123dok Pengujian Perbandingan Performa Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar Dengan Mesin Diesel Berbahan Bakar

PENGUJIAN PERBANDINGAN PERFORMA MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR SOLAR DENGAN MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR CAMPURAN (SOLAR-KEROSENE)

SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik

CHRISTIAN. I . SITOMPUL NIM. 05 0401 103

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011

Universitas Sumatera Utara

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

AGENDA DITERIMA TGL PARAF

: 1016/TS/2011 : :

TUGAS SARJANA NAMA

: CHRISTIAN. I. SITOMPUL

NIM

: 05 0401 103

MATA PELAJARAN

: MOTOR BAKAR

SPESIFIKASI

: PENGUJIAN PERBANDINGAN PERFORMA MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR SOLAR DENGAN

MESIN

DIESEL

BERBAHAN

BAKAR CAMPURAN, SOLAR-KEROSENE___ _________________________________________ _________________________________________

DIBERIKAN TANGGAL SELESAI TANGGAL

: 20 /08 /2011 : / /

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN,

DOSEN PEMBIMBING

DR.Ing.Ir.IKHWANSYAH ISRANURI NIP. 19641224199211101

Ir. MULFI HAZWI,M.Sc NIP. 194910121981031002


ABSTRAK

Untuk mengetahui perbandingan performa antara mesin diesel berbahan bakar solar dan mesin diesel berbahan bakar campuran solar-kerosene, pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode Uji eksperimental. Pada penelitian ini, proses pengujian dilakukan dengan menggunakan Mesin Diesel 4-langkah 4silinder (TecQuipment type.TD4A-001), pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. Perbandingan campuran solar dengan kerosene ditetapkan 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30. Melalui penelitian dengan metode Uji eksperimental ini diharapkan diperoleh data akurat mengenai efek dari penggunaan kerosene sebagai campuran pada bahan bakar solar, terutama dalam hal performansi pada motor bakar.

Kata kunci : Motor Bakar, Performansi mesin diesel, Kerosene.


KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Pengujian Perbandingan Performa Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar dengan Mesin Diesel Berbahan Bakar Campuran (Solar-Kerosene)”. Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT dan Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku dosen penguji. 3. Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Bapak /Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.


5. Orang tua penulis, Ayahanda R.Sitompul dan Ibunda R br Panggabean, juga adik-adik penulis Serta Seluruh keluarga besar Yang selalu memberikan penulis dukungan doa dan nasehat selama studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 6. Nidya Ginting, Anugerah bagi penulis yang selalu sabar dalam memotivasi dan membangkitkan semangat penulis saat terpuruk, sehingga penulis mampu majalani kesibukan serta menyelesaikan studi dan skripsi. 7. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, Khususnya Stambuk 05 dan 07, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. “Mesin Jaya - Solidarity Forever” 8. Para penghuni Kontrakan 96c, baik itu PT maupun PGT, “Gotter Segnen Unser” 9. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin yang membantu dan membimbing penulis dalam pengambilan data di Laboratorium. Penulis menyadari masih terdapat bayak kekurangan-kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk menyempurnakan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis mengucapkan banyak terima kasih.

Medan, Desember 2011 Penulis,

Christian. I . Sitompul


DAFTAR ISI ABSTRAK KATA PENGANTAR . .................................................................................. ..v DAFTAR ISI .................................................................................................. vii DAFTAR TABEL . ........................................................................................ .ix DAFTAR GAMBAR … ................................................................................. .x DAFTAR NOTASI........................................................................................ ..xi

BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang . ............................................................................. ..1 1.2 Tujuan . .......................................................................................... ..2 1.3 Manfaat . ........................................................................................ ..2 1.4 Batasan Masalah . .......................................................................... ..2 1.5 Sistematika Penulisan . .................................................................. ..3

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar . ................................................................................. ..4 2.2 Performansi Motor Diesel . ............................................................ ..5 2.3 Parameter Prestasi Mesin . ............................................................. ..7 2.3.1 Torsi dan Daya Keluaran . .................................................... ..7 2.3.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) . .................................. ..7 2.3.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR) . ............................. ..8 2.3.4 Efisiensi Volumetris ............................................................. ..9 2.4.2 Efisiensi Thermal Brake . ..................................................... 10 2.4 Teori Pembakaran . ........................................................................ 11 2.4.1 Nilai kalor bahan bakar . ....................................................... 12 2.5 Bahan Bakar Diesel ....................................................................... 14 2.6 Kerosene . ...................................................................................... 15 2.7 Emisi gas buang . ........................................................................... 15 2.7.1 Bahan pencemar pada gas buang . ........................................ 15


BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Objek Penelitian . ........................................................................... 18 3.2 Sampel Penelitian .......................................................................... 18 3.3 Metode Pengumpulan Data . .......................................................... 18 3.4 Metode Pengolahan Data . ............................................................. 18 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar . ............................. 19 3.6 Prosedur Pengujian Nilai Performansi Motor Diesel .................... 22

BAB IV. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian nilai Kalor bahan bakar . ............................................... 26 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel . ................................ 29 4.2.1 Torsi . .................................................................................... 29 4.2.2 Daya . .................................................................................... 31 4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) . ................................. 33 4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) . ................... 37 4.2.5 Efisiensi Volumetris ............................................................. 41 4.2.6 Efisiensi Termal Brake . ....................................................... 44

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan . .................................................................................. 49 5.2 Saran . ............................................................................................ 50

DAFTAR PUSTAKA . ................................................................................... 51 LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar ....................................................................... 14 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A-001 ....................................................22 Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A-001 Instrument Unit................................................ 24 Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter........................28 Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk Torsi ...................................................... 30 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk Daya....................................................... 32 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc ......................................................... 35 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR ....................................................... 39 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk Efisiensi volumetris .............................. 42 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk Efisiensi termal brake ........................... 47


DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Proses pembakaran pada mesin diesel ............................................. 6 Gambar 2.2 Diagram P-V dan T-S siklus ideal motor diesel................................ 6 Gambar 3.1 Bom Kalorimeter ………………………………………………….19 Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar ……...…………...21 Gambar 3.3 Mesin uji TD4A-001 ....................................................................... 22 Gambar 3.4 TD4A-001 Instrumentation Unit …………………………….…… 24 Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel ................ 25 Gambar 4.1 Grafik HHV vs jenis bahan bakar ................................................... 29 Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg.....................31 Gambar 4.3 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg........................................ 36 Gambar 4.4 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg ....................................... 37 Gambar 4.5 Kurva Viscous flow meter calibration ............................................ 38 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg ………………….…… 40 Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg …………………….…41 Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg …………………….…41 Gambar 4.8 Grafik Effisiensi volumetric vs Putaran untuk beban 10 kg ........... 43 Gambar 4.8 Grafik Effisiensi volumetric vs Putaran untuk beban 25 kg ........... 44 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Thermal Brake untuk beban 10kg dan 25 kg ...... 48


DAFTAR NOTASI

LAMBANG

KETERANGAN

SATUAN

BFC

Fuel Consumption

L/jam

SFC

Specific Fuel Consumption

g/kWh

Laju aliran massa udara

(kg/s)

Tekanan udara

kPa

Efisiensi volumetric Massa jenis udara

kg/

Konstanta gas

kJ/kg-K

Temperatur udara

K

Daya keluaran

PS

n

Putaran mesin

rpm

T

Torsi keluaran mesin

N.m

HHV

Nilai kalor atas bahan bakar

kJ/kg

LHV

Nilai kalor bawah bahan bakar

kJ/kg

Cv

Panas jenis bom calorimeter

j/gr.o C

T kp

Kenaikan temperature akibat penyalaan

o

H2

Persentase hydrogen dalam bahan bakar

%

M

Persentase air dalam bahan bakar

%

PB

Daya keluaran

Watt

mf

Laju aliran bahan bakar

kg/jam

Vf

Volume bahan bakar yang diuji

ml

t

waktu untuk menghabiskan bahan bakar

detik

Volume langkah torak

m3

R

f

Vs b

Qlc

C

Efisiensi termal brake Kalor laten kondensasi uap air

kj/kg


ABSTRAK

Untuk mengetahui perbandingan performa antara mesin diesel berbahan bakar solar dan mesin diesel berbahan bakar campuran solar-kerosene, pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode Uji eksperimental. Pada penelitian ini, proses pengujian dilakukan dengan menggunakan Mesin Diesel 4-langkah 4silinder (TecQuipment type.TD4A-001), pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. Perbandingan campuran solar dengan kerosene ditetapkan 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30. Melalui penelitian dengan metode Uji eksperimental ini diharapkan diperoleh data akurat mengenai efek dari penggunaan kerosene sebagai campuran pada bahan bakar solar, terutama dalam hal performansi pada motor bakar.

