PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL

Transkripsi

1 TESIS PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL ARIS BUDI SULISTYO PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2016

2 TESIS PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL ARIS BUDI SULISTYO NIM : PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2016 i

3 PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL Tesis Untuk Memperoleh Gelar Magister Pada Program Magister, Program Studi Teknik Mesin, Program Pascasarjana Universitas Udayana ARIS BUDI SULISTYO NIM : PROGRAM MAGISTER PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN PROGRAM PASCASARJANA UNIVERSITAS UDAYANA DENPASAR 2016 ii

4 Lembar Pengesahan TESIS INI TELAH DISETUJUI PADA TANGGAL : 04 JUNI 2016 Pembimbing I, Pembimbing II, Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. NIP Mengetahui Ketua Program Studi Teknik Mesin Program Pascasarjana Universitas Udayana Direktur Program Pascasarjana Universitas Udayana Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma NIP Prof. Dr. dr. A. A. Raka Sudewi, Sp.S (K) NIP iii

5 Tesis Ini Telah Diuji dan Dinilai oleh Panitia Penguji pada Program Pascasarjana Universitas Udayana Pada Tanggal : 04 Juni 2016 Berdasarkan SK Rektor Universitas Udayana No. : 2304/UN 14. /HK/2016 Tanggal : 04 Juni 2016 Panitia Penguji Tesis adalah : Ketua Sekretaris : Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma : Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. Anggota : 1. Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT 2. Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg 3. Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. iv

6 SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT NAMA : ARIS BUDI SULISTYO NIM : PROGRAM STUDI : PASCASARJANA TEKNIK MESIN UNIVERSITAS UDAYANA JUDUL TESIS : PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL. Dengan ini menyatakan bahwa karya ilmiah Tesis ini bebas plagiat. Apabila dikemudian hari terbukti terdapat plagiat dalam karya ilmiah ini, maka saya bersedia menerima sangsi sesuai peraturan mendiknas RI No.17 Tahun 2010 dan peraturan Perundang undangan yang berlaku Denpasar, 04 Juni 2016 Yang menyatakan ARIS BUDI SULISTYO v

7 UCAPAN TERIMA KASIH Assalamualaikum Wr.Wb, Atas berkat rahmat Tuhan Yang Maha Esa maka penulis dapat menyelesaikan Tesis dengan judul Pengaruh Penggunaan Bahan Bakar LGV Terhadap Daya, Torsi, Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Dan Emisi Gas Buang Pada Mobil Dengan Transmisi Manual. Pada kesempatan ini perkenankanlah penulis mengucapkan rasa terima kasih yang sebesar besarnya kepada : 1. Rektor Universitas Udayana Prof. DR. Dr Ketut Suastika, Sp.PD, KEMD atas kesempatan dan fasilitas yang telah diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister di Universitas Udayana. 2. Prof. DR. Dr. A.A. Raka Sudewi, Sp.S(K) atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi karyasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana Universitas Udayana. 3. Prof. Dr. Ir. I Gusti Bagus Wijaya Kusuma, selaku Pembimbing I dan Ketua Program Studi Magister Teknik Mesin yang telah memberikan ide dan gagasan dengan penuh perhatian dalam memberikan dorongan, semangat serta senantiasa meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan serta saran selama penulis mengikuti perkuliahan di Program Magister ini. 4. Ir. I Nyoman Budiarsa, MT., Ph.D. selaku Pembimbing II dan Pembimbing Akademik yang dengan penuh perhatian dan kesabarannya telah memberikan bimbingan, saran, serta semangat kepada penulis. 5. Tim penguji tesis yaitu, Dr. Ir. I Ketut Suarsana, MT, Dr. Ir. I Wayan Bandem Adnyana, M.Erg dan Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT. yang telah memberikan saran, arahan, koreksi sehingga Tesis ini dapat terselesaikan tepat waktu. vi

