SKRIPSI MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE OLEH :

Transkripsi

1 SKRIPSI MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE OLEH : ADI CIPTA PARDOSI NIM : PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2009

2 SKRIPSI MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE OLEH : ADI CIPTA PARDOSI NIM : Disetujui oleh, DosenPembimbing TULUS BURHANUDDIN SITORUS, ST.MT NIP

3 MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE OLEH : ADI CIPTA PARDOSI NIM : Telah diperiksa dan disetujui dari hasil Seminar Tugas Skripsi Period ke 122 Tanggal 11 Maret 2009 Disetujui oleh : Dosen Pembimbing Tulus Burhanuddin S,ST. MT NIP :

4 MOTOR BAKAR KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE OLEH : ADI CIPTA PARDOSI NIM : Telah diperiksa dan disetujui dari hasil Seminar Tugas Skripsi Period ke 122 Tanggal 11 Maret 2009 Disetujui oleh Dosen Pembanding II Dosen Pembanding I Ir. Mulfi Hazwi, Msc Ir. Isril Amir NIP : NIP :

5 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N AGENDA : /TS/2008 DITERIMA TGL : PARAF : TUGAS SARJANA N A M A : ADI CIPTA PARDOSI N I M : MATA PELAJARAN : MOTOR BAKAR SPESIFIKASI : KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN SOLAR + FUEL VITAMIN (POWERMAX) a. Literaturreferensi b. Internet c. Buku d. Lapangan / Laboratorium DIBERIKAN TANGGAL : 01 / 05 / 2008 SELESAI TANGGAL : 27 /02 / 2009 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, MEDAN, 03 Nov DOSEN PEMBIMBING, DR.ING.IR.IKHWANSYAH ISRANURI TULUS B.SITORUS,ST,MT NIP NIP

6 ABSTRAK Kelangkaan akan bahan bakar minyak (BBM) yang terjadi mendorong dilakukannya penelitian untuk mengembangkan sumber bahan bakar alternatif lain sebagai pengganti solar. Berdasarkan pemikiran tersebut maka dilakukan pengujian mesin diesel TecQuipment type.td4a 001 dengan menggunakan bahan bakar biofuel vitamin engine + solar. Pada pengujian ini biofuel vitamin engine yang dipakai adalah Powermax. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui prestasi kerja mesin berbahan bakar biofuel vitamin engine + solar sehingga akan tampak pengaruhnya terhadap parameter unjuk kerja mesin diesel terutama mengurangi kandungan emisi gas buang yang dihasilkan motor diesel. Penelitian ini juga akan memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan bahan bakar alternatif dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel. Dengan menggunakan biofuel vitamin engine + solar, pemakaian bahan bakar rata-rata lebih irit 30 % dan daya rata-rata meningkat 3,2035 % serta mampu mereduksi kandungan emisi gas buang beracun seperti CO, Nox, UHC dan kadar CO 2.. Kadar sisa oksigen ( O 2 ) dari pembakaran biofuel vitamin engine + solar lebih besar dari pada solar, hal ini dimungkinkan karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada senyawa bahan bakar biofuel vitamin engine.

7 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 untuk mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul dari pada Tugas Sarjana ini yaitu KAJIAN EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN CAMPURAN BIOFUEL VITAMIN ENGINE Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana 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 Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak DR.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, dan Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus,ST.MT, selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Kedua orang tua penulis, Ayahanda Matua Pardosi dan Ibunda Khesti Epi serta seluruh kakak dan abang, Gadis Fitriyani Pardosi, Subhan Pardosi, Efdi

8 Pardosi, Serta yang terus membimbing dan mengarahkan penulis. Terima kasih atas segala dukungan dan bantuan yang telah diberikan.. 5. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 05 extension, yang tidak dapat disebutkan satu persatu, Solidarity Forever. 6. Buat rekan satu perjuangan dalam menyelesaikan skripsi ini, Tatang, Adrian, dan Apul Sipayung yang sangat besar peranannya dalam menyelsaikan skripsi ini. 7. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin bang Attin /Deden yang telah banayak membantu dan membimbing penulis selama pengujian di Laboratorium. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam Tugas Sarjana ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan Tugas Sarjana ini. Sebelum dan sesudahnya penulis ucapkan banyak terima kasih Medan, Penulis, Adi Cipta Pardosi

