Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi. Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik. Oleh: EDGAR SIHOTANG ( ) DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

Transkripsi

1 ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh: EDGAR SIHOTANG ( ) DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM : Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing Ir. Tekad Sitepu, MT NIP Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP Diketahui oleh: Departemen Teknik Mesin Ketua,

3 ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke Tanggal 25 April 2016 Dosen Disetujui Pembimbing oleh: Ir. Tekad Sitepu, MT NIP

4 ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke Tanggal 25 April 2016 Disetujui oleh: Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP

5 ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM : Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing, Ir. Tekad Sitepu, MT NIP

6 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2307 /TS/2016 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL: 12 / 01 /2016 MEDAN PARAF : TUGAS SARJANA NAMA : IJIN S TUMANGGER NIM : MATA KULIAH : MOTOR BAKAR SPESIFIKASI : Lakukan pengujian performansi mesin Diesel Small Engine Test Bed TD111- MKII dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar Polipropilena cair 5%, 10%, 15% dan 20% dengan bahan bakar solar Akra Sol ( AKR ), Variasi putaran mesin: 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm pada beban : 3.5 kg, 4.5 kg dengan penambahan alat supercharger DIBERIKAN TANGGAL : SELESAI TANGGAL : MEDAN, 04 APRIL 2016 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING, Ir. Tekad Sitepu, MT NIP

7 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA NO : 2307 /TS/2016 Sub. Program studi : Konversi Energi Bidang Tugas Judul tugas : Motor Bakar : Analisa performansi mesin diesel menggunakan variasi campuran bahan bakar Polipropilena cair dan solar akra sol (AKR) dengan penambahan alat supercharger Diberikan tanggal : Selesai tanggal : Dosen Pembimbing : Ir. Tekad Sitepu, MT Nama Mhs : Edgar Sihotang NIM : No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen Pembimbing Meminta Spesifikasi Tugas Studi Literatur dan Pencarian Referensi Pengadaan Bahan Bakar Minyak Plastik Memperbaiki alat uji Pemasangan Alat dan Pengujian I Pemasangan Alat dan Pengujian II Pemasangan Alat dan Pengujian III Asistensi Laporan Bab I dan II Asistensi Laporan Bab III Asistensi Laporan Bab IV Asistensi keseluruhan Perbaikan ACC Seminar Catatan : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Diketahui, Pembimbing setiap asistensi. Departemen Teknk Mesin 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. Ketua, 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan asistensi telah selesai.

8

9

10

11 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas berkat dan karunia-nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu analisa performansi mesin diesel menggunakan variasi campuran bahan bakar polipropilena cair dan solar akra sol dengan penambahan alat supercharger Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis, Ayahanda R. Sihotang dan Ibunda L. Pardede atas segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. 2. Bapak Ir.Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Ir.Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 4. Bapak Ir.Alfian Hamsi Siregar, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.

12 7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 8. Rekan satu tim skripsi yaitu Ijin S Tumangger yang selalu menyemangati penulis dengan sabar. 9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu. Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih. Medan, Penulis Edgar Sihotang

13 Abstrak Populasi penduduk di dunia terus meningkat sehingga kebutuhan bahan bakar fosil juga meningkat. Hal inilah yang mengharuskan kita untuk mencari sumbersumber lain diluar minyak dan gas bumi atau yang dapat dikatakan bahan bakar alternatif. Bahan bakar alternatif ini dapat diperoleh dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena (PP). Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10 kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Dalam penelitian kali ini bahan bakar yang digunakan dari campuran minyak plastik dengan solar akra sol yang bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel TD-115 serta melihat pengaruh dari panambahan supercharger. Dari riset ini diperoleh bahwa torsi, daya, laju aliran bahan bakar, efisiensi volumetris, daya aktual, efisiensi termal aktual brake, menurun akibat semakin banyak minyak plastik yang digunakan. sedangkan nilai konsumsi bahan bakar spesifik, rasio udara dengan bahan bakar, panas yang terbuang serta prensentase panas yang terbuang meningkat. Kata kunci: Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG), Polipropilena, Minyak plastik, Solar Akra Sol, Performansi Mesin Diesel, Supercharger

14 ABSTRACT Population in the world always increases day to day so that need of fossil fuel increases too. This problem makes us to look for others sources out of fossil. That we can say alternative fuel. The alternative fuels can be found from plastic waste propilene type (PP). Now a days the national plastic needs is already big and it continues to grow by the population growth. The per capita plastic consumption in Indonesia is about 10 kg/capita/year. One of the way to reuse the plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. In this riset, fuel was taken from mixing of plastic oil with solar akra sol, goals to analys performance of TD 115 diesel engine and look about influence of supercharger. The research result shows value of torque, power, mass flow rate of fuels, volumetric efficiency, actual power, thermal actual brake efficiency, decreased when used plastic fuel more. But Spesific Fuel Consumption, Air Fuel Rasio (AFR), heat loss, and presentation of heat loss increased. Key Words: Plastic Waste, Propilene, Plastic Oil, solar Akra Sol, Diesel Engine Performance, Supercharger.

