exhaust gases exit through the catalytic slightly delayed before emissions disposed to the environment, due to the filtering and the barriers that exist in the catalytic exhaust. Magnetation of fuel by using magnets EV-1 which has a gauss of 2500, can reduce average emissions over 15-20% compared to not using magnetic and catalytic addition of the exhaust (muffler).
12 KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat yang diberikanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul Tugas Sarjana ini yaitu “Pengaruh Magnetasi Bahan Bakar dan Penggunaan Katalitik
Terhadap Emisi Gas Buang, Temperatur Air Pendingin dan Oli Pada Mesin Diesel Satu Silinder”
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini, penulis mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Ir. M. Syahril Gultom,MT sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
3. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc selaku Ketua PPSE Departemen Teknik Mesin USU
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 5. Kedua orang tua penulis, Ayahanda St S. Sinaga dan Ibunda L. Br
Peranginangin, yang telah memberikan dukungan doa, materi dan semangat yang sangat luar biasa.
6. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.
7. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2011 juga teman- teman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
Penulis menyadari sepenuhnya Tugas Sarjana ini masih jauh dari kesempurnaan dan banyak kekurangannya. Untuk itu penulis sangat
13
mengharapkan adanya saran dari para pembaca untuk memperbaiki dan melengkapi penulisan ini ke depannya, penulis berharap semoga tulisan ini dapat berguna dan memperkaya ilmu pengetahuan bagi para pembaca. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih.
Medan, April 2015
Penulis,
Adi Martuah Sinaga NIM. 110421042
14 DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTARA TABEL ... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 2 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Manfaat Penelitian ... 3 1.5 Metodologi Penulisan ... 3 1.6 Sistematika Penulisan ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar ... 6
2.1.1 Bahan Bakar Diesel ... 6
2.1.2 Karakteristik Bahan Bakar Diesel (Solar) ... 6
2.2 Mesin Diesel ... 9
2.2.1 Siklus Diesel Ideal ... 10
2.2.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 11
2.2.3 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ... 15
2.2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 19
2.2.5 Air Fuel Ratio (AFR) ... 21
2.2.6 Efisiensi Thermal ... 22
2.3 Proses Terbentuknya Gas Buang ... 22
2.4 Katalitik Konverter ... 23
2.5 Magnet ... 26
2.5.1 Asal Kemagnetan ... 26
2.5.2 Medan Magnet ... 27
2.5.3 Jenis Material Magnet ... 30
15
2.6 Efek Magnetasi Pada Bahan Bakar Diesel ... 31
2.6.1 Reaktifitas Molekul ... 31
2.7 Pelumasan ... 33
2.7.1 Pengertian Pelumasan ... 33
2.7.2 Sifat - Sifat Minyak Pelumas ... 36
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 38
3.2 Alat dan Bahan ... 38
3.2.1 Alat ... 38
3.2.2 Bahan ... 42
3.3 Metode Pengumpulan Data ... 44
3.4 Metode Pengolahan Data ... 44
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 44
3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 45
3.7 Prosedur Pengujian Mesin Diesel ... 46
3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 48
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 50
4.2 Emisi Gas Buang ... 51
4.2.1 Kadar CO (%) ... 51
4.2.2 Kadar HC (ppm) ... 56
4.2.3 Kadar Opasitas (%) ... 61
4.3 Temperatur Air Pendingin ... 65
4.4 Temperatur Oli ... 70
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 75
5.2 Saran ... 76
16 DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Kategori Minyak Solar ... 8
Tabel 2.2 Karakteristik Minyak Solar Indonesia ... 9
Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan Bom Kalorimeter ... 51
Tabel 4.2 CO Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 52
Tabel 4.3 CO Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 53
Tabel 4.4 CO Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 54
Tabel 4.5 CO Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 55
Tabel 4.6 HC Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 56
Tabel 4.7 HC Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 57
Tabel 4.8 HC Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 58
Tabel 4.9 HC Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 60
Tabel 4.10 Opasitas Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 61
Tabel 4.11 Opasitas Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 62
Tabel 4.12 Opasitas Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 63
Tabel 4.13 Opasitas Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 64
Tabel 4.14 Temperatur Air Pendingin Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 66
Tabel 4.15 Temperatur Air Pendingin Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 67
Tabel 4.16 Temperatur Air Pendingin Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 68
Tabel 4.17 Temperatur Air Pendingin Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 69
17
Tabel 4.18 Temperatur Oli Tanpa Katalitik dan Pembebanan 3,5 Kg ... 70
Tabel 4.19 Temperatur Oli Dengan Katalitik dan Pembebanan 3,5 Kg ... 71
Tabel 4.20 Temperatur Oli Tanpa Katalitik dan Pembebanan 4,5 Kg ... 72
18 DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram P–V dan Diagram T-s Siklus Ideal Diesel ... 10
Gambar 2.2 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 11
Gambar 2.3 Langkah Hisap ... 12
Gambar 2.4 Langkah Kompresi ... 13
Gambar 2.5 Langkah Usaha ... 14
Gambar 2.6 Langkah Buang ... 14
Gambar 2.7 Proses Pembakaran Motor Diesel ... 16
Gambar 2.8 Catalitik Converter ... 24
Gambar 2.9 Kutub-Kutub Magnet ... 27
Gambar 2.10 Formasi Serbuk Besi yang Dipengaruhi Medan Magnet ... 29
Gambar 2.11 Declustering Molekul Hidrokarbon yang Melewati Magnet ... 32
Gambar 3.1 Mesin Diesel TD111 4-Langkah 1 Silinder dan TD115 ... 38
Gambar 3.2 IC Engine Instrumentation TD114 ... 39
Gambar 3.3 Heshbon Opacity Smokemeter HD-410... 40
Gambar 3.4 Heshbon Automative Emission Analyzer HG-510 ... 40
Gambar 3.5 Katalitik Konverter... 41
Gambar 3.6 Thermocouple ... 42
Gambar 3.7 Magnet I (Magnet EV-1) dan Letak Pemasangannya ... 43
Gambar 3.8 Magnet II (Magnet D1 Spec) dan Letak Pemasangannya ... 43
Gambar 3.9 Magnet III (Magnet Femax Biru) dan Letak Pemasangannya ... 43
Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian Mesin ... 47
Gambar 3.11 Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ... 49
Gambar 4.1 Grafik CO Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 52
19
Gambar 4.3 Grafik CO Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 54
Gambar 4.4 Grafik CO Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 55
Gambar 4,5 Grafik HC Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 57
Gambar 4.6 Grafik HC Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 58
Gambar 4.7 Grafik HC Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 59
Gambar 4.8 Grafik HC Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 60
Gambar 4.9Grafik Opasitas Tanapa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 61
Gambar 4.10 Grafik Opasitas Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 62
Gambar 4.11 Grafik Opasitas Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 63
Gambar 4.12Grafik Opasitas Dengan Katalitik Pembebeanan 4,5 Kg ... 65
Gambar 4.13 Grafik Temperatur Air Pendingin Tanpa Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 66
Gambar 4.14 Grafik Temperatur Air Pendingin Dengan Katalitik Pembebanan 3,5 Kg ... 67
Gambar 4.15 Grafik Temperatur Air Pendingin Tanpa Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 68
Gambar 4.16 Grafik Temperatur Air Pendingin Dengan Katalitik Pembebanan 4,5 Kg ... 69
Gambar 4.17 Grafik Temperatur Oli Tanpa Katalitik dan Pembebanan 3,5 Kg... 71
Gambar 4.18 Grafik Temperatur Oli Dengan Katalitik dan Pembebanan 3,5 Kg ... 72
Gambar 4.19 Grafik Temperatur Oli Tanpa Katalitik dan Pembebanan 4,5 Kg... 73
Gambar 4.20 Grafik Temperatur Oli Dengan Katalitik dan Pembebanan 4,5 Kg ... 74