8 6. Segenap Tim Sekertariat dan Tata Usaha Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana. 7. Rekan-rekan mahasiswa Program Pascasarjana S2 Teknik Mesin Universitas Udayana angkatan tahun 2014, yang telah memberikan dukungan dan kerjasamanya dalam penyelesaian Tesis ini. 8. Ayahanda Sugiyamto, Ibunda tercinta Enie Sri Lestari, saudara tersayang Aditya, Andika dan Ayu, atasan langsung Panji Firdaus, SE, M.Si, serta calon istri terkasih Anissa Wulan Cahaya, S.SiT yang turut memberikan dukungan yang luar biasa kepada penulis, serta seluruh pihak yang turut memberikan dukungan yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Penulis menyadari sepenuhnya bahwa apa yang dipaparkan dalam tesis ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari isi permasalahan, analisis, penyusunan maupun teknik penulisan. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan kemampuan dan pengetahuan yang penulis miliki, untuk itu penulis memohon kritik dan saran dari para pembaca guna mewujudkan karya tulis yang lebih baik di kemudian hari. Akhir kata penulis berharap semoga Tesis ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Wassalamualaikum Wr. Wb. Denpasar, 04 Juni 2016 Penulis vii

9 ABSTRAK PENGARUH PENGGUNAAN BAHAN BAKAR LGV TERHADAP TORSI, DAYA, KONSUMSI BAHAN BAKAR SPESIFIK DAN EMISI GAS BUANG PADA MOBIL DENGAN TRANSMISI MANUAL Meningkatnya laju pertumbuhan perekonomian masyarakat Indonesia menyebabkan kebutuhan masyarakat juga semakin tinggi. Salah satunya adalah dalam bidang sarana transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG). Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual. Metode Analisis data yang digunakan pada penelitian adalah ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13. Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin. Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi. Kata Kunci : Daya (Hp), Torsi (Nm), Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc), Emisi Gas Buang. viii

10 ABSTRACT THE EFFECT OF UTILIZATION OF LGV FUEL TOWARD THE TORQUE, POWER, SPECIFIC FUEL CONSUMPTION AND EXHAUST GAS EMISSION IN VEHICLES WITH MANUAL TRANSMISSION The increase of economic growth rate of Indonesian people results in the increase of people s necessity as well. One of them is in the transportation field. Liquefied Gas for Vehicle (LGV) is the development of Liquefied Petroleum Gas (LPG). The aim of this research is to find out the effect of utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel toward the torque, power, specific fuel consumption and exhaust gas emission in vehicles with manual transmission. Data analysis method being used in this research consisted of two stages, namely data sampling phase and data processing phase. This analysis also discussed about specific fuel consumption, and then trend analysis, including optimization and factorial design analysis which was described in 3D graphic using Sigmaplot 13 software. The result obtained is that utilization of Liquefied Gas for Vehicle (LGV) fuel improves the torque, power, and reduces the specific fuel consumption as well as reducing vehicle's exhaust gas emission. LGV is working well in rotation above 2000 rpm and below 9000 rpm. It means that LGV is only suitable to be used in moderate loading and high machine rotation. The usage of vigas fuel tends to yield a better power and torque compared to gasoline. The advantage of LGV compared to octane 88 gasoline on high spin indicates that fuel saving will be better achieved in the usage of LGV compared than octane 88 gasoline on high speed. Key words: Power (Hp), Torque (Nm), specific fuel consumption (sfc), exhaust gas emission. ix