9 DAFTAR ISI ABSTRAK...i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI...iv DAFTAR TABEL...vii DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR NOTASI... x BAB 1. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Pengujian Manfaat pengujian Ruang Lingkup Pengujian Sistematika Penulisan... 4 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Performansi Motor Bakar Diesel Torsi dan daya Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) Perbandingan udara bahan bakar (AFR) Efisiensi volumetris Efisiensi thermal brake... 10

10 2.2 Teori Pembakaran Nilai Kalor Bahan Bakar Bahan Bakar Diesel Biofuel Vitamin Engine Emisi Gas Buang BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan tempat Bahan dan alat Metode Pengumpulan Data Pengamatan dan tahap pengujian Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel Daya Torsi Konsumsi bahan bakar spesifik Rasio perbandingan udara bahan bakar Efisiensi volumetris Efisiensi termal brake... 55

11 4.3 Pengujian Emisi Gas Buang Kadar carbon monoksida (CO) dalam gas buang Kadar nitrogen oksida (NOx) dalam gas buang Kadar unburned hidro carbon (UHC) dalam gas buang Kadar carbon dioksida (CO 2 ) dalam gas buang Kadar sisa oksigen (O 2 ) dalam gas buang...73 BAB 5. KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

12 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 001 Instrumentation Unit Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter Tabel 4.2 Data hasil pembacaan instrumen Tabel 4.3 Kadar CO dalam gas buang Tabel 4.4 Kadar NOx dalam gas buang Tabel 4.5 Kadar UHC dalam gas buang Tabel 4.6 Kadar CO 2 dalam gas buang Tabel 4.7 Kadar sisa oksigen (O 2 ) dalam gas buang

13 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Biofuel vitamin Powermax Gambar 3.1 Program Auto Gas Analizer Gambar 3.2 Bom kalorimeter Gambar 3.3 Diagaram alir pengujian nilai kalor bahan bakar Gambar 3.4 TD4 A Stroke Diesel Engine Gambar 3.5 TD4 A 001 Mesin uji Gambar 3.6 TD4 A 001 Instrumen Unit Gambar 3. 7 TD4 A 001 Instrumen Unit Gambar 3.8 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel Gambar 3.9 Auto logic gas analizer Gambar 3.10 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel Gambar 4.1 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.2 Grafik Daya vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.3 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.4 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.5 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.6 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.10 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.11 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 25 kg... 55

14 Gambar 4.12 Grafik BTE vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.13 Grafik BTE vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.14 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.15 Grafik kadar Co vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.16 Grafik kadar NO X vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.17 Grafik kadar NO X vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.18 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.19 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.20 Grafik kadar CO 2 vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.21 Grafik kadar CO 2 vs putaran untuk beban 25 kg Gambar 4.22 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 10 kg Gambar 4.23 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 25 kg

15 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 f sg f Laju aliran bahan bakar Spesific gravity kg/jam V f Volume bahan bakar yang diuji ml t f Waktu untuk menghabiskan bahan bakar Detik. m a Laju aliran massa udara kg/jam ρ Kerapatan udara kg/m 3 a V s Volume langkah torak m 3 C f AFR η v Faktor koreksi Air fuel ratio Efisiensi volumetrik η b Efisiensi thermal brake HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg CV Nilai kalor bahan bakar kj/kg C V Panas jenis bom kalorimeter J/gr. o C M Persentase kandungan air dalam bahan bakar Q lc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg

16 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kelangkaan bahan bakar minyak yang terjadi belakangan ini telah memberikan dampak yang sangat luas di berbagai sektor kehidupan. Sektor yang paling cepat terkena dampaknya adalah sektor transportasi. Fluktuasi suplai dan harga minyak bumi seharusnya membuat kita sadar bahwa jumlah cadangan minyak yang ada di bumi semakin menipis. Karena minyak bumi adalah bahan bakar yang tidak bisa diperbarui maka kita harus mulai memikirkan bahan penggantinya. Sebenarnya di Indonesia terdapat berbagai sumber energi terbarukan yang melimpah, sepeti biodiesel dari tanaman jarak pagar, kelapa sawit maupun kedelai untuk mesin diesel. Atau methanol dan ethanol dari biomassa, tebu, jagung, dll yang bisa dipergunakan sebagai pengganti bensin, dan sekarang ini yaitu penghemat bahan bakar atau yang sering disebut dengan bio fuel vitamin engine. Selain itu pembakaran bahan bakar fosil ini telah memberikan dampak negatif terhadap lingkungan. Kualitas udara yang semakin menurun akibat asap pembakaran minyak bumi, adalah salah satu efek yang dapat kita lihat dengan jelas. Kemudian efek gas rumah kaca yang ditimbulkan oleh gas CO 2 hasil pembakaran minyak bumi. Seperti kita ketahui pembakaran bahan bakar fosil yang tidak sempurna akan menghasilkan gas CO 2, yang lama kelamaan akan menumpuk di atmosfer. Radiasi sinar matahari yang dipancarkan kebumi seharusnya dipantulkan kembali ke angkasa, namun penumpukan CO 2 ini akan menghalangi pantulan tersebut. Akibatnya radiasi akan kembali diserap oleh bumi

17 yang akhirnya meningkatkan temperatur udara di bumi. Kedua efek tersebut hanya sebagian dari efek negatif bahan bakar fosil yang kemudian masih diikuti serangkaian efek negatif lain bagi manusia. Oleh karena itu pemakaian suatu bahan bakar terbarukan yang lebih aman bagi lingkungan adalah suatu hal yang mutlak. Berdasarkan pemikiran tersebut, maka dilakukan pengujian motor diesel dengan menggunakan biofuel vitamin, disini penulis memilih PowerMax, karena powermax ini merupakan inovasi putra Indonesia dalam bidang suplemen bahan bakar yang dapat memberikan solusi dalam masalah efisiensi / penghematan pemakaian bahan bakar, mengatasi masalah polusi gas buang. Interaksi biofuel vitamin powermax dengan gasoline/diesel (bensin,solar) menimbulkan reaksi seketika dalam memecah dan melembutkan partikel bahan bakar sehingga mudah dikabulkan dan mudah terbakar dalam ruang bakar menjadikan pembakaran menjadi lebih sempurna, tenaga menjadi lebih besar, tidak ngelitik/detonasi dan kadar polusi gas buang turun drastis. 1.2 Tujuan Pengujian 1. Mengetahui pengaruh pemakaian bio fuel vitamin dicampur dengan solar terhadap unjuk kerja mesin diesel. 2. Mengetahui pengaruh pemakakin bio fuel vitamin terhadap penghematan bahan bakar dan mengurangi emisi gas buang.

18 1.3 Manfaat pengujian 1. Untuk pengembangan biofuel vitamin yang akan digunakan pada mesin diesel, dan untuk mengurangi emisi gas buang ditinjau dari sudut prestasi mesin. 2 Memberikan informasi sebagai referensi bagi kalangan dunia pendidikan yang ingin melakukan riset dibidang otomotif dalam pengembangan biofuel vitamin dan pengaruhnya terhadap performansi motor diesel. 1.4 Ruang lingkup Pengujian 1. Bio fuel vitamin yang dipakai adalah PowerMax. 2. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bio fuel vitamin adalah Bom Kalorimeter 3. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor bakar diesel adalah mesin diesel 4-langkah dengan 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001) pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. 4. Unjuk kerja mesin diesel yang dihitung adalah : - Daya (Brake Power) - Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio) - Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumption) - Efisiensi Volumetris (Volumetric Effeciency) - Efisiensi termal brake (Brake Thermal Effeciency) 5. Pada pengujian unjuk kerja motor bakar diesel, dilakukan variasi putaran dan beban yang meliputi : - Variasi putaran : 1000-rpm, 1400-rpm, 1800-rpm, 2200-rpm, 2600-rpm dan 2800-rpm

19 - Variasi beban : 10 kg, dan 25 kg 6. Pemakaian yang menggunakan bio fuel vitamin untuk memperoleh perbandingan performansi motor diesel. 1.5 Sistematika Penulisan Tugas sarjana ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut : Bab I : Pendahuluan Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian. Bab II : Tinjauan Pustaka Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai motor diesel, bahan bakar bio fuel vitamin, pembakaran motor diesel, persamaan-persamaan yang digunakan, emisi gas buang kendaraan dan pengendaliannya. Bab III : Metodologi Pengujian Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian. Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik. Bab V : Kesimpulan dan Saran Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.

20 Daftar Pustaka Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan. Lampiran Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam bentuk tabel dan Undang-undang lingkungan hidup tentang baku mutu emisi untuk mesin tidak bergerak.

21 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 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 alasan ini mesin diesel juga disebut mesin penyalaan kompresi (Compression Ignition Engines). Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 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 Torsi dan daya Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dynamometer yang bertindak seolah olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya rem (Brake Power).

22 P B = 2. π. n 60 T...(Lit.5 hal 27) dimana : P B = Daya keluaran (Watt) n T = Putaran mesin (rpm) = Torsi (N.m) 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 : Sfc =. m f x10 P B 3...(Lit.5 hal 2-16) dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kw.h). m. f = laju aliran bahan bakar (kg/jam). Besarnya laju aliran massa bahan bakar ( m. f ) dihitung dengan persamaan berikut : m f 3 sg f. V f.10 = x (Lit.5 hal 3-9) t f dimana : sg f = spesific gravity (dari tabel 2.4).

23 V f = volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 8 ml). t f = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik) Perbandingan udara bahan bakar (AFR) Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut : m AFR =. m. a f...(lit.5 hal 2-8) dengan : m a = laju aliran masa udara (kg/jam). Besarnya laju 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 temperatur 20 0 C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (C f ) berikut : ( T a + 114) C f = 3564 x P a x 2, 5 T a...(lit.5 hal 3-11) Dimana : Pa = tekanan udara (Pa) Ta = temperatur udara (K) Effisiensi volumetris

24 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 volumetrik ( η v ) dirumuskan dengan persamaan berikut : η v = Berat udara segar yang terisap Berat udara sebanyak volume langkah torak...(lit.5 hal 2-9) Berat udara segar yang terisap =. m a n...(lit.5 hal 2-10) Berat udara sebanyak langkah torak = ρ a. V s...(lit.5 hal 2-7) volumetris : Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi η v = 2. m. a. 60. n 1 ρ. a V s...(lit.5 hal 2-10) dengan : ρ a = kerapatan udara (kg/m 3 ) V s = volume langkah torak = [spesifikasi mesin] Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat diperoleh dari persamaan berikut : ρ a = P a R. T a...(lit.5 hal 3-12)

25 Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.k) Effisiensi thermal brake Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal efficiency, η b ). η b = Daya keluaran aktual Laju panas yang masuk...(lit.5 hal 2-15) Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut : Q =. f m. LHV...(Lit.5 hal 2-8) dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kj/kg) Jika daya keluaran ( P B ) dalam satuan kw, laju aliran bahan bakar satuan kg/jam, maka : m. f dalam η b = PB (Lit.5 hal 2-15). m f. LHV 2.2 Teori Pembakaran Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable) yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain

26 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 pembakaran. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh pembentukan karbon dioksida 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 (Calorific Value, CV). Bedasarkan 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 nili kalor bawah. Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung

27 bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong : HHV = C O2 H S (Lit. 3 hal. 44) 8 HHV = Nilai kalor atas (kj/kg) C = Persentase karbon dalam bahan bakar H 2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar O 2 = 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, 0,20 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 didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kn/m 2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kj/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut :

28 LHV = HHV 2400 (M + 9 H 2 )...(Lit. 3 hal. 44 ) LHV = Nilai Kalor Bawah (kj/kg) M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture) Dalam perhitungan efisiensi 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 pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV). 2.3 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 jenis ini yang biasa disebut sebagai bahan bakar diesel yang biasanya 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 industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak diesel.

29 Di Indonesia, bahan bakar untuk kendaraan motor jenis diesel umumnya menggunakan solar yang diproduksi oleh PT. PERTAMINA dengan karakteristik seperti pada Tabel 2.1. Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar NO P R O P E R T I E S L I M I T S TEST METHODS Min Max I P A S T M 1. Specific Grafity 60/60 0 C D Color astm D Centane Number or Alternatively calculated Centane Index D Viscosity Kinematic at C cst or Viscosity SSU at C secs D Pour Point 0 C - 65 D Sulphur strip % wt D-1551/ Copper strip (3 hr/100 0 C) - No.1 D Condradson Carbon Residue %wt D Water Content % wt D Sediment % wt - No.0.01 D Ash Content % wt D-482 Neutralization Value : Strong Acid Number mgkoh/gr - Nil -Total Acid Number mgkoh/gr Flash Point P.M.c.c 0 F D Distillation : - Recovery at C % vol 40 - D-86 Sumber :

30 2.4 Bio Fuel Vitamin Muryama, at. all, (2000) melaporkan bahwa pada pengujian mesin diesel dengan bahan bakar minyak vegetatif dan minyak diesel didapatkan bahwa dengan minyak vegetatif mempunyai efisiensi dan daya mesin yang lebih besar dibanding dengan minyak diesel, karena suhu gas buang yang dihasilkan lebih rendah namun terjadi penurunan kualitas nilai kalor rata-rata 2%. Dengan nilai kalor yang rata-rata lebih rendah 2%, tetapi minyak vegetatif mempunyai angka cetana yang jauh lebih tinggi akan didapat keterlambatan penyalaan yang lebih pendek bila dibandingkan dengan minyak diesel. Adanya keterlambatan penyalaan yang lebih pendek (ignition delay) daya yang dihasilkan besar dan efektif, maka akan dihasilkan unjuk kerja yang optimum. Altin, at. al, (2000) mengadakan penelitian pemakaian minyak vegetatif dicampur dengan bahan bakar diesel dan didapatkan bahwa viskotitas campuran relatif lebih tinggi dibandingkan bahan bakar diesel. Selanjutnya suhu mesin relatif lebih rendah bila digunakan bahan bakar campuran. Suhu mesin yang relatif rendah mengindikasikan efisiensi meningkat sebagai akibat dari angka cetana dari bahan bakar vegetatif jauh lebih tinggi. Dengan angka cetana yang tinggi maka pembakaran akan efektif dan keterlambatan penyalaan akan pendek dan efisiensi mesin akan tinggi.angka viscositas yang tinggi akan menambah beban/kerja pompa lebih berat. Adapun kegunaan dari biofuel vitamin engine ini dalam bidang suplemen bahan bakar menjadikannya solusi dalam masalah efisiensi / penghematan

31 pemakaian bahan bakar, mengatasi masalah polusi gas buang dan keuntungan lainnya. 1. Double Action Fuel Catalyst. Adalah campuran bahan bakar hasil karya putra indonesia yang ramah lingkungan terbuat dari tumbuh-tumbuhan yang dapat meningkatkan tenaga dan akselerasi kendaraan anda dan juga dapat menghemat bahan bakar minyak (BBM) kendaraan anda sampai 30% mencegah mesin ngelitik/ detonasi, melarutkan kandungan air dari kondensasi (Penguapan) dalam tangki bahan bakar sehingga mencegah karat, mengurangi deposit karbon pada ruang bahan bakar, mengurangi kadar polusi pada gas buang. 2. Mekanisme Kerja BioFuel Vitamin Engine. Interaksi Powermax dengan gasoline/diesel (bensin,solar) menimbulkan reaksi seketika dalam memecah dan melembutkan partikel bahan bakar sehingga mudah dikabulkan dan mudah terbakar dalam ruang bakar menjadikan pembakaran menjadi lebih sempurna, tenaga menjadi lebih besar, tidak ngelitik/detonasi dan kadar polusi gas buang turun drastis. 3. Penggunaan Biofuel Vitamin Engine. Powermax dapat digunakan untuk semua mesin yang menggunakan bahan bakar bensin/solar misalnya: mobil, motor, kapal boat, motor tempel, Genset, pompa air, dll.

