ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN SISTEM HYBRID TERHADAP EFISIENSI DAN TINGKAT EMISI GAS BUANG PADA MOTOR BAKAR DIESEL SKRIPSI

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH PENGGUNAAN SISTEM HYBRID TERHADAP EFISIENSI DAN TINGKAT EMISI GAS BUANG PADA MOTOR BAKAR DIESEL SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik YOKI HUSADA NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010

2

3

4

5

6

7

8

9 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum wr. Wb. Ucapan terimakasih serta syukur kehadirhat Allah SWT karena rahmat dan karunianya yang maha besar akhirnya Tugas Akhir ini dapat selesai Tugas Skripsi ini ditulis untuk melengkapi persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin pada Fakultas Teknik. Judul dari Tugas Skripsi ini adalah Analisis Pengaruh Penggunaan Sistem Hybrid Terhadap Efisiensi Dan Tingkat Emisi Gas Buang Pada Motor Bakar Diesel. Tak dapat dipungkiri Tugas Skripsi ini dapat selesai berkat bantuan, semangat, bimbingan, dan dorongan dari berbagai pihak, langsung maupun tidak langsung dan selayaknya Penulis menghaturkan terimakasih dan rasa hormat yang besar kepada : 1. Bapak Ir.Isril Amir, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas skripsi ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak / Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Kedua orang tua saya Ayahanda, Sugiat Smhk dan Ibunda Ismawati serta kakak saya Rury Widyastuti dan kedua adik saya Rivi Novra Devi, Yustian yang terus membimbing dan mengarahkan saya. 5. teman-teman mahasiswa teknik mesin Program Pendidikan D-IV stambuk 2005 dan Program Pendidikan Mandiri Reguler stambuk 2008 yang tidak dapat saya sebutkan namanya satu persatu. 6. Semua pihak yang membantu secara langsung maupun tidak langsung dalam penyusunan dan penulisan tugas skripsi ini.

10 Penulis mengharapkan masukan berupa kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan Tugas Skripsi ini. Semoga apa yang ada dalam Tugas Skripsi ini dapat memberikan manfaat bagi pembaca secara umum dan penulis secara khusus. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Medan, November 2010 Penulis, Yoki Husada

11 ABSTRAK Sistem hybrid merupakan suatu rangkaian komponen (system) yang sangat penting, yaitu sistem yang menggabungkan motor elektrik dengan mesin konvensional yang keduanya bekerjasama secara sinergis guna menghasilkan kendaraan yang handal, irit bahan bakar dan ramah lingkungan. Sistem hybrid dapat mengurangi pengurangan bahan bakar hingga 60 % dan system hybrid mampu mengurangi kadar emisi gas buang sekitar 25 %. Untuk mengurangi emisi gas buang maka pada sistem hybrid ini dilengkapi dengan alat yang disebut EGR (Exhaust Gas Recirculation) yang mensirkulasi gas buang sehingga Nitrogen exhaust dapat dikurangi dan VGT (Variable Geometri Thurbocharger) yang berfungsi untuk mengurangi kadar uap. Kata kunci : Sistem Hybrid, EGR, VGT.

12 DAFTAR ISI Kata Pengantar... i Abstrak...iii Daftar Isi... v Daftar Tabel... ix Daftar Gambar... x Daftar Notasi... xii Bab I Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Penulisan Batasan Masalah Manfaat Penulisan Metode Pembahasan Sistematika Penulisan... 3 Bab II Tinjauan Pustaka Mesin Pembakaran Dalam Motor Bakar 4 (empat) Langkah Motor Bakar Otto Motor Bakar Diesel Siklus Motor Bakar Diesel Komponen Utama Motor Bakar Diesel... 10

13 2.5 Sistem Bahan Bakar (Fuel System) Bahan Bakar Diesel Sistem Mekanisme Katup Sistem Kerja Motor Bakar Diesel Emisi Gas Buang Konsumsi Bahan Bakar Diesel Performansi Motor Diesel Torsi Dan Daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Bab III Sistem Hybrid Pada Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid Skema Mobil Hybrid Konstruksi Tipe Sistem Hybrid Pemanfaatan Yang Terbaik Dari Kedua Dunia Tipe Dari Sistem Hybrid Komponen Utama Sistem Hybrid Kontrol Sistem Hybrid Motor Generator Inverter Unit Baterai Hybrid Unit Box Hybrid... 34

14 3.3.6 Start & Akselerasi Kecepatan Konstan Deselarasi Saat Stop Pelindung Sistem Hybrid Cara kerja Sistem Hybrid Transmisi Kepincangan Penyimpanan Arus Tegangan Tinggi Peforma Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid Karakteristik Kurva Motor Generator Konsumsi Bahan Bakar Emisi Gas Buang Bab IV Emisi Gas Buang Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid Umum Solusi Tingginya Emisi Gas Buang Teknologi Perangkat Mesin Injeksi Bahan Bakar ECU (Electronic Control Unit) Catalytic Converter Alternatif mesin penggerak kendaraan Fuel cell... 47