11 RINGKASAN Krisis energi yang terjadi telah mendorong pemerintah Indonesia untuk terus menggalakkan penggunaan bahan bakar gas baik untuk sektor industri maupun transportasi. Keseriusan pemerintah dalam menangani krisis energi adalah dengan menerbitkan Keputusan Mentri Energi dan Sumber Daya Mineral No K/16/MEM/2004 tentang Kebijakan Energi Nasional. Tujuan diterbitkannya Kebijakan Energi Nasional adalah untuk menjamin penyediaan energi nasional. Untuk itu, pemanfaatan sumber energi baru dan energi terbarukan yang mempunyai potensi yang cukup besar dimaksimalkan sehingga terjadi peningkatan terhadap penyediaan energi secara nasional. Hal ini menyebabkan masyarakat mulai melirik energi alternatif yang lebih hemat dan lebih murah. Saat ini pemerintah pun sudah mulai memperkenalkan Bahan Bakar Gas yaitu Liquefied Gas Vehicle (LGV) kepada masyarakat, sebagai energi alternatif pengganti bahan bakar minyak disektor transportasi. Liquefied Gas Vehicle (LGV) yang merupakan pengembangan dari Liquefied Petroleum Gas (LPG) dengan cara mengubah komposisi perbandingan antara Propana (C3) dan Butana (C4) dalam LPG, yang nantinya akan di gunakan sebagai bahan bakar untuk kendaraan bermotor, terutama mobil penumpang. Mengacu pada hal tersebut, maka penulis merumuskan bagaimanakah pengaruh pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) terhadap torsi, daya, konsumsi bahan bakar spesifik dan emisi gas buang kendaraan mobil dengan transmisi manual. Analisis data pada penelitian ini terdiri dari dua tahap, yaitu tahap pengumpulan data dan tahap pengolahan data. Pengumpulan data meliputi kegiatan pengujian dan pengambilan data. Pengolahan data meliputi pengelompokan data identifikasi faktor-level dominan, dan memperkirakan hasil yang optimum. Analisis ini juga membahas tentang konsumsi bahan bakar spesifik, kemudian trend analisis dibahas dalam penelitian ini, termasuk juga optimasi dan analisis desain faktorial yang dijabarkan dalam grafik 3D menggunakan software Sigmaplot.13. Hasil yang diperoleh adalah pemakaian bahan bakar Liquefied Gas for Vehicle (LGV) meningkatkan torsi, daya, dan menurunkan konsumsi bahan bakar spesifik serta menurunkan emisi gas buang kendaraan. LGV bekerja dengan baik pada putaran di atas 2000 rpm dan dibawah 9000 rpm. Hal ini berarti LGV hanya cocok digunakan pada pembebanan sedang dan putaran mesin tinggi. Penggunaan bahan bakar vigas cenderung menghasilkan daya dan torsi yang lebih baik dibanding bensin. Keunggulan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada putaran tinggi mengindikasikan bahwa penghematan bahan bakar akan dicapai lebih baik pada penggunaan LGV dibandingkan dengan bensin oktan 88 pada kecepatan tinggi. Dari hasil penelitian didapat bahwa Liquefied Gas Vehicle (LGV) merupakan salah satu energi alternatif yang murah dan ramah lingkungan. Keunggulan menggunakan Liquefied Gas Vehicle (LGV) dibandingkan bensin adalah karena secara teknis cukup menguntungkan x

12 yaitu ramah lingkungan, umur mesin lebih panjang dan bebas timbal serta nilai oktannya tinggi, lebih dari 98. xi

13 DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM...i PRASYARAT GELAR...ii LEMBAR PERSETUJUAN...iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI...iv SURAT PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT...v UCAPAN TERIMA KASIH...vi ABSTRAK...viii ABSTRACT...ix RINGKASAN...x DAFTAR ISI......xii DAFTAR TABEL......xv DAFTAR GAMBAR...xvi DAFTAR ARTI SIMBOL...xviii DAFTAR ARTI SINGKATAN...xix DAFTAR LAMPIRAN...xx BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian... 8 BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1. Motor Bensin Penjelasan Umum Siklus Otto Proses Pembakaran pada Motor Bensin Ratio Udara Bahan Bakar xii

14 2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin Empat Langkah Bahan Bakar Bensin Angka Oktan Liquefied Gas for Vehicle (LGV) Regulator Converter kits Parameter Pengukur Tenaga Mesin Dinamometer Parameter Unjuk Kerja Motor Pembakaran Dalam Proses Pembakaran Daya Poros Efektif Torsi Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Pengukuran Gas Buang Emisi Gas Buang Motor Bensin BAB III KERANGKA BERPIKIR, KONSEP DAN HIPOTESIS PENELITIAN 3.1. Kerangka Berpikir Konsep Penelitian Hipotesis Penelitian BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Persiapan Pengujian Bahan dan Peralatan Pengujian Lokasi Pengujian Rancangan Penelitian Prosedur Pengujian Skema Pengujian Parameter Penelitian dan Variabel Bebas Analisis Data Diagram Alir Pengujian xiii

15 4.8. Jadwal dan Tempat Pengujian BAB V DATA PENELITIAN 5.1. Data Pengujian Data Hasil Penelitian Uji Torsi Data Hasil Penelitian Daya Perhitungan untuk Mencari rata-rata Data Hasil Penelitian Uji Emisi Data Hasil Penelitian Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar Spesifik BAB VI PEMBAHASAN 6.1. Grafik Hasil Penelitian dan Pembahasan Analisa Uji Torsi dan Daya Analisa Massa Bahan Bakar Analisa Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Analisa Emisi Gas Buang BAB VII KESIMPULAN DAN SARAN 7.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA xiv