Kata kunci : Motor Bakar, Performansi mesin diesel, Kerosene.


BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG Mesin diesel merupakan salah satu jenis dari motor bakar dalam. Pada mesin diesel, penyalaan bahan bakar terjadi karena bahan bakar diinjeksikan ke dalam silinder yang berisi udara dengan kondisi temperature dan tekanan tinggi. Oleh sebab itu, mesin diesel disebut juga dengan mesin dengan penyalaan kompresi. Sampai saat ini penggunaan mesin diesel tetap menjadi idola dalam dunia transportasi maupun dunia industri. Hal ini dikarenakan karakteristik dari mesin diesel yang memiliki rasio kompresi tinggi sehingga mampu menghasilkan daya yang besar. Solar merupakan jenis bahan bakar cair yang digunakan dalam proses pembakaran pada motor bakar. Solar yang dijual di pasaran merupakan campuran sejumlah produk yang dihasilkan dari berbagai proses. Melalui proses pencampuran (blending) tersebut maka sifat dari bahan bakar dapat diatur untuk memberikan karakteristik operasi seperti yang diinginkan. Salah satu sifat yang harus dimiliki solar adalah Cetane Number dari bahan bakar tersebut. Angka setana adalah angka yang menunjukkan berapa besar tekanan maksimum yang bisa diberikan di dalam mesin sebelum solar terbakar secara spontan. Motor dengan perbandingan kompresi yang lebih tinggi memerlukan angka setane yang lebih tinggi untuk mengurangi terjadinya knocking. Dan untuk menaikkan Cetane Number dari suatu bahan bakar biasa diperoleh dengan memberikan Zat aditif. Sedangkan Kerosene dalam studi ini akan digunakan sebagai bahan campuran solar. Kerosene (minyak tanah atau parafin) adalah cairan hidrokarbon yang tidak berwarna dan mudah terbakar. Kerosene ini merupakan hasil Distilasi (penyulingan) langsung dari minyak mentah. Kerosene diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada 150°C dan 275°C. Umumnya kerosene digunakan untuk bahan bakar lampu minyak tanah. Namun saat ini kerosene utamanya telah digunakan sebagai bahan bakar mesin Jet (AVTUR).


Namun demikian penggunaan kerosene sebagai alternatif campuran untuk bahan bakar solar masih sering dijumpai dalam kehidupan masyarakat, terutama saat terjadi kelangkaan bahan bakar solar. Oleh karena itu dilakukan studi mengenai penggunaan Kerosene sebagai campuran bahan bakar solar untuk mengetahui pengaruhnya terhadap unjuk kerja atau performa dari motor bakar mesin diesel.

1.2 TUJUAN Penelitian ini memiliki tujuan, yaitu : 1. Untuk mengetahui perbandingan performansi motor diesel yang menggunakan bahan bakar campuran solar dengan kerosene terhadap motor diesel yang menggunakan bahan bakar Solar. 2. Untuk mengetahui pengaruh penggunaan kerosene terhadap kondisi ruang bakar motor diesel. 1.3 MANFAAT Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai bahan referensi pengembangan

penelitian

dibidang

motor

bakar,

khususnya

mengenai

perbandingan performansi jika menggunakan bahan campuran yang berbeda. 1.4 BATASAN MASALAH Untuk memberikan gambaran yang lebih jelas mengenai masalah yang dikaji dalam penelitian ini, maka perlu kiranya diberikan batasan masalah sebagai berikut : 1. Mesin yang digunakan dalam simulasi ini adalah mesin diesel 4-langkar 4silinder ( TecQuipment type.TD4A-001), pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. 2. Tidak membahas secara detail tentang emisi gas buang hasil proses pembakaran. 3. Analisa dibatasi pada beban kerja dan rpm yang ditentukan.


1.5 SISTEMATIKA PENULISAN Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahai tulisan ini, maka skripsi ini dibagi ke dalam lima bab, yaitu BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, dan batasan masalah. BAB II DASAR TEORI, berisi dasar teori sesuai dengan judul penelitian yang diperoleh dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari buku - buku pedoman, e-book, jurnal, paper, skripsi, internet. BAB III METODOLOGI PENELITIAN, berisi metode pengujian, peralatan dan bahan serta prosedur kerja dari penelitian. BAB IV

ANALISA DATA DAN

PEMBAHASAN, berisi pembahasan dan analisa data yang diperoleh dari hasil pengujian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan dari hasil pengujian dan saran-saran. DAFTAR PUSTAKA dan LAMPIRAN.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 MOTOR BAKAR Jika meninjau jenis-jenis mesin, pada umumnya adalah suatu pesawat yang dapat merubah bentuk energi tertentu menjadi kerja mekanik. Misalnya, mesin listrik merupakan sebuah mesin yang kerja mekaniknya diperoleh dari sumber listrik, sedangkan mesin gas atau mesin diesel adalah mesin yang kerja mekaniknya diperoleh dari sumber pembakaran gas atau diesel oil. Selain daripada itu, ada cara lain peninjauan mesin misalnya mesin diesel yang dikategorikan sebagai mesin kalor. Yang dimaksud dengan mesin kalor disini adalah mesin yang menggunakan sumber energi termal untuk menghasilkan kerja mekanik, atau mesin yang dapat merubah energi termal menjadi kerja mekanik. Selanjutnya, jika ditinjau dari cara memperoleh sumber energi termal, jenis mesin kalor dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu : 1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine). Mesin pembakaran luar adalah mesin dimana proses pembakaran terjadi diluar mesin, energi termal dari hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding pemisah. Contohnya adalah mesin uap. 2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine). Mesin pembakaran dalam adalah mesin dimana proses pembakaran berlangsung di dalam mesin itu sendiri, sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam ini umumnya dikenal dengan sebutan motor bakar. Contoh dari mesin kalor pembakaran dalam ini adalah motor bakar torak dan turbin gas. Jenis motor bakar torak itu sendiri berdasarkan proses penyalaan bahan bakarnya terdiri dari dua bagian utama, yaitu : 1. Motor “Diesel”. Di dalam motor diesel, penyalaan bahan bakar terjadi dengan sendirinya karena bahan bakar disemprotkan ke dalam silinder yang berisi udara yang bertekanan dan bersuhu tinggi. Motor diesel ini disebut juga


dengan sebutan Compression Ignition Engine (CIE), sistem penyalaan inilah yang menjadi perbedaan pokok antara motor bensin dengan motor diesel. 2. Mesin bensin atau motor bensin dikenal dengan mesin “Otto” atau mesin “Beau Des Rochas”. Pada motor bensin, penyalaan bahan bakar dilakukan oleh percikan bunga api listrik dari antara ke dua elektroda busi. Oleh sebab itu, motor bensin dikenal juga dengan sebutan Spark Ignition Engine (SIE). Sedangkan berdasarkan siklus langkah kerjanya, motor bakar dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis, yaitu : 1. Motor dua langkah. Pengertian dari motor dua langkah adalah motor yang pada dua langkah piston (satu putaran engkol) sempurna akan menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja). 2. Motor empat langkah. Pengertian dari motor empat langkah adalah motor yang pada setiap empat langkah piston (dua putaran sudut engkol) sempurna menghasilkan satu tenaga kerja (satu langkah kerja).

