PENGUJIAN PERBANDINGAN PERFORMA MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR SOLAR DENGAN MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR CAMPURAN (SOLAR-KEROSENE) SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik CHRISTIAN. I. SITOMPUL NIM. 05 0401 103 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 1016/TS/2011 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL : MEDAN PARAF : TUGAS SARJANA NAMA : CHRISTIAN. I. SITOMPUL NIM : 05 0401 103 MATA PELAJARAN SPESIFIKASI : MOTOR BAKAR : PENGUJIAN PERBANDINGAN PERFORMA MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR SOLAR DENGAN MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR CAMPURAN, SOLAR-KEROSENE DIBERIKAN TANGGAL : 20 /08 /2011 SELESAI TANGGAL : / / KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING DR.Ing.Ir.IKHWANSYAH ISRANURI Ir. MULFI HAZWI,M.Sc NIP. 19641224199211101 NIP. 194910121981031002
ABSTRAK Untuk mengetahui perbandingan performa antara mesin diesel berbahan bakar solar dan mesin diesel berbahan bakar campuran solar-kerosene, pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode Uji eksperimental. Pada penelitian ini, proses pengujian dilakukan dengan menggunakan Mesin Diesel 4-langkah 4- silinder (TecQuipment type.td4a-001), pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU. Perbandingan campuran solar dengan kerosene ditetapkan 90 : 10, 80 : 20, 70 : 30. Melalui penelitian dengan metode Uji eksperimental ini diharapkan diperoleh data akurat mengenai efek dari penggunaan kerosene sebagai campuran pada bahan bakar solar, terutama dalam hal performansi pada motor bakar. Kata kunci : Motor Bakar, Performansi mesin diesel, Kerosene.
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 mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Pengujian Perbandingan Performa Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar dengan Mesin Diesel Berbahan Bakar Campuran (Solar-Kerosene). Dalam menyelesaikan Skripsi 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 Ir. Mulfi Hazwi, MSc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya dan atas kesabarannya dalam membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST.MT dan Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku dosen penguji. 3. Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 4. Bapak /Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
5. Orang tua penulis, Ayahanda R.Sitompul dan Ibunda R br Panggabean, juga adik-adik penulis Serta Seluruh keluarga besar Yang selalu memberikan penulis dukungan doa dan nasehat selama studi di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 6. Nidya Ginting, Anugerah bagi penulis yang selalu sabar dalam memotivasi dan membangkitkan semangat penulis saat terpuruk, sehingga penulis mampu majalani kesibukan serta menyelesaikan studi dan skripsi. 7. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, Khususnya Stambuk 05 dan 07, yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Mesin Jaya - Solidarity Forever 8. Para penghuni Kontrakan 96c, baik itu PT maupun PGT, Gotter Segnen Unser 9. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin yang membantu dan membimbing penulis dalam pengambilan data di Laboratorium. Penulis menyadari masih terdapat bayak kekurangan-kekurangan dalam Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk menyempurnakan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis mengucapkan banyak terima kasih. Medan, Desember 2011 Penulis, Christian. I. Sitompul
DAFTAR ISI ABSTRAK KATA PENGANTAR......v DAFTAR ISI... vii DAFTAR TABEL.....ix DAFTAR GAMBAR....x DAFTAR NOTASI...xi BAB I. PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang......1 1.2 Tujuan......2 1.3 Manfaat......2 1.4 Batasan Masalah......2 1.5 Sistematika Penulisan......3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar......4 2.2 Performansi Motor Diesel.....5 2.3 Parameter Prestasi Mesin.....7 2.3.1 Torsi dan Daya Keluaran......7 2.3.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)......7 2.3.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR).....8 2.3.4 Efisiensi Volumetris.....9 2.4.2 Efisiensi Thermal Brake.... 10 2.4 Teori Pembakaran.... 11 2.4.1 Nilai kalor bahan bakar... 12 2.5 Bahan Bakar Diesel... 14 2.6 Kerosene.... 15 2.7 Emisi gas buang.... 15 2.7.1 Bahan pencemar pada gas buang.... 15
BAB III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Objek Penelitian... 18 3.2 Sampel Penelitian... 18 3.3 Metode Pengumpulan Data... 18 3.4 Metode Pengolahan Data.... 18 3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar.... 19 3.6 Prosedur Pengujian Nilai Performansi Motor Diesel... 22 BAB IV. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian nilai Kalor bahan bakar... 26 4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel.... 29 4.2.1 Torsi.... 29 4.2.2 Daya.... 31 4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc).... 33 4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR)... 37 4.2.5 Efisiensi Volumetris... 41 4.2.6 Efisiensi Termal Brake.... 44 BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan.... 49 5.2 Saran.... 50 DAFTAR PUSTAKA.... 51 LAMPIRAN
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar... 14 Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A-001... 22 Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A-001 Instrument Unit... 24 Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter... 28 Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk Torsi... 30 Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk Daya... 32 Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc... 35 Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR... 39 Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk Efisiensi volumetris... 42 Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk Efisiensi termal brake... 47
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Proses pembakaran pada mesin diesel... 6 Gambar 2.2 Diagram P-V dan T-S siklus ideal motor diesel... 6 Gambar 3.1 Bom Kalorimeter.19 Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar......21 Gambar 3.3 Mesin uji TD4A-001... 22 Gambar 3.4 TD4A-001 Instrumentation Unit. 24 Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel... 25 Gambar 4.1 Grafik HHV vs jenis bahan bakar... 29 Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg... 31 Gambar 4.3 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 10 kg... 36 Gambar 4.4 Grafik Sfc vs Putaran untuk beban 25 kg... 37 Gambar 4.5 Kurva Viscous flow meter calibration... 38 Gambar 4.6 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 10 kg. 40 Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg. 41 Gambar 4.7 Grafik AFR vs Putaran untuk beban 25 kg. 41 Gambar 4.8 Grafik Effisiensi volumetric vs Putaran untuk beban 10 kg... 43 Gambar 4.8 Grafik Effisiensi volumetric vs Putaran untuk beban 25 kg... 44 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Thermal Brake untuk beban 10kg dan 25 kg... 48
DAFTAR NOTASI LAMBANG KETERANGAN SATUAN BFC Fuel Consumption L/jam SFC Specific Fuel Consumption g/kwh Laju aliran massa udara (kg/s) Tekanan udara kpa Efisiensi volumetric Massa jenis udara kg/ R Konstanta gas kj/kg-k Temperatur udara K Daya keluaran PS n Putaran mesin rpm T Torsi keluaran mesin N.m HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg C v Panas jenis bom calorimeter j/gr. o C T kp Kenaikan temperature akibat penyalaan H 2 Persentase hydrogen dalam bahan bakar % M Persentase air dalam bahan bakar % P B Daya keluaran Watt m f Laju aliran bahan bakar kg/jam V f Volume bahan bakar yang diuji ml t f waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik V s Volume langkah torak m 3 o C b Efisiensi termal brake Qlc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg