MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM GAS MIXER

Transkripsi

1 MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM GAS MIXER Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ROLAND SIHOMBING NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2 MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN SISTEM GAS MIXER Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ROLAND SIHOMBING NIM : DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

3

4

5

6

7

8

9

10

11 Abstrak Dalam penelitian ini dilakukan pengujian bahan bakar LPG sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimodifikasi dengan mengadopsi sitem gas mixer. Mesin diesel yang digunakan adalah Mesin Diesel Kama YL170F satu silinder 4 langkah dengan pendinginan udara. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran rpm. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengubah sistem pembakaran yang pada awalnya menggunakan sistem pengabutan bahan bakar menjadi sistem gas mixer dan penggunaan pemantik api (busi) agar pembakaran dapat terjadi. Parameter yang diamati adalah daya, torsi, konsumsi bahan bakar solar dan LPG, perbandingan udara-bahan bakar dan efisiensi thermal. Hasil dari penelitian ini akan terlihat pengaruh bahan bakar LPG terhadap parameter performansi mesin diesel tanpa mengalami detonasi dan ketukan ketika mesin beroperasi. Kata Kunci : LPG, diesel bahan bakar ganda, gas mixer, performansi mesin diesel ` i

12 KATA PENGANTAR Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kesehatan, dan kasih karunianya yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan mendapat gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu : Modifikasi Mesin Diesel Satu Silinder berbahan bakar Solar menjadi LPG dengan Menggunakan Sistem Gas Mixer Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Penulis telah berupaya keras dengan segala kemampuan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada: 1. Kedua orang tua penulis, Ayahanda R. Sihombing SE. dan Ibunda A.br Simanjuntak, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 2. Bapak DR. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. selaku dosen pembimbing yang banyak meluangkan waktu membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung. ii

13 7. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis. 8. Kepada adinda Saya tercinta Fransisca Natalia Sihombing, Yolan Puspasari Sihombing, dan Angel Rizky Partuaan Sihombing yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai 9. Thyo Fany Siahaan, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang. Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih. Medan, Juli 2014 Penulis Roland Sihombing Nim iii

14 DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Pengujian Batasan Masalah Manfaat Pengujian Metodologi Penulisan Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Diesel Bahan Bakar LPG Pendahuluan LPG Jenis Dan Komponen LPG Sifat-Sifat LPG Bahaya LPG Mesin Diesel Empat Langkah Prinsip Kerja Mesin Diesel Empat Langkah Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah Unjuk Kerja Mesin Diesel Empat Lankah Performansi Motor Bakar Torsi, Tekanan Efektif Rata-Rata dan Daya Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Efisiensi Thermal Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) Efisiensi Volumetris iv

15 2.4.6 Mesin Diesel yang Digunakan Pembakaran Pada Mesin Otto Karburator Penyalaan dengan Bunga Api Saat Penyalaan dan Pembakaran Nilai Kalor Bahan Bakar Generator Set Tipe Generator Set Emisi Gas Buang Sumber Komposisi Kimia Bahan Penyusun BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Alat Bahan Metode Pengumpulan data Metode Pengolahan data Pengamatan dan Tahap Pengujian Modifikasi Mesin Diesel Menjadi bahan bakar LPG Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel Diagram Alir Penelitian Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Daya Besarnya Daya pada bahan bakar Solar Murni Besarnya Daya pada bahan bakar LPG Torsi Besarnya Torsi pada bahan bakar Solar Murni Besarnya Torsi pada bahan bakar LPG Tekanan Efektif Rata-Rata (bmep) v

16 4.2.1 Besarnya bmep pada bahan bakar Solar Murni Besarnya bmep pada bahan bakar LPG Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) Besarnya SFC pada bahan bakar Solar Murni Besarnya SFC pada bahan bakar LPG Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) Besarnya AFR pada bahan bakar Solar murni Besarnya AFR pada bahan bakar LPG Efisiensi Thermal Brake Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar Solar Murni Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG Efisiensi Volumetris Nilai Ekonomis Besarnya Nilai Ekonmois pada bahan bakar Solar Murni Besarnya Nilai Ekonomis pada bahan bakar LPG Hasil Pembakaran Pengujian Emisi Gas Buang Emisi Gas Buang Bahan Bakar Solar Murni Emisi Gas Buang Bahan Bakar LPG BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA... xiii LAMPIRAN... xiv vi

17 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Prinsip kerja motor diesel 4 (empat) langkah Gambar 2.2 Diagram alir prestasi mesin Gambar 2.3 Pengetesan prestasi mesin Gambar 2.4 Diagram P-V motor diesel Gambar 2.5 Dampak dari pendahulu kontak Gambar 2.6 P-V diagram jika pengapian terlalu cepat atau lambat Gambar 2.7 Generator set Gambar 3.1 Mesin Diesel KAMA Model YL Gambar 3.2 Dinamo generator 1kW Yamaha Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong-GA Gambar 3.4 OTC Technotest SMOKEMETER Gambar 3.5 Multimeter Gambar 3.6 Botol bahan bakar Gambar 3.7 Stop Watch Gambar 3.8 Manometer Gambar 3.9 Regulator tekanan tinggi Gambar 3.10 Selang SMC tekanan tinggi Gambar 3.11 Karburator Gambar 3.12 Intake manifold Gambar 3.13 Busi Gambar 3.14Ignition coil Gambar 3.15 Universal joint Gambar 3.16 Crank angle signal Gambar 3.17 Rangkain lampu Gambar 3.18 Alat-alat perbengkelan Gambar 3.19 Tabung gas LPG Gambar 3.20 Pandangan atas cylinder head Gambar 3.21 Pandangan bawah cylinder head Gambar 3.22Pandangan atas cylinder head setelah modifikasi Gambar 3.23Pandangan bawah cylinder head setelah modifikasi vii

18 Gambar 3.24 Pemasangan crank angle signal Gambar 3.25 Pemasangan manometer Gambar 3.26 Pemasangan regulator gas tekanan tinggi Gambar 3.27 Pemasangan tachometer Gambar 3.28Ignition coil Gambar 3.29 Proses pembuatan rangka mesin Gambar 3.30 Pemasangan dinamo generator Gambar 3.31 Pemasangan universal joint Gambar 3.32 Pemasangan panel unit Gambar 3.33 Generator set diesel berbahan bakar LPG Gambar 3.34 Diagram alir modifikasi Gambar 3.35 Diagram alir penelitian Gambar 3.36 Diagram alir penelitian Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang.. 63 Gambar 4.1 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar solar murni Gambar 4.2 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar LPG Gambar 4.3 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 400 watt Gambar 4.4 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 800 Watt Gambar 4.5 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar solar murni Gambar 4.6 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar LPG Gambar 4.7 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 400 Watt Gambar 4.8 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 800 Watt Gambar 4.9 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar solar murni Gambar 4.10 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar LPG Gambar 4.11 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 400 Watt Gambar 4.12 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 800 Watt Gambar 4.13 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar solar murni Gambar 4.14 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar LPG Gambar 4.15 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada beban 400 Watt Gambar 4.16 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) viii

19 pada beban 800 Watt Gambar 4.17 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar solar murni Gambar 4.18 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar LPG Gambar 4.19 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 400 Watt Gambar 4.20 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 800 Watt Gambar 4.21 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar solar murni Gambar 4.22 Grafik putaran mesin vs ƞb pada bahan bakar LPG Gambar 4.23 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 400 Watt Gambar 4.24 Grafik putaran mesin vs ƞb pada beban 800 Watt Gambar 4.25 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni Gambar 4.26 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar LPG Gambar 4.27 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 400 Watt Gambar 4.28 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 800 Watt Gambar 4.29 Kondisi awal blok silinder sebelum digunakan dalam pengujian Gambar 4.30 Kondisi awal cylinder head sebelum digunakan dalam pengujian Gambar 4.31 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni Gambar 4.32 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni Gambar 4.33 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG Gambar 4.34 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG ix

20 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar... 7 Tabel 2.2 Perbedaan motoor diesel dan motor bensin Tabel 4.1 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 400 Watt selama 5 menit Tabel 4.2 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 800 Watt selama 5 menit Tabel 4.3 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 400 Watt Tabel 4.4 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 800 Watt Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.9 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.10 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt Tabel 4.11 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.12 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt Tabel 4.13 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban 400 Watt Tabel 4.14 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban 800 Watt Tabel 4.15 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada beban x

21 400 Watt Tabel 4.16 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada beban 800 Watt Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban 400 Watt Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban 800 Watt Tabel 4.21 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt Tabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar LPG beban 400 Watt Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar LPG beban 800 Watt Tabel 4.25 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt Tabel 4.26 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt Tabel 4.27 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban 400 Watt Tabel 4.28 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban 800 Watt xi

22 DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN P B Daya Keluaran Watt LHV Nilai kalor kj/kg Laju aliran massa udara kg/s Laju aliran bahan bakar kg/jam n Putaran mesin rpm Effisiensi termal % Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kw.h t f Waktu pengujian yang ditentukan menit T Torsi keluaran mesin N.m ρ Massa Jenis kg/m 3 V Tegangan Volt I Arus Ampere Volume bahan bakar ml bmep Tekanan efektif rata-rata kpa Vd Volume ruang bakar m 3 Vc Volume sisa ruang bakar saat TMA m 3 B Diameter silinder m S Panjang langkah (Stroke) m xii