32 Gambar 2.1 Bio Fuel Vitamin Powermax 2.5 Emisi Gas Buang Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut : 1. Sumber Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan. Polutan sekunder seperti ozon (O 3 ) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi. 2. Komposisi kimia Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen, nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen oksida, ozon dan lainnya. 3. Bahan penyusun Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat

33 bertahan di atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan bercampur dengan udara bebas. a.) Partikulat Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa padatan tersebut berasal dari pembakaran tak 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 motor terlalu besar atau apabila butir butir berkumpul menjadi satu, maka akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon karbon padat atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat saat dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam. b.) Unburned Hidrocarbon (UHC) Hidrokarbon 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 memancarkan banyak

34 hidrokarbon kalau 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 pemancaran hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar. c.) Carbon Monoksida (CO) Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO 2 ) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

35 d.) Nitrogen Oksida (NOx) Senyawa nitrogen oksida yang sering menjadi pokok pembahasan dalam masalah polusi udara adalah NO dan NO 2. Kedua senyawa ini terbuang langsung ke udara bebas dari hasil pembakaran bahan bakar. Nitrogen monoksida (NO) merupakan gas yang tidak berwarna dan tidak berbau sebaliknya nitrogen dioksida (NO 2 ) berwarna coklat kemerahan dan berbau tajam. NO merupakan gas yang berbahaya karena mengganggu saraf pusat. NO terjadi karena adanya reaksi antara N 2 dan O 2 pada temperatur tinggi diatas C. Persamaan reaksinya adalah sebagai berikut : O 2 2O N 2 + O NO + N N + O 2 NO + O 2.6 Dampak terhadap lingkungan Tidak semua senyawa yang terkandung di dalam gas buang kendaraan bermotor diketahui dampaknya terhadap lingkungan selain manusia. Beberapa senyawa yang dihasilkan dari pembakaran sempurna seperti CO2 yang tidak beracun, belakangan ini menjadi perhatia n orang. Senyawa CO2 sebenarnya merupakan komponen yang secara alamiah banyak terdapat di udara. Oleh karena itu CO2 dahulunya tidak menepati urutan pencemaran udara yang menjadi perhatian lebih dari normalnya akibat penggunaan bahan bakar yang berlebihan setiap tahunnya. Pengaruh CO2 disebut efek rumah kaca dimana CO2 diatmosfer dapat menyerap energi panas dan menghalangijalanya energi panas tersebut dari atmosfer ke permukaan yang lebih tinggi. Keadaan ini menyebabkan

36 meningkatnya suhu rata -rata di permukaan bumi dan dapat mengakibatkan meningginya permukaan air laut akibat melelehnya gununggunung es, yang pada akhirnya akan mengubah berbagai sirklus alamiah. Pengaruh pencemaran SO2 terhadap lingkungan telah banyak diketahui. Padatumbuhan, daun adalah bagian yang paling peka terhadap pencemaran SO2, dimana akan terdapat bercak atau noda putih atau coklat merah pada permukaan daun. Dalam beberapa hal, kerusakan pada tumbuhan dan bangunan disebabkan karena SO 2 dan SO3 di udara, yang masing-masing membentuk asam sulfit dan asam sulfat. Suspensi asam di udara ini dapat terbawa turun ke tanah bersama air hujan dan mengakibatkan air hujan bersifat asam. Sifat asam dari air hujan ini dapat menyebabkan korosif pada logam-logam dan rangka -rangka bangunan, merusak bahan pakian dan tumbuhan. Oksida nitrogen, NO dan NO2 berasal dari pembakaran bahan bakar fosil. Pengaruh NO yang utama terhadap lingkungan adalah dalam pembentukan smog. NO dan NO2 dapat memudarkan warna dari serat-serat rayon dan menyebabkan warna bahan putih menjadi kekuning-kuningan. Kadar NO2 sebesar 25 ppm yang pada umumnya dihasilkan adari emisi industri kimia, dapat menyebabkan kerusakan pada banayak jenis tanaman. Kerusakan daun sebanyak 5 % dari luasnya dapat terjadi pada pembacaan dengan kadar 4-8 ppm untuk 1 jam pemajanan. Tergantung dari jenis tanaman, umur tanaman dan lamanya pemajanan, kerusakan terjadi dapat bervariasi. Kadar NO2 sebesar 0,22 ppm dengan jangka waktu pemajanan 8 bulan terus menerus, dapat menyebabkan rontoknya daun berbagai jenis tanaman.