15 Sel Surya Mobil Listrik Hybrid car Emisi Gas Buang Motor Bakar Diesel Sistem Hybri EGR (Exhaust Gas Resirculation) Klasifikasi EGR VGT (Vortable Geometri Turbocharger) Analisis Kondisi Mesin Terhadap Emisi Gas Buang Bahan Bakar Motor Bakar Diesel Sistem Hybrid Faktor Yang Mempengaruhi Peforma Sistem Hybrid Torsi Akselerasi Bab V Analisa Perbandingan Performansi Mobil Diesel Konvensional Dan Mobil Diesel Hybrid Spesifikasi Mobil Diesel Konvensional (Peugeot 308) Konsumsi Bahan Bakar Pada Peugeot Spesifikasi Mobil Diesel Hybrid (Peugeot 3008) Konsumsi Bahan Bakar Pada Peugeot Analisa Performansi Daya Untuk Analisis Pada Mobil Peugeot Untuk Analisis Pada Mobil Peugeot

16 5.3.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik Untuk Analisis Pada Peugeot Untuk Analisis Pada Peugeot Pengujian Emisi Gas Buang Pengujian Untuk Mobil Diesel (Peugeot 308) Pengujian Untuk Mobil Hybrid (Peugeot 3008) Bab VI Kesimpulan dan Saran kesimpulan Saran Daftar Pustaka Lampiran... 84

17 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik Mutu Solar Tabel 3.1 Pengaturan Energi pada Kendaraan Listrik Hybrid Tabel 3.2 Tabel Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar Mobil Hybrid Tabel 4.1 Hasil Analisis Mesin Terhadap Emisi Gas Buang. 58 Tabel 4.2 Hasil Analisis Mesin Terhadap (AFR=Air-to-Fuel-Ratio). 58 Tabel 4.3 Hasil Analisis Mesin Terhadap Berdasarkan Tingkat rpm. 59 Tabel 5.1 Spesifikasi Mobil Peugeot Tabel 5.3 Spesifikasi Mobil Peugeot Tabel 5.4 Data Hasil Perhitungan Daya Pada Mobil Peugeot 308 Dan Peugeot Tabel 5.5 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Pada Peugeot 308 Dan Peugeot Tabel 5.6 Perbandingan Emisi Gas Buang Peugeot 308 Dan Peugeot

18 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P V Volume Konstan... 7 Gambar 2.2 Siklus Tekanan Konstan... 8 Gambar 2.3 Siklus Tekanan Terbatas... 9 Gambar 3.1 Skema Mobil BMW 4 Cylinder Sistem Hybrid Gambar 3.2 Cross Sectional Drawing of The Transmission Gambar 3.3 Skema Konfigurasi Seri Sistem Hybrid Gambar 3.4 Skema Konfigurasi Pararel Sistem Hybrid Gambar 3.5 Skema Konfigurasi seri - Pararel Sistem Hybrid Gambar 3.6 Skematik Rangkaian Series Hybrid Pada Kendaraan Jenis Bus.. 29 Gambar 3.7 Skematik Sistem Hybrid Gambar 3.8 Cara Kerja Sistem Hybrid Gambar 3.9 Motor Generator Hybrid Gambar 3.10 Contoh Inverter Sistem Hybrid Gambar 3.11 Jenis Baterai Yang Digunakan Pada Sistem Hybrid Gambar 3.12 Skema Unit Box Sistem Hybrid Gambar 3.13 Diagram Pengujian Baterai Gambar 3.14 Diagram Karakteristik Kurva Motor Generator Gambar 4.1 Skematik Diagram Efek EGR pada tingkat pembebanan Gambar 4.2 Skematik Diagram Dari VGT/ EGR Gambar 4.3 Skematik diagram hybrid... 62

19 Gambar 4.4 Sketasa Teknik Kerja Sistem Hybrid Gambar 5.1 Grafik Daya Vs Putaran Gambar 5.2 Grafik Sfc Vs Putaran Gambar 5.3 Grafik Kadar CO Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot Gambar 5.4 Grafik Kadar HC Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot Gambar 5.5 Grafik Kadar Nox Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot Gambar 5.6 Grafik Kadar CO2 Pada Peugeot 3008 Dan Peugeot

20 DAFTAR NOTASI Lambang Keterangan Satuan P B Daya keluaran Watt N Putaran mesin Rpm T Torsi N.m Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kw.h. m a Laju aliran massa udara kg/jam V s Volume langkah torak m 3 AFR A BMEP CO CO 2 CVT DME EGR EPA EREN EV F FMEP Air fuel ratio Air Brake mean effective pressue Carbon monoxide Carbon dioxide Continuosly variable transmission Dymethyl esther Exhaust gas recirculation Environmental protection agency Energy efficiency and renewable energy network Electric vehicle Fuel Friction mean effective pressure

21 GDI GPS H H 2 O HC HEV ICE IMEP NH 3 NO X n net, O PM PSH SCR SOC TWC Gasoline direct injection Global positioning system Hydrogen Water Hydrocarbon Hybrid electric vehicle Internal combustion engine Indicated mean effective pressure Ammonia Nitrogen hydrogen oxides All four strokes in a combustion cycle Oxygen Particulate matter Power split hybrid Selective catalytic reduction State of charge Three way catalytic converter