2.2 PERFORMANSI MOTOR DIESEL Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam. Karakteristik utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar yang lain terletak pada metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam mesin diesel bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi. Selama proses pengkompresian udara dalam silinder mesin, suhu udara meningkat sehingga ketika bahan bakar yang berbentuk kabut halus bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan bakar akan menyala dengan sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena alas an ini mesin diesel juga disebut mesin penyalaan kompresi (Compression Ignition Engine). Motor diesel memiliki perbandingan kompresi berkisar 11:1 hingga 26:1, jauh lebih tinggi dibandingkan motor bakar bensin yang hanya berkisar 6:1 sampai 9:1. Konsumsi bahan bakar spesifik mesin diesel lebih rendah (kira-kira 25 %) dibanding mesin bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi menjadikan tekanan kerjanya juga tinggi.


2.3 PARAMETER PRESTASI MESIN Karateristik unjuk kerja suatu motor bakar dinyatakan dalam beberapa parameter diantaranya adalah konsumsi bahan bakar, konsumsi bahan bakar spesifik, perbandingan udara-bahan bakar, daya keluaran. Rumus-rumus dari beberapa parameter yang digunakan dalam menentukan unjuk kerja motor bakar torak adalah sebagai berikut : 1. Torsi dan Daya Keluaran (N e ) Torsi yang dihasilkan dari sebuah mesin dapat diukur dengan menggunakan torquemeter yang dikopel dengan poros output mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (brake power) dan dapat dikalkulasikan dalam bentuk persamaan 2.36 berikut ini. =

........... 2.36 [Lit.2]

dimana : = Daya keluaran (PS) n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi keluaran mesin (mkg)

2. Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumption, SFC) Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin karena dengan mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu. Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam satuan kg/jam, maka dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini: .

m f x 10 3 Sfc = PB

........2.27 [Lit.3]

dimana : Sfc

= Konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)


mf

= laju aliran bahan bakar (kg/jam). .

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan berikut : mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600

dimana : sg f = spesific gravity

Vf

= Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

tf

= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

3. Perbandingan udara bahan bakar (AFR) Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar disebut juga dengan Air Fuel Ratio (AFR) dirumuskan dengan persamaan 2.28 berikut ini. ......... 2.28 [Lit.3]

=

dimana : = Massa udara (kg) = Massa bahan bakar (kg) Besarnya aliran massa udara (m a ) juga dapat diketahui dengan membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperature 20° C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan factor koreksi (C f ) berikut : Cf

= 3564 x Pa x

(Ta + 114) Ta2,5


Dimana : Pa = tekanan udara (Pa) Ta = temperatur udara (K).

4. Effisiensi volumetris Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses) pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetric

dirumuskan dengan

persamaan 2.31 berikut ini. ......... 2.31 [Lit.3] dimana : Berat udara segar yang terisap =

x

......... 2.32 [Lit.3]

Berat udara sebanyak langkah torak =

......... 2.33 [Lit.3]

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi volumetris dirumuskan dengan persamaan 2.34 berikut ini. =

x

......... 2.34 [Lit.3]

dimana : = Kerapatan udara (kg/

)

= Volume langkah torak (

Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara ( dapat diperoleh dari persamaan 2.35 berikut ini.


=

......... 2.35 [Lit.3]

dimana : R

= Konstanta gas (untuk udara = 29.3 kg.m/kg.K) = Tekanan udara (kPa) = Temperatur udara (K)

5. Efisiensi Thermal Brake Efisiensi termal brake (brake thermal eficiency,

η b ) merupakan

perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

ηb =

PB . 3600 m f .LHV

dimana:

η b = Efisiensi termal brake LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/kg) Dalam pengujian ini diasumsikan gas buang yang keluar dari knalpot mesin uji masih mengandung uap air (uap air yang terbentuk dari proses pembakaran bahan bakar yang belum sempat mengalami kondensasi didalam silinder sebelum langkah buang terjadi) sehingga kalor laten kondensasi uap air tidak diperhitungkan sebagai nilai kalor pembakaran bahan bakar (LHV, Low Heating Value). Hal ini berarti untuk mendapatkan nilai LHV, maka nilai kalor bahan bakar yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya (HHV, High Heating Value) dengan menggunakan bom kalorimeter harus dikurangkan dengan besarnya kalor laten kondensasi uap air yang terbentuk dari proses pembakaran.


LHV = HHV – Qlc Dimana : Qlc = kalor laten kondensasi uap air.

Dengan mengasumsikan tekanan parsial yang terjadi pada knalpot mesin uji adalah sebesar 20 kN/m2 (tekanan parsial yang umumnya terjadi pada knalpot motor bakar), maka dari tabel uap diperoleh besarnya kalor laten kondensasi uap air yaitu sebesar 2400 kJ/kg. Bila diasumsikan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran sempurna maka besarnya uap air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : % Berat H dalam bahan bakar =

y. AR.H x 100 % MR(C X H Y O Z )

dimana : x,y, dan z

= konstanta (jumlah atom)

AR H

= Berat atom Hidrogen

MR(C X H Y O Z ) = Berat molekul C X H Y OZ

Massa air yang terbentuk = ½ x y x (% berat H dalam bahan bakar) x massa bahan bakar 2.4 TEORI PEMBAKARAN Pembakaran adalah reaksi kimia yaitu elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan Oksigen akan menimbulkan panas sehingga manaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah Carbon (C) dan Hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah Sulfur (S). Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan campuran dari Oksigen dan Nitrogen. Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pambakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu Hidrogen dan Carbon dan masing-masing bergabung dengan Oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan Oksigen untuk membentuk air dan Carbon bergabung dengan Oksigen menjadi CarbondiOksida. Jika Oksigen yang tersedia


tidak cukup, maka sebagian dari Carbon akan bergabung dengan Oksigen dalam bentuk

Carbon

monOksida.

Pembentukan

Carbon

monOksida

hanya

menghasilkan 30% panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan Carbon diOksida. 2.4.1 Nilai Kalor Bahan Bakar Reaksi kimia antara bahan bakar dengan Oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar. Berdasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah. Nilai kalor atas (High Heating Value, HHV) merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan bom calorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran Hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Data yang diperoleh dari hasil pengujian bom calorimeter adalah temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan. Selanjutnya, untuk menghitung nilai kalor atas dapat dihitung dengan persamaan 2.37 berikut ini. =

......... 2.37 [Lit.1]

dimana : HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) T1

= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan (oC)

T2

= Temperatur air pendingin sesudah penyalaan (oC)

Cv

= Panas jenis bom calorimeter (73529,6 kJ/kgoC)

T kp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala (0,05oC)

Sedangkan nilai kalor bawah dihitung dengan persamaan 2.38 berikut ini. =

......... 2.38 [Lit.1]


Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan 2.39 Dulong berikut ini. =

......... 2.39 [Lit.1]

dimana : HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg) C

= Persentase Carbon dalam bahan bakar

H2

= Persentase Hidrogen dalam bahan bakar

O2

= Persentase Oksigen dalam bahan bakar

S

= Persentase Sulfur dalam bahan bakar Nilai kalor bawah (Low Heating Value, LHV) merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan Hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar 0,15 bagian merupakan Hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol Hidrogennya. Selain berasal dari pembakaran Hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada di dalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan 2.40 berikut ini. =

......... 2.40 [Lit.1]

dimana : LHV = Nilai kalor bawah (kJ/kg) M

= Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture) Dalam perhitungan effisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan

nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga


menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan ASME (American Society of Mechanical Engineers) menentukan

penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE

(Society of Automotive Enggineers ) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV). 2.5 BAHAN BAKAR DIESEL Penggolongan bahan bakar mesin diesel berdasarkan jenis putaran mesinnya, dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu : 1. Automotive Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan kecepatan putaran mesin diatas 1000 rpm (rotation per minute). Bahan bakar inilah yang biasa disebut sebagai bahan bakar solar yang biasa digunakan untuk kendaraan bermotor. 2. Industrial Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya digunakan untuk mesin-mesin industry. Bahan bakar jenis ini disebut minyak diesel. Di Indonesia, bahan bakar untuk kendaraan motor jenis diesel umumnya menggunakan solar yang diproduksi oleh PT.PERTAMINA dengan karakteristik seperti pada Tabel 2.1 berikut ini.


Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar LIMITS NO

0

1.

Specific Grafity 60/60 C

2.

Color astm Centane Number or

3.

Alternatively calculated Centane Index 0

4.

TEST METHODS

PROPERTIES

Viscosity Kinematic at 100 C cST 0

or Viscosity SSU at 100 C secs 0

5.

Pour Point C

6.

Sulphur strip % wt 0

Min

Max

IP

ASTM

0.82

0.87

D-1298

-

3.0

D-1500

45

-

48

-

1.6

5.8

35

45

-

65

D-97

-

0.5

D-1551/1552

D-613

D-88

7.

Copper strip (3 hr/100 C)

-

No.1

D-130

8.

Condradson Carbon Residue %wt

-

0.1

D-189

9.

Water Content % wt

-

0.01

D-482

10.

Sediment % wt

-

No.0.01

D-473

11.

Ash Content % wt

-

0.01

D-482

- Strong Acid Number mgKOH/gr

-

Nil

-Total Acid Number mgKOH/gr

-

0.6

150

-

D-93

40

-

D-86

Neutralization Value : 12.

13. 14.

0

Flash Point P.M.c.c F Distillation : 0

- Recovery at 300 C % vol

Sumber : www.Pertamina.com

2.6 KEROSENE Kerosene adalah cairan hidrokarbon yang tidak berwarna dan mudah terbakar yang memiliki rentang karbon C10 - C15 sedangkan Solar antara C10 – C20 (sumber: Wikipedia). Kerosene (minyak tanah atau paraffin) diperoleh dengan cara distilasi fraksional dari petroleum pada 150°C dan 275°C. Yang dimaksud dengan cara distilasi fraksional adalah penyulingan (distilasi) yang di lakukan dengan teknik pemisahan campuran berupa cairan heterogen yang bertujuan untuk memisahkan fraksi-fraksi (komponen) yang terdapat di dalam cairan yang didistilasi (disuling). Dimana hasil distilasi ini disebut distilat dan sisa dari penyulingan ini disebut residu.


Pada umumnya kerosene atau minyak tanah ini biasa digunakan sebagai bahan bakar pada lampu minyak tanah atau pun sebagai bahan bakar untuk keperluan rumah tangga lainnya. Namun pada saat ini kerosene utamanya telah digunakan sebagai bahan bakar mesin Jet (Avtur) setelah melalui proses tertentu sehingga memiliki sifat dengan spesifikasi yang diperketat, terutama mengenai titik uap dan titik bekunya. Kerosene biasanya didistilasi langsung dari minyak mentah dan membutuhkan perawatan khusus dalam sebuah unit Merox atau Hidrotreater yang bertujuan untuk mengurangi kadar belerang dan sifat pengkaratannya.

2.7 EMISI GAS BUANG 2.7.1 Bahan Pencemar (Pollutan) Pada Gas Buang Bahan pencemar (pollutan) yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor diklassifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut : 1. Sumber Pollutan dibedakan menjadi pollutan primer atau sekunder. Pollutan primer seperti Nitrogen Oksida (NO x ) dan hidroCarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Pollutan sekunder seperti Ozon (O 3 ) dan Peroksiasetil Nitrat (PAN) adalah pollutan yang terbentuk di atmosfer melalui rekasi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. 2. Komposisi Kimia Pollutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Pollutan organik mengandung Carbon dan Hidrogen, juga bebrapa elemen seperti Oksigen, Nitrogen, Sulfur atau fosfor, contohnya : hidroCarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Pollutan inorganik seperti : Carbon monOksida(CO), Carbonat, Nitrogen Oksida, Ozon, dan lainnya. 3. Bahan Penyusun Pollutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di atmosfer. Sedangkan pollutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer


dan bercampur dengan udara bebas. Berikut merupakan bahan-bahan penyusun pollutan.

a. Partikulat Pollutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tidak sempurna bahan bakar dengan udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu, partikulat juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan. Apabila butir-butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam silinder terlalu besar atau apabila butir-butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya Carbon-Carbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada di dalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat-saat dimana terlalu banyak

bahan bakar disemprotkan pada waktu daya motor akan diperbesar,

misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan berwarna hitam. b. Unburned Hidrocarbon (UHC) HidroCarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor mencemarkan banyak hidroCarbon jika baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu pemanasan. Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pencemaran hidroCarbon. Jumlah hidroCarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas


lalu). Pembakaran tidak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidroCarbon.

c. Carbon MonOksida (CO) Carbon monOksida selalu terdapat di dalam gas buang pada saat proses penguraian dan hanya ada pada knalpot. CO merupakan produk dari pembakaran yang tidak tuntas yang disebabkan karena tidak seimbangnya jumlah udara pada rasio udara-bahan bakar (AFR) atau waktu penyelesaian pembakaran yang tidak tepat. Pada campuran kaya, konsentrasi CO akan meningkat dikarenakan pembakaran yang tidak sempurna untuk menghasilkan CO 2 . Pada beberapa hasil, konsentrasi CO yang terukur lebih besar dari konsentrasi kesetimbangan. Hal ini mengindikasikan bahwa terjadi pembentukan yang tidak sempurna pada langkah ekspansi. Untuk menurunkan emisi CO dapat dilakukan dengan menjalankan mesin dengan campuran kurus yang menyebabkan hilangnya tenaga atau dengan cara menambahkan alat pada knalpot untuk mengOksidasi CO yang dihasilkan mesin. Secara teoritis, kadar CO pada gas buang dapat dihilangkan dengan menggunakan AFR lebih besar dari 16:1. Namun pada kenyataannya kadar CO akan selalu terdapat pada gas buang walaupun pada campuran yang kurus sekalipun. Presentase CO pada gas buang meningkat pada saat putaran bebas (idle) dan menurun seiring dengan bertambahnya kecepatan dan pada saaat kecepatan konstan. Pada saat perlambatan dimana terjadi penutupan throttle yang menyebabkan berkurangnya suplai Oksigen ke mesin akan mengakibatkan tingginya kadar CO yang dihasilkan. d. Oksigen (O2) Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen tersebut akan diinjeksikan keruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar.


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 OBJEK PENELITIAN Objek pengujian merupakan bahan bakar solar dengan campuran solar dengan kerosene.

3.2 SAMPEL PENELITIAN Sampel pengujian merupakan sampel bahan bakar yang diuji pada penelitian – penelitian berikut: 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar Sampel pengujian adalah solar serta campuran antara Solar dan Kerosene dengan komposisi perbandingan campuran, Solar berbanding Kerosene ; 90 : 10 , 80 : 20 , 70 30 . Total bahan bakar yang diuji ada sebanyak 4 (empat) jenis. dengan volume uji masing-masing 0,2 ml. 2. Pengujian performansi motor diesel Sampel pengujian sama dengan pengujian nilai kalor bahan bakar, dengan volume uji masing-masing 4 liter.

3.3 METODE PENGUMPULAN DATA Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : a. Data primer, merupakan data yang diperleh dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing pengujian. b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari penelitianpenelitian sebelumnya yang telah dilakukan dan data mengenai jenis bahan bakar solar dari situs atau website pertamina.


3.4 METODE PENGOLAHAN DATA Data yang diperoleh dari data primer dan sekunder diolah ke dalam rumus dan kemudian data hasil perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 PROSEDUR PENGUJIAN NILAI KALOR BAHAN BAKAR Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji ”Bom Kalorimeter”.

Peralatan yang digunakan meliputi : -

Kalorimeter , sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.

-

Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang di uji.

-

Tabung gas oksigen.

-

Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.

-

Termometer.

-

Elektrometer yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk ari dingin.

-

Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

-

Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji.

-

Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

-

Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada dudukannya.

Gambar 3.1 Bom Kalorimeter


Keterangan Gambar : 1. Tabung Oksigen. 2. Termometer. 3. Elektrometer. 4. Tabung kalorimeter. 5. Tabung bom.