16 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Komposisi Oksigen dan Nitrogen Tabel 4.1. Parameter dan variabel penelitian Tabel 4.2. Jadwal penelitian Tabel 5.1. Data Pengujian Torsi bahan bakar bensin Tabel 5.2. Data Pengujian Torsi bahan bakar Vigas Tabel 5.3. Data Pengujian Daya bahan bakar Bensin Tabel 5.4. Data Pengujian Daya bahan bakar Vigas Tabel 5.5. Data rata-rata pengujian daya bahan bakar bensin dan vigas (Hp) Tabel 5.6. Data rata-rata pengujian torsi bahan bakar bensin dan vigas (Hp) Tabel 5.7. Data rata-rata pengujian CO2 bahan bakar bensin dan vigas Tabel 5.8. Data rata-rata pengujian CO bahan bakar bensin dan vigas Tabel 5.9. Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas Tabel Data rata-rata pengujian O2 bahan bakar bensin dan vigas Tabel Data rata- pengujian massa bahan bakar bahan bakar bensin dan vigas Tabel Data rata-rata pengujian konsumsi bahan bakar spesifik bensin dan vigas xv

17 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. (a) P-V, (b) T-S Diagram, (c) P-V dan T-S diagram Gambar 2.2. Prinsip Kerja Motor Bensin 4 Langkah Gambar 2.3. Bentuk fisik coverter kits LPG Gambar 3.1. Skema pengujian konsumsi bahan bakar Gambar 4.1. Alat Uji Dyno Test Gambar 4.2. Skema pengujian torsi Gambar 4.3. Skema pengujian emisi gas buang Gambar 4.4. Diagram alir penelitian Gambar 5.1. Pelaksanaan Uji Torsi dan Daya Gambar 5.2. Display Uji Daya dan Torsi Gambar 5.3. Display Grafik Uji Torsi Gambar 5.4. Tampilan pengukuran emisi Gambar 6.1. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar bensin Gambar 6.2. Grafik pengukuran daya (a) dan torsi (b) bahan bakar vigas Gambar 6.3. Grafik perbandingan daya bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar 6.4. Grafik perbandingan torsi bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar 6.5. Grafik trend pengukuran daya pada bensin Gambar 6.6. Grafik trend pengukuran daya pada vigas Gambar 6.7. Grafik trend pengukuran torsi pada bensin Gambar 6.8. Grafik trend pengukuran torsi pada vigas Gambar 6.9. Grafik perbandingan massa bahan bakar bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar Grafik trend massa bahan bakar bensin Gambar Grafik trend massa bahan bakar vigas Gambar Grafik perbandingan konsumsi bahan bakar spesifik bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) xvi

18 Gambar Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik bensin Gambar Grafik trend konsumsi bahan bakar spesifik vigas Gambar 6.15 Gambar Grafik perbandingan pengukuran emisi CO2 bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar Grafik perbandingan pengukuran emisi HC bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar Grafik perbandingan pengukuran emisi CO bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar Grafik perbandingan pengukuran emisi O2 bensin dan vigas pada pembebanan ke I (a), II (b), III (c), IV (d) dan V (e) Gambar Grafik trendline pengukuran emisi CO2 bensin (a) dan vigas (b), CO bensin (c) dan vigas (d), serta O2 bensin (e) dan vigas (f) xvii

19 DAFTAR SIMBOL CO = karbon monoksida CO2 = Karbondioksida HC = hidrocarbon % = Persentase 0 = Derajat cm = Centi meter C = carbon O = oksida Ø = diameter butiran kg = kilo gram m = meter H = hidrogen g = grafitasi P = tekanan V = volume T = waktu η = efisiensi r = jari-jari k = konstanta α = sudut ρ = massa jenis l = panjang d = diameter ν = kecepatan ml = mili liter Sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik [ kg/hp.jam ] Mb = dikonsumsi [ kg ] BHP = Daya motor [ HP ] T = Waktu konsumsi [detik ] xviii

20 DAFTAR ARTI SINGKATAN BBM = Bahan Bakar Minyak LGV = Liquefied Gas for Vehicle LPG = Liquefied Petroleum Gas CNG = Compressed Natural Gas PVT = Pressure, Volume, Temperature TMA = Titik mati atas TMB = titik mati bawah HP = Horse Power SFC = Spescific Fuel Consumption xix

21 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A. Data Umum Bahan Bakar Lampiran B. Pelaksanaan Pengujian Lampiran C. Grafik Hasil display Lampiran D. Hubungan Non Linier 3d Plane Software Sygmaplot.13 xx