15 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xii BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Pengujian Batasan Masalah Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Plastik Pembuatan Plastik Daur Ulang Plastik Plastik Jenis Propilena Karbon Aktif Proses Pirolisis Mesin Diesel Prinsif Kerja Mesin Diesel Standarisasi Diesel Performansi Mesin Diesel Supercharger... 20

16 BAB III METODE PENELITIAN Waktu Dan Tempat Alat dan Bahan Alat Bahan Baku Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG Metode Pengumpulan Data Metode Pengolahan Data Pengamatan Dan Tahap Pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN Hasil Uji Kelayakan Bahan Bakar Minyak Plastik Analisis Densitas Analisit Specific Gravity Dan API Gravity Analisis Viskositas Kinematik Analisis Gas Chromtogravhy Mass Svectroscovy (GCMS) Hasil Pengujian Bom Kalori Meter Hasil Pengujian Engine Test Bed TD Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5% Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+ Minyak Plastik 10% Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 15% Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 20% Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Daya Laju Aliran Bahan Bakar (mf)... 46

17 Rasio Udara Bahan Bakar Effisiensi Volumetris Daya Aktual Effisiensi Thermal Aktual Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Heat Loss % Heat Loss BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN... xiii xv

18 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Permukaan Karbon Aktif... 9 Gambar 2.2 Diagram P-v Gambar 2.3 Diagram T-S Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel Gambar 2.5 Supercharger Gambar 3.1 Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII Gambar 3.2 Tec Equipment TD Gambar 3.3 Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG Gambar 3.4 Supercharger Gambar 3.5 Plastik Bekas Kemasan Gelas yang telah di potong kecil Gambar 3.6 Diagram Alir Prosedur Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG Gambar 3.7 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 4.5 kg Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg Gambar 4.5 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 3.5 kg Gambar 4.6 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 4.5 kg Gambar 4.7 Viscous Flow Meter Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 52

19 Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Gambar 4.10 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 3.5 kg Gambar 4.11 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 4.5 kg Gambar 4.12 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Gambar 4.13 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Gambar 4.14 Effisiensi termal aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Gambar 4.15 Effisiensi Termal Aktual vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Gambar 4.16 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Gambar 4.17 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Gambar 4.18 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Gambar 4.19 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg Gambar 4.20 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg Gambar 4.21 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 69

20 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia... 7 Tabel 2.2 Sifat Umum Polipropilena... 8 Tabel 2.3 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas Tabel 4.2 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity Bahan Bakar Cair Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis Tabel 4.5 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5% Tabel 4.8 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 10% Tabel 4.9 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 15% Tabel 4.10 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 20% Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya Tabel 4.12 Laju Aliran Bahan Bakar Tabel 4.13 Air Fuel Ratio Tabel 4.14 Effesiensi Volumetrik Tabel 4.15 Daya Aktual Tabel 4.16 Effisiensi thermal break aktual Tabel 4.17 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 62

21 Tabel 4.18 Heat Losses Tabel 4.19 Persentase Heat Loss... 67

22 DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan HHV Nilai kalor bahan bakar atas KJ/K LHV Nilai kalor bahan bakar bawah KJ/K M Persentase kandungan air dalam bahan bakar % H 2 Jumlah hidrogen dalam bahan bakar % P b Daya poros W T Torsi Nm n Putaran RPM SFC Konsumsi bahan bakar spesifik Kg/KW.h ṁ f Laju aliran bahan bakar Kg/h Sgf Specific gravity t Waktu h Ƞ b efisiensi termal % CV Nilai kalor bahan bakar KJ/kg Heat Loss Kehilangan panas W % Heat Loss Persentase Heat Loss % V f Volume bahan bakar yang di uji ml AFR Rasio udara dengan bahan bakar ṁ a Laju aliran massa udara Kg/h CF Faktor koreksi Ƞ v Efisiensi volumetrik % Ƞ m Efisiensi mekanis % ρ a Kerapatan udara Kg/m 3 T a T e Suhu udara luar Suhu exausht 0 C 0 C