37 2.67 Pengendalian Emisi Gas Buang Tingkat polusi udara dari mesin kendaraan tidak hanya dipengaruhi oleh teknologi pembakaran yang diterapkan dalam sistem itu saja, tetapi juga besar dipengaruhi oleh mutu bahan bakar yang dipakai. Dari segi kualitas bahan bakar, Indonesia sangat jauh tertinggal dari negara negara lain. Emisi gas yang dihasilkan oleh pembakaran kendaraan bermotor pada umumnya berdampak negatif terhadap lingkungan. Ada beberapa cara yang dapat diambil untuk mengatasi masalah tersebut antara lain : 1. Menyeimbangkan campuran udara-bahan bakar. 2. Pemanfaatan Positive Crankcase Ventilation (PCV). 3. Penggunaan sistem kontrol emisi penguapan bahan bakar antara lain : ECS (Evaporation Control System), EEC (Evaporation Emission Control), VVR (Vehicle Vapor Recovery) dan VSS (Vapor Saver System). 4. Penggunaan Exhaust Gas Recirculation (EGR). 5. Penggunaan filter particulate traps yang dikhususkan untuk mesin diesel. 6. Injeksi udara lebih kedalam silinder.

38 BAB III METODOLOGI PENGUJIAN 3.1 Waktu dan tempat Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama kurang lebih 2 bulan. 3.2 Bahan dan alat Bahan Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar untuk campuran yang terbuat dari minyak nabati, didapat dari stockis multi level marketing (MLM) dan galon-galon Pertamina Alat Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari : 1. Mesin diesel 4-langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001 ). 2. Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar. 3. Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji auto gas analizer. 4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci L, obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya. 5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 100 ml. 6. Termometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum masuk dan setelah keluar air cooler.

39 Gambar 3.1 Program auto gas analizer. 3.3 Metode Pengumpulan Data Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masingmasing pengujian. b. Data sekunder, data mengenai karakteristik bahan bakar solar dari pertamina. Metode Pengolahan Data Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik. 3.4 Pengamatan dan tahap pengujian Pada penelitian yang akan diamati adalah : 1. Parameter torsi (T) dan parameter daya (P B ). 2. Parameter konsumsi bahan bakar spesifik (sfc). 3. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR).

40 4. Efisiensi volumetris ( η v ). 5. Effisiensi thermal brake ( η b ). 6. Parameter komposisi gas buang. Prosedur pengujian dapat dibagi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian nilai kalor bahan bakar. 2. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar solar murni. 3. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biofuel vitamin engine pada beban 10 kg. 4. Pengujian motor diesel dengan bahan bakar biofuel vitamin engine pada beban 20 kg. 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji Bom Kalorimeter. Gambar 3.2 Bom kalorimeter.

41 Peralatan yang digunakan meliputi : - Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom. - Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. - Tabung gas oksigen. - Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom. - Termometer, dengan akurasi pembacaan skala C. - Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin. - Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar. - Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai penyala pada tabung bom. - 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. Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji. 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 penyala dan cawan berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring O sampai rapat.

42 5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar). 6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml. 7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter. 8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik. 9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk. 10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor. 11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter. 12. Menghidupkan elektromotor 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 elektromotor terus bekerja. 15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima) menit dari penyalaan berlangsung. 16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk pengujian berikutnya. 17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut turut. Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.3

43 Mulai Berat sampel bahan bakar 0,20 gram Volume air pendingin: 1250 ml Tekanan oksigen 30 Bar b a Pengujian = 5 kali Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit HHVRata - rata = 5 Σ HHV i= 1 5 i ( J/kg) Mencatat temperatur air pendingin T1 ( O C) Berhenti Menyalakan bahan bakar Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit Selesai Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 ( O C) Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 T1 Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg ) b a Gambar 3.3 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar.