Tahapan pengujian yang dilakukan adalah : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diujikan. 2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom. 3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala, serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset. 4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat panyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat. 5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar). 6. Mengisi tabung calorimeter dengan air pendingin. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung calorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik. 9. Menutup calorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk. 10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada electromotor. 11. Menempatkan thermometer melalui lubang pada tutup calorimeter. 12. Menghidupkan electromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer. 13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar. 14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan lampu indikator selama electromotor terus bekerja. 15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung. 16. Mematikan electromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya.


Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.2

Mulai

a

b

 Sampel bahan bakar  Air pendingin  Tekanan oksigen

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Pengujian = 5 kali

5

HHVRata - rata =

Σ HHVi

i =1

5

( J/kg)

Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC)

Menyalakan bahan bakar

Selesai

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg )

b

a Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar.


3.6 PROSEDUR PENGUJIAN PERFORMANSI MOTOR DIESEL Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin diesel 4-langkah 4silinder (TecQuipment type.TD4A-001).

Gambar 3.3 Mesin uji (TD4A-001)

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah TD111 4-Stroke Diesel Engine Type

TecQuipment TD4A 001

Langkah dan diameter

3,125 inch-nominal dan 3,5 inch

Kompresi ratio

22 : 1

Kapasitas

107 inch3 (1,76 liter)

Valve type clearance

0,012 inch (0,30 mm) dingin

Firing order

1-3-4-2

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin USU.


Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor diesel. Pengujian ini dilakukan pada 6 jenis putaran mesin dari 1000-2800 rpm serta variasi beban 10kg dan 25kg. Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah berikut : 1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin kesumber arus listrik. 2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum. 3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban. 4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemetre menunjukkan angka nol. 5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh torquemeter telah akurat dengan mengguncangkan mesin kembali. 6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban. 7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter menunjukkan angka yang tetap. 8. Melepaskan beban dari lengan beban.

Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian dapat dilakukan dengan langkah–langkah sebagai berikut : 1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin mengalir dengan lancar melalui mesin. 2. Menghidupkan mesin dengan cara menekan tombol starter, memanaskan mesin selama 15–20 menit pada putaran rendah (± 1500 rpm). 3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer. 4. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban. 5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun. 6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian permukaan bahan bakar didalam pipette.


7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui exhaust temperature meter, dan tekanan udara masuk melalui air flow manometer. 8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar yang berasal dari tangki. 9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin.

Gambar 3.4 TD4 A 001 Instrumentation Unit.

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001 Instrument Unit

TD4 A 001 Instrument Unit Fuel Tank Capasity

10 liters

Fast Flow Pipette

Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml

Tachometer

0–5000 rev/min

Torque Meter

0–70 Nm

Exhaust Temperature Meter

0–1200 0C

Air Flow Manometer

Calibrated 0–40 mm water gauge

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel


Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5. Mulai

 Volume Uji bahan bakar : ml  Temperatur udara: °C  Tekanan udara : bar  Putaran: n rpm  Beban: L kg

 Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar.  Mencatat Torsi  Mencatat temperatur gas buang  Mencatat tekanan udara masuk mm H2O

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.

Selesai

Gambar 3.6 Diagram alir Pengujian performansi motor bakar diesel


BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bom Kalorimeter” selanjutnya digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan persamaan berikut : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv

( J/kg )

.....Lit.9 hal 12

dimana: HHV = Nilaikaloratas ( High Heating Value ) T1

= Temperatur air pendinginsebelumpenyalaan ( 0C )

T2

= Temperatur air pendinginsesudahpenyalaan ( 0C )

Cv

= Panas jenis bom kalorimeter ( 73529,6 kj/kg 0C )

Tkp

= Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,05 0C )

Pada pengujian pertama bahan bakar solar , diperoleh : T1

= 26,650C

T2

= 27,750C, maka:

HHV(solar) = (27,75 – 26,65 – 0,05 ) x 73529,6 = 77206,08kj/kg Standar nilai kalor solar adalah 44800 kj/kg (sumber :www.engineering tool box.com), karena dalam pengujian solar menggunakan bom kalorimeter didapat HHV sebesar 66911,936 kJ/kg, maka pada pengujian ini, digunakan faktor koreksi (Fk) sebesar : 44800 = 0,6695 66911,936

Sehingga harga nilai kalor bahan bakar menjadi : HHV(solar) = 77206,08kj/kg × 0,6695 = 51689,470 kj/kg


Pada pengujian pertama bahan bakar campuran kerosene dengan solar10:90, diperoleh : T1

= 26,150C

T2

= 27,210C, maka:

HHV(10:90) = (27,21– 26,15– 0,05 ) × 73529,6 = 74264.896kj/kg × 0,6695 (faktor koreksi) = 49720.347 kj/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20:80 , diperoleh : T1

= 24.240C

T2

= 25.240C, maka:

HHV(20:80) = (25.24 – 24.24 – 0,05 ) × 73529,6 = 69853.120kj/kg × 0,6695 (faktor koreksi) = 46766.663 kj/kg

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30:70, diperoleh : T1

= 26.110C

T2

= 27.170C, maka:

HHV(30:70) = (27.17 – 26.11 – 0,05 ) × 73529,6 = 74264.896kj/kg × 0,6695 (faktor koreksi) = 49720.347 kj/kg

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini : 5

HHVRata - rata =

Σ HHVi

i =1

5

( J/kg )


Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai kalor rata–rata bahan bakar solar, campuran zat kerosene dengan solar10 : 90, 20 : 80, 30 : 70 dapat dilihat pada Tabel 4.1. Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa harga HHV campuran kerosene dengan solar lebih tinggi dari solar, hal ini diakibatkan adanya peningkatan nilai setane dalam bahan bakar campuran kerosene dengan solar.

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter BAHAN

HHV

HHV rata-rata

(kj/kg)

(kj/kg)

No.Pengujian

T 1 (OC)

T 2 (OC)

1

24.81

27.21

49720.3

2

25.87

28.17

42828.4

3

26.89

29.15

45289.8

4

27.99

26.37

50704.9

5

25.21

27.41

46274.4

1

24.24

25.24

46766.7

2

25.25

26.34

51197.2

3

26.35

27.38

48243.5

4

27.38

28.46

50704.9

5

25.10

26.12

47751.2

1

26.11

27.17

49720.3

2

27.18

28.15

45289.8

3

28.16

29.34

55627.7

4

24.75

25.87

52674.0

5

26.32

27.15

38397.9

1

26.65

27.75

51689.5

Solar

2

27.75

28.61

39874.7

murni

3

28.68

29.70

47751.2

4

25.71

26.57

39874.7

5

26.95

27.91

44797.5

BAKAR

70 : 30

80 :20

90 : 10

46963.6

48932.7

48432.0

44797.5


Perbandingan nilai kalor atas (HHV) masing-masing dapat dilihat pada gambar berikut

HHV kj/kg

Grafik hasil pengujian bom kalorimeter 43500 43000 42500 42000 41500 41000 40500 40000 39500 39000 38500

43058.51 42459.11 42043.82

40297.32

70 : 30

80 : 20

90 :10

solar

Gambar 4.1 Grafik HHV vs jenis bahan bakar

4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat ujimesin diesel 4langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001)melalui unit instrumentasi dan perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain : ♦

Putaran (rpm) melalui tachometre.

♦

Torsi (N.m) melalui torquemetre.

♦

Tinggi kolom udara (mm H 2 O), melalui pembacaan air flow manometre.

♦

Temperatur gas buang (oC), melalui pembacaan exhaust temperature metre.

♦ Waktu untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan stopwatch.

4.2.1 Torsi Pada tabel 4.2 dapat dilihat besarnya torsi untuk masing–masing pengujian daya mesin baik dengan menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan perbandingan 10 : 90, 20 : 80, 30 : 70 maupun solar murni pada berbagai kondisi pembebanan dan putaran.


Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk torsi

Beban Putaran (kg)

10

25

•

Torsi (Nm)

(rpm)

Solarmurni

90 : 10

80 : 20

70 : 30

1000

32

32.5

37

36

1400

43

43.5

48

47

1800

47.5

49

53

52

2200

48

49

55

54

2600

48

50

55

54

2800

48

52

57

56

1000

75.5

76

77

78

1400

78

79

84

83

1800

81

83

88

86

2200

84

86

90

89

2600

87

89

92

91

2800

88

90

93

92

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.2), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 sebesar 57 N.m.

•

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.3), torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu 75,5 N.m. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20:80

pada

putaran 2800 sebesar 93 N.m. Torsi terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm dan beban 10 kg yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada beban 25 kg dan putaran 2800 sebesar 93 N.m.


Torsi (Nm)

Grafik Torsi vs Putaran 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

beban 25 kg

solar 10kg C10 : 90 10kg C20:80 10kg

beban 10 kg

C30:70 10 kg solar 25kg C10:90 25kg

1000 1400 1800 2200 2600 2800 Putaran (rpm)

C20:80 25kg C30:70 25 kg

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg. 4.2.2 Daya Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing jenis bahan bakar pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

PB =

2.π .n T 60

..... Lit.5 hal 27

dimana : PB = Daya keluaran (Watt) n

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi (N.m)

Dengan memasukkan harga torsi yang telah diperoleh sebelumnya pada pengujian seperti yang terdapat pada tabel 4.2, maka :

Untuk jenis bahan bakar campuran kerosene dengan solar 10 : 90 dan beban 10 kg pada setiap putaran -

N = 1000 rpm

PB =

2.π .1000 x32,5 60

= 3042 W = 3,042 kW -

N = 1400 rpm


PB =

2.π .1400 x 43,5 60

= 6374 W = 6,374 kW -

N = 1800 rpm

PB =

2.π .1800 x 49 60

= 9232 W = 9,232 kW Dengan cara perhitungan yang sama untuk setiap jenis bahan bakar, variasi putaran dan beban, maka hasil perhitungan daya untuk setiap kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.3.

Tabel 4.3Data hasil perhitungan untuk daya

Beban Putaran (kg)

10

25

•

Daya (kW)

(rpm)

Solarmurni

90 : 10

80 : 20

70 : 30

1000

3.349

3.402

3.873

3.768

1400

6.301

6.374

7.034

6.887

1800

8.949

9.232

9.985

9.797

2200

11.053

11.283

12.665

12.434

2600

13.062

13.607

14.967

14.695

2800

14.067

15.239

16.705

16.412

1000

7.902

7.955

8.059

8.164

1400

11.430

11.576

12.309

12.162

1800

15.260

15.637

16.579

16.202

2200

19.342

19.803

20.724

20.494

2600

23.676

24.220

25.036

24.764

2800

25.790

26.376

27.255

26.962

Pada pembebanan 10 kg, daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar yaitu sebesar 3,349 kW. Sedangkan daya


tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 sebesar sebesar 16,705 kW. •

Pada pembebanan 25 kg, daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm sebesar 7,902 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 sebesar 27,255 kW Daya terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada beban

10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 3, 349 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 dan beban 25 kg yaitu sebesar 27,255 kW Dapat dilihat pada campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada setiap putaran daya mengalami kenaikan dibandingkan dengan solar murni, begitu juga terhadap campuran 10 : 90. Namun, pada campuran 10 : 90 daya mulai mengalami penurunan dibandingkan dengan campuran sebelumnya akan tetapi masih berada diatas daya solar murni. Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.(Lit. 20 hal 4) Perbandingan besarnya daya untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.4 dan gambar 4.5

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari masing–masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : .

m f x 10 3 Sfc = PB dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)


.

m f = laju aliran bahan bakar (kg/jam) .

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar ( m f ) dihitung dengan persamaan berikut : mf =

sg f .V f .10 −3 tf

x 3600

dimana : sg f = spesific gravity biodiesel Vf

= Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

tf

= waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

Harga

(detik).

sg f untuk kerosene adalah 0,81 dan untuk solar adalah

0.857,sedangkan untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara kerosene dengan solar, harga sg f -nya dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan berikut :

sg f Cxx = ( C x 0,81 ) + ( S x 0,857 )

Dengan: C = Persentase kandungan kerosene dalam bahan bakar campuran S = Persentase kandungan solar dalam bahan bakar campuran

Untuk bahan bakar campuran kerosene dengan solar dengan perbandingan 10 : 90 maka :

sg f (C 10:90) = ( 10/4050 x 0,81 ) + ( 90/4050 x 0,857 )

= 0,210

Dengan memasukkan harga sg f = 0,210, harga t f yang diambil dari percobaan sebelumnya harga V f yaitu sebesar 100 ml,


maka laju aliran bahan bakar untuk pengujian dengan menggunakan campuran kerosene dengan solar yaitu 10 : 90 adalah : Beban

: 10 kg

Putaran : 1000 rpm .

mf

0,210 .100 x 10 3 = x 3600 442 = 0,698 kg / jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung harga konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc). Untuk pengujian dengan menggunakan campuran kerosene dengan solar yaitu 10 : 90 adalah : Beban

: 10 kg

Putaran : 1000 rpm Sfc =

0,698 x 10 3 3,402

= 205,061 g/kWh Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat pada tabel 4.4.

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc

Beban Putaran (kg)

10

Sfc (g/kWh)

(rpm)

Solarmurni

10 : 90

20 : 80

30 ; 70

1000

305.422

205.061

177.080

173.647

1400

292.620

172.134

155.238

149.839

1800

294.079

173.047

158.137

152.379

2200

357.156

199.457

174.911

161.644

2600

357.156

204.137

187.020

177.345

2800

342.009

206.444

188.087

197.241

1000

117.363

87.889

79.761

77.031

1400

136.750

99.011

85.670

86.297


25

•

1800

137.259

106.005

88.439

89.953

2200

147.398

115.328

97.109

97.439

2600

135.473

116.788

105.116

105.238

2800

132.658

118.074

108.628

108.626

Pada pembebanan 10 kg (gambar 4.6), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 1400 rpm yaitu sebesar 149.839g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi saat menggunakan solar pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 357,156 g/kWh.

•

Pada pembebanan 25 kg (gambar 4.7), Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 77.031g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada saat mesin menggunakan solar pada putaran 2200 rpm sebesar 147.398g/kWh. Besarnya Sfc sangat dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar (lihat Tabel

4.1), semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya. Perbandingan harga Sfc untuk masing-masing pengujian pada setiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada gambar 4.6 dan gambar 4.7.

Grafik Sfc vs Putaran 400.000 350.000

Axis Title

300.000 250.000

C70:30

200.000

C90:10

150.000

C80:20

100.000

Solar

50.000 0.000 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Gambar 4.3 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg.


Grafik Sfc vs Putaran 160.000 140.000 120.000 100.000 Sfc

Solar

80.000 60.000

C90:10

40.000

C80:20

20.000

C70:30

0.000 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (RPM)

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg.

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing–masing jenis pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut : .

AFR =

ma .

mf

dimana : AFR

= air fuel ratio

.

ma

= laju aliran massa udara (kg/jam) .

Besarnya laju aliran udara ( ma ) diperoleh dengan membandingkan besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow manometer (Tabel 4.2) terhadap kurva viscous flow metre calibration. Pada pegujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa ( ≈ 1 bar) dan temperatur (Ta) sebesar 27 0C. kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara 1013 mb dan temperatur 20 0C, maka besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut :


= 3564 x Pa x

Cf

= 3564 x 1 x

(Ta + 114) Ta2,5

[(27 + 273) + (114)] (27 + 273) 2,5

= 0,946531125

Gambar4.5KurvaViscous Flow Meter Calibration(lit.10 hal 3-11).

Untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O dari kurva kalibrasi diperoleh laju aliran massa udara yang sebenarnya : .

m a = 11,38 x 0,946531125 = 10,7715242 kg/jam

Maka untuk pengujian bahan bakar campuran kerosene dengan solar 10 : 90 dengan beban 10 kg dan putaran 1000 rpm dimana tekanan udara masuk = 4 mm H 2 O didapat dari kurva kalibrasi laju aliran massa udara dengan cara interpolasi yaitu : .

Misalkan m a untukbahan bakar campuran kerosene dengan solar 10 : 90 pada beban 10 kg dan putaran 1000 rpm adalah X kg/jam, maka


X =

4 . (10,7715242) 10

= 4,308609681 kg/jam Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran .

massa udara ( m a ) untuk masing–masing jenis bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran seperti pada tabel 4.5 . Dengan diperolehnya harga laju aliran massa bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR). •

Untuk bahan bakar campuran kerosene dengan solar 10 : 90, beban : 10 kg dan putaran : 1000 rpm AFR =

4,308609681 0,698

= 6,177 Hasil perhitungan AFR untuk masing – masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada table 4.5

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR

Beban Putaran (kg)

10

25

AFR

(rpm)

Solarmurni

10 : 90

20 : 80

30 : 70

1000

3.685

6.177

6.283

6.585

1400

4.089

6.872

6.906

7.829

1800

4.707

8.091

8.527

9.019

2200

4.912

8.615

8.753

9.914

2600

5.657

9.889

9.813

10.746

2800

6.157

9.929

10.113

9.317

1000

4.065

5.547

6.703

6.851

1400

4.824

7.048

7.661

7.697

1800

6.171

8.123

9.183

9.238

2200

6.612

8.725

9.822

9.709

2600

8.564

9.520

10.436

10.746

2800

9.130

9.857

10.733

10.850


•

Pada pembebanan 10 kg, AFR terendah terjadi pada solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 3,685. Sedangkan AFR tertinggi terjadi pada bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 10,746.

•

Pada pembebanan 25 kg, AFR terendah terjadi pada solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 4,065. Sedangkan AFR tertinggi terjadi pada bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 10,850.

AFR terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada beban 10 kg dan putaran mesin 1000 rpm yaitu sebesar 3,685. Sedangkan AFR tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 30 : 70 pada beban 25 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 10,850. Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin besar ratio perbandingan udara bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban maksimal mesin mengalami ”overlap” dimana pada saat ini terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk mengimbangi bahan bakar tadi. Perbandingan AFR masing – masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran dapat dilihat pada grafik .

Putaran vs AFR beban 10 kg 12.000 10.000 8.000 AFR

Solar

6.000

C90:10

4.000

C80:20 2.000

C70:30

0.000 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (RPM)

Gambar 4.6 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg.


Putaran vs AFR beban 25 kg 12.000 10.000 8.000 AFR

Solar

6.000

C90:10

4.000

C80:20 2.000

C70:30

0.000 1000

1400

1800

2200

2600

2800

Putaran (RPM)

Gambar 4.7 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg.

4.2.5 Efisiensi Volumetris Efisiensi volumetris (volumetric efficiency) untuk motor bakar 4-langkah dihitung dengan rumus berikut :

2.ma 1 . 60.n ρ a .Vs

ηv = dimana : ma = Laju aliran udara (kg / jam)

ρ a = Kerapatan udara (kg/m3) Vs = volume langkah torak (m3) = 1,76 x 10-3 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin].

Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut :

ρa =

Pa R.Ta

Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K) Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar 100 kPa dan 27 0C, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar :

ρa =

100.000 287.(27 + 273)


= 1,161440186 kg/m3 Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya effisiensi volumetris ( η v ) untuk masing–masing pengujian bahan bakar pada variasi beban dan putaran. Untuk pengujian menggunakan campuran kerosene dengan solar 10 : 90 pada putaran 1000 rpm :

ηv =

1 2. 4,308 . 60.1000 1,161441 .1,76 x10 -3

= 0,07026 = 7,026 % Harga efisiensi volumetris untuk masing–masing pengujian yang dihitung dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada tabel 4.6.

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris

Beban Putaran (kg)

10

25

EfisiensiVolumetris (%)

(rpm)

Solarmurni

10 : 90

20 : 80

30 : 70

1000

6.148

7.026

7.026

7.026

1400

8.782

8.782

8.782

9.410

1800

11.222

11.710

12.198

12.198

2200

14.371

14.371

14.371

14.770

2600

16.552

17.227

17.227

17.565

2800

17.251

18.192

18.506

17.565

1000

6.148

6.323

7.026

7.026

1400

8.782

9.410

9.410

9.410

1800

11.710

12.198

12.198

12.198

2200

13.972

14.770

14.652

14.371

2600

17.227

16.889

17.225

17.565

2800

18.192

17.879

18.506

18.506


•

Pada beban 10 kg, efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika menggunakan campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 18,506, dan terendah pada saat menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm sebesar 6,148 %. •

Pada beban 25 kg, efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika

menggunakan bahan bakar campuran kerosene dengan solar 20 : 80 pada putaran 2800 sebesar 18,506 %. Efisiensi volumetrik menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap.

Efisiensi volumetrik antara bahan bakar campuran kerosene dengan solar dan solar relatif sama,pengaruh penggunaan bahan bakar campuran kerosene terhadap efisiensi volumetrik relatif tidak ada, efisiensi volumetrik hanya dipengaruhi oleh kondisi kerja dari motor diesel. Perbandingan efisiensi volumetris dari masing–masing pengujian pada tiap variasi putaran dapat dilihat dari gambar.

Eff. Volumetris vs Putaran 70.000 60.000 50.000 Eff. Volumetris

40.000

Solar

30.000

C90:10

20.000

C80:20

10.000

C70:30

0.000 1000 1400 1800 2200 2600 2800 Putaran(RPM)

Gambar 4.8 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg


Eff.Volumetris vs Putaran 70.000 60.000 50.000 Eff.Volumetris

40.000

Solar

30.000

C90:10

20.000

C80:20

10.000

C70:30

0.000 1000 1400 1800 2200 2600 2800 Putaran(RPM)

Gambar 4.9 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran untuk beban 25 kg

4.2.6 Efisiensi Termal Brake Efisiensi termal brake (brake thermal eficiency, η b ) merupakan perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

ηb =

PB . 3600 m f .LHV

dimana:

η b = Efisiensi termal brake LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/kg) Dalam pengujian ini diasumsikan gas buang yang keluar dari knalpot mesin uji masih mengandung uap air (uap air yang terbentuk dari proses pembakaran bahan bakar yang belum sempat mengalami kondensasi didalam silinder sebelum langkah buang terjadi) sehingga kalor laten kondensasi uap air tidak diperhitungkan sebagai nilai kalor pembakaran bahan bakar (LHV, Low Heating Value). Hal ini berarti untuk mendapatkan nilai LHV, maka nilai kalor bahan bakar yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya (HHV, High Heating


Value) dengan menggunakan bom kalorimeter harus dikurangkan dengan besarnya kalor laten kondensasi uap air yang terbentuk dari proses pembakaran. LHV = HHV – Qlc Dimana : Qlc = kalor laten kondensasi uap air.

Dengan mengasumsikan tekanan parsial yang terjadi pada knalpot mesin uji adalah sebesar 20 kN/m2 (tekanan parsial yang umumnya terjadi pada knalpot motor bakar), maka dari tabel uap diperoleh besarnya kalor laten kondensasi uap air yaitu sebesar 2400 kJ/kg. Bila diasumsikan pembakaran yang terjadi adalah pembakaran sempurna maka besarnya uap air yang terbentuk dari pembakaran bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : % Berat H dalam bahan bakar =

y. AR.H x 100 % MR(C X H Y O Z )

dimana : x,y, dan z

= konstanta (jumlah atom)

AR H

= Berat atom Hidrogen

MR(C X H Y O Z ) = Berat molekul C X H Y OZ

Massa air yang terbentuk = ½ x y x (% berat H dalam bahan bakar) x massa bahan bakar Harga LHV untuk solar (C

12

H 26 ) dihitung dengan cara :

% berat H dalam solar=

=

y. ARH X100 % MRC 12 H 26 26.1 X 100% (12.12) + (26.1)

=15,29 % Jumlah uap air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg solar : 1 15,29 ⋅ 26 ⋅ ⋅ 1kg = 1,9877 kg 2 100

Kalor laten kondensasi uap air dari pembakaran tiap 1 kg solar :


qlc

solar

= 2400 kj/kg .1,9877 kg = 4770,48 kj per 1 kg solar

Besarnya LHV solar : LHV solar = HHV

solar

- Q lc

solar

= 44797,54 kj/kg – 4770,48 kj/kg = 40027,06 kj/kg

Sedangkan harga LHV untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara kerosene dengan solar dihitung dengan menggunakan kalor laten kondensasi uap air solar, sebab kalor laten kondensasi uap air pada kerosene diabaikan. (sumber: www.stp.com). Besarnya LHV 10 : 90 : LHV = HHV - Q lc

solar

= 46963,6kj/kg – 4770,48 kj/kg = 42193,12 kj/kg Besarnya LHV 10 : 90 : LHV = HHV - Q lc

solar

= 48932.7kj/kg – 4770,48 kj/kg = 44162.22 kj/kg

Besarnya LHV 20 : 90 : LHV = HHV - Q lc

solar

= 48432kj/kg – 4770,48 kj/kg = 43661.52 kj/kg

Setelah diperoleh harga LHV untuk masing-masing bahan bakar maka dapat dihitung besarnya efisiensi termal brake ( η b ). •

Untuk bahan bakar cmpuran 10 : 90, beban 10 kg pada putaran 1000 rpm

ηb =

3,402kW × 3600 0.698kg / jam ⋅ 42193.12kj / kg


= 0,4158529 = 41,58529 % Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung efisiensi termal brake masing-masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran. Hasil perhitungan efisiensi termal brake dapat dilihat pada tabel 4.8

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi termal brake

Beban Putaran (kg)

10

25

•

Efisiensi Thermal Brake (%)

(rpm)

Solarmurni

10 : 90

20 : 80

30 : 70

1000

29.44342

41.58529

46.02303

47.50475

1400

30.73246

49.57541

52.50873

55.02426

1800

30.58

49.32326

51.5487

54.10497

2200

25.17977

42.78612

46.61045

51.00569

2600

25.18296

41.79179

43.58968

46.49423

2800

26.29753

41.32935

43.34032

41.80446

1000

76.66658

97.10104

102.1697

107.0178

1400

65.77124

86.18561

95.19935

95.50356

1800

65.51177

80.46922

92.18838

91.68809

2200

61.0173

73.97684

83.96483

84.616

2600

66.39849

73.04694

77.5409

78.35203

2800

67.80271

72.26886

75.03426

75.89909

Pada pembebanan 10 kg, BTE terendah terjadi pada solar pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 25.17977%. Sedangkan BTE tertinggi terjadi pada campuran antara kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 1400 rpm yaitu sebesar 55.02426%.

•

Pada pembebanan 25 kg, BTE terendah terjadi pada solar pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 61.0173%. Sedangkan BTE tertinggi terjadi pada campuran antara kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 107.0178%.


Efisiensi termal brake terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada beban 10 kg dan putaran mesin 2200 rpm yaitu sebesar 25.17977%. sedangkan efisiensi termal brake tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran antara kerosene dengan solar 30 : 70 pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 107.0178%. Efisiensi termal dari bahan bakar campuran antara kerosene dengan solar relatif lebih besar dari efisiensi termal solar, hal ini dapat ditunjukkan dengan lebih besarnya nilai kalor dari campuran antara kerosene dengan solar dibandingkan dengan solar. Kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi efisiensi termal, untuk beban konstan daya efektif yang dihasilkan relatif konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat waktu proses pencampuran bahan bakar–udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik, hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan cenderung mengurangi efisiensi termal.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari rangkaian penelitian yang telah dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Adanya penambahan Kerosene ke dalam ruang bakar, mengakibatkan kenaikan nilai temperatur yang terjadi di dalam ruang bakar. 2. Penambahan kerosene pada bahan bakar solar mengakibatkan peningkatan performa dibandingkan solar murni, namun menyebabkan penambahan kadar redusi dalam ruang bakar. 3. Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar dengan udara. 4. Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin besar ratio perbandingan udara bahan bakar. 5. Efisiensi volumetrik antara bahan bakar campuran kerosene dengan solar dan solar relatif sama,pengaruh penggunaan bahan bakar campuran kerosene terhadap efisiensi volumetrik relatif tidak ada, efisiensi volumetrik hanya dipengaruhi oleh kondisi kerja dari motor diesel. 6. semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya. 7. Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat. 8. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. 9. Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa harga HHV campuran kerosene dengan solar lebih tinggi dari solar, hal ini diakibatkan adanya peningkatan nilai setane dalam bahan bakar campuran kerosene dengan solar.


5.2

Saran

1. Untuk memperoleh perbandingan campuran yang lebih optimal dari bahan bakar campuran solar dengan kerosene, sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut dengan tingkat campuran yang berbeda-beda. Sehingga campuran ideal untuk performansi mesin yang lebih baik dapat ditemukan.

2. Sebaiknya dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap setiap unit instrumentasi serta alat ukur setiap kali akan melakukan pengujian. Sehingga akurasi data hasil pengujian dapat diandalkan.


DAFTAR PUSTAKA 1. Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak : Penerbit ITB

Bandung, 1988. 2. Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi,

Pradnya Paramita, Jakarta, 1976. 3. Crouse, William. H, Automotive Mechanics, Seventh Edition-McGrawHill

Book Company,1976. 4. Lichty, L.C, Internal Combustion Engines, Sixth Edition-McGraw-Hill Book

Company, INC, Tokyo, 1951. 5. Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ

Education and Trainning Ltd – Product Division 2000. 6. Priambodo, Bambang dan Maleev, V.L, Operasi dan Pemeliharaan Mesin

Diesel, Penerbit Erlangga, 1991. 7. Petrovsky, H. Marine Internal Combustion Engine, MIR Publishers, Moscow,

1968. 8. Edi, Sigar, Buku Pintar Otomotif, Penerbit Pustaka Dela Pratasa, Jakarta,

1998. 9. Soenarta, Nakolea dan Shoichi Furuhama, Motor Serba Guna, Pradnya

Paramita, Jakarta, 2002. 10. Schulz, Erich. J, Diesel Mechanics, Second Edition-McGraw-Hill Book

Company, 1976. 11. Toyota Astra Motor, Training Manual Turbocharger dan Supercharger Step

3, Toyota Astra Motor. 12. Toyota Astra Motor, Buku Panduan Toyota New Team Step 1, Toyota Astra

Motor. 13. Biodisel Handling and Use Guedelines, National Renewable Energy

Laboratory-A national Laboratory of the U.S. Departement of Energys. 14. Khovakh, M, Motor Vehicle Engines, MIR Publisher, Moscow, 1979. 15. PT RNI, Tanaman Jarak Pagar, PT RNI, 2005 16. Erliza Hambali , Siti Mujdalipah , Armansyah Halomoan Tambunan,

Teknologi bioenergi, Jakarta, Penebar Swadaya, 2007.


17. LIPI, Teknologi Indonesia volume 28 no.2, LIPI, 2009. 18. Arismunandar, Wiranto dan Reksowardojo, Iman ,Pemanfaatan Minyak

Kelapa Sawit Mentah (CPO) dan Minyak Goreng (RBDPO) Sebagai Biodiesel Untuk Bahan Bakar Alternatif Pada Motor Diesel, Lab.Motor bakar dan system Propulsi, Departemen Teknik Mesin ITB 19. www.PERTAMINA.com 20. www.id.wikipedia.org/wiki/katalis 21. www.menlh.co.id 22. www.yellowbiodiesel.com 23. www.autologicco.com 24. www.chemeng.ui.ac.id/wulan/Materi/port/BAHANCAIR.PDF 25. www.turbocalculator.com/turbocharger-supercharger.html 26. www.biodiesel.org 27. www.astm.org 28. www.osti.gov/bridge 29. www.members.fortunecity.com/lingkungan/artikel/timbal.htm 30. www.engineering.com


123dok Pengujian Perbandingan Performa Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar Dengan Mesin Diesel Berbahan Bakar

Recommend Documents