44 3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel Disini dilakukan pengujian dengan menggunakan mesin diesel 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 001 ). Gambar 3.4 Mesin uji (TD4 A 001) Gambar 3.5 TD4 A Stroke Diesel Engine

45 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 Valve type clearance 107 inch 3 (1,76 liter) 0,012 inch (0,30 mm) dingin Firing order Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel oleh Ir. Isril Amir. Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4 A 001 Instrumentation Unit dengan spesifikasi sebagai berikut : Gambar 3.6 TD4 A 001 Instrumentation Unit

46 Gambar 3.7 TD4 A 001 Instrumentation Unit Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001 Instrument Unit TD4 A 001 Instrument Unit Fuel Tank Capasity Fast Flow Pipette Tachometer Torque Meter Exhaust Temperature Meter Air Flow Manometer 10 liters Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml rev/min 0 70 Nm C Calibrated 0 40 mm water gauge Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel oleh DR.Ir.Chalilullah Rangkuti, Msc Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor diesel serta komposisi emisi gas buang. Pengujian ini dilakukan pada 5 tingkat putaran mesin, yaitu : 1000,1400,1800,2200,2600 dan 2800 rpm serta 2 variasi beban yaitu : 10 kg dan 25 kg.

47 Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah langkah sebagai 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 dimana yang fungsinya adalah mengembalikan alat ini kepengaturan awal untuk mendapatkan hasil yang maksimal atau hasil data yang akurat. 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 menarik tali starter, memanaskan mesin selama menit pada putaran rendah (± 1500 rpm).

48 3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikannya melalui pembacaan tachometer. 4. Menggantung beban sebesar 1 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. Memasukkan alat deteksi alat uji emisi gas buang pada saluran gas buang (knalpot). 10. Mencetak hasil dari pembacaan alat uji emisi gas buang dengan memakai printer yang dihubungkan langsung ke komputer. 11. Menjalankan program emisi gas buang melalui kontrol komputer yang berbasis software yang didapat dari alat uji tersebut. 12. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin. Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel yang dilakukan dalam penelitian ini diamana dalam diagram ini dijelaskan secara singkat proses melakukan penilitian dapat dilihat pada Gambar 3.7.

49 Mulai Volume Uji bahan bakar : 100 ml Temperatur udara : 27 O C Tekanan udara: 1 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. Berhenti Selesai Gambar 3.8 Diagram alir Pengujian performansi motor bakar diesel

50 3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO 2, O 2, HC, CO, dan NO x yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar. Pengujian ini dilakukan bersamaan dengan pengujian unjuk kerja motor bakar diesel dimana gas buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emsi gas buang yang dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analizer. Dimana dalam mengoperasikan alat ini ada beberapa komponen alat yang harus disedian antara lain: 1. Sebuah perangkat komputer 2. Software komputer atau program yang menjalankan alat auto logic gas analizer. 3. Printer yang berfungsi untuk mencetak langsung hasil pembacaan dari auto logic gas analizer. 4. Swicth atau sambungan kabel dari printer ke alat auto logic gas analizer. Gambar 3.9 Auto logic gas analizer

51 Mulai Menyambungkan perangkat autogas analizer ke komputer Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analizer Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar Menunggu kira-kira 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat tampilannya di komputer Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda Berhenti Selesai Gambar 3.10 Diagram alir Pengujian emisi gas buang motor bakar diesel

52 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 x Fk ( J/kg )...(Lit.9 hal 12) dimana: HHV = Nilai kalor atas (High Heating Value) T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan ( 0 C ) T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan ( 0 C ) Cv = Panas jenis bom kalorimeter ( 73529,6 J/kg 0 C ) Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,05 0 C ) Fk = Faktor koreksi (0,6695) Pada pengujian pertama bahan bakar solar, diperoleh : T1 T2 = 26,65 0 C = 27,75 0 C, maka: HHV(solar) = (27,75 26,65 0,05 ) x 73529,6 x 0,6695 = 77206,08 x 0,5828 J/kg = 44995,703 J/kg Standar nilai kalor solar adalah J/kg (Sumber; karena dalam pengujian solar menggunakan bom

53 kalorimeter didapat HHV sebesar 66911,936 J/kg, maka pada pengujian ini, digunakan faktor koreksi (Fk) sebesar: ,936 = 0,6695 Pada pengujian pertama bahan bakar biofuel vitamin engine + solar, diperoleh : T1 T2 = 27,87 0 C = 28,97 0 C, maka: HHV = (28,97 27,87 0,05 ) x 73529,6 x 0,6695 = 44995,703 J/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 : HHVRata - rata = 5 Σ HHV i= 1 5 i ( J/kg )...(Lit.9 hal 12) 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, biofuel vitamin engine+ solar dapat dilihat pada (Tabel 4.1) berikut ini: