ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL DENGAN MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR PERTADEX DAN POLIPROPILENA CAIR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik KORINTUS H GULTOM NIM : 110401161 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
Abstrak Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performansi mesin diesel menggunakan bahan bakar campuran pertadex dengan polipropilena cair yang akan bermanfaaat untuk bisa mengurangi pencemaran limbah plastik dan juga mendapatkan solusi dari permasalahan krisis energi di Indonesia. Penelitian ini diawali dengan mengolah Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG) menjadi polipropilena cair melalui proses pirolisis, kemudian mencampurkannya dengan Pertadex. Setelah itu Bahan bakar yang sudah dicampur tersebut di uji pada mesin diesel TD-115 untuk mendapatkan beberapa parameter yang nantinya akan di jadikan data untuk menghitung performansi mesin diesel. Dari riset ini diperoleh bahwa torsi, daya,rasio udara dengan bahan bakar,efisiensi volumetris, daya aktual, efisiensi termal aktual brake,panas yang terbuang serta persentase panas yang terbuang menurun akibat semakin banyak kandungan minyak plastik yang digunakan. Sedangkan laju aliran bahan bakar dan nilai konsumsi bahan bakar spesifik meningkat. Kata kunci: Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG), Polipropilena, Pertadex, Performansi Mesin Diesel.
ABSTRACT This Research aims to determine the performance of diesel engines using the fuel mixture Pertadex with liquid polypropylene which will can help reducing plastic waste pollution and also get the solution of energy crisis in Indonesia. This research begins with used Plastic Waste (PBKG) into liquid polypropylene through a pyrolysis process, then mix them with Pertadex. After the fuel has been mixed it will be tested on TD-115 diesel engine to get some parameters that will be made in the data to calculate the performance of diesel engines. From this research found that torque, power, fuel air ratio, volumetric efficiency, actualpower, the actual brake thermal efficiency, heat loss and heat loss percentage decreased due to the amount of plastics used oil content. While the fuel flow and the value of specific fuel consumption are increase. Key Words: Plastic Waste, Polypropilene, Pertadex, Diesel Engine Performance.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena hanya atas berkat dan karunia-nya penulis dapat mengerjakan dan menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Analisa performansi mesin diesel dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar pertadex dan polipropilena cair. Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu, penulis menyampaikan terima kasih kepada: 1. Orang tua penulis, Ayahanda R. Gultom dan Ibunda W. Sirait atas segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. 2. Bapak Ir.Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera. 5. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 6. Rekan satu tim skripsi yaitu Parningotan yang selalu menyemangati penulis dengan sabar. 7. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua. Terimakasih. Medan, Penulis Korintus H Gultom
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan Pengujian... 2 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Manfaat Pengujian... 3 1.5. Metodologi Penulisan... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Pertamina Dex ( Pertadex )... 5 2.2. Plastik... 6 2.2.1. Tentang Plastik... 6 2.2.2. Pembuatan Plastik... 7 2.2.3. Daur Ulang Plastik... 9 2.2.4. Plastik Jenis Propilena(PP)... 10 2.3. Silika gel... 13 2.4. Proses Pirolisis... 14 2.5. Mesin Diesel... 15 2.5.1. Prinsip Kerja Mesin Diesel... 18 2.5.2. Performansi Mesin Diesel... 19
BAB III METODE PENELITIAN 3.1. Waktu Dan Tempat... 29 3.2 Alat dan Bahan... 29 3.2.1. Alat... 29 3.2.2. Bahan Baku... 32 3.2.3. Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG... 33 3.2.4. Persentase pencampuran bahan bakar dengan pertadex... 35 3.3. Metode Pengumpulan Data... 35 3.4. Metode Pengolahan Data... 35 3.5. Pengamatan Dan Tahap Pengujian... 36 3.6. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 36 3.7. Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel... 38 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1. Hasil Uji Kelayakan Polipropilena Cair... 40 4.1.1. Analisis Viskositas Kinematik... 40 4.1.2. AnalisisDensitas... 41 4.1.3. Analisis Specific Gravity Dan API Gravity... 42 4.1.4. Hasil Pengujian Bom Kalori Meter... 43 4.2. Hasil Pengujian Engine Test Bed TD - 111... 44 4.2.1. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex... 44 4.2.2. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex+ Polipropilena Cair 5%... 45 4.2.3. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex + Polipropilena Cair 10%... 45 4.2.4. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex + Polipropilena Cair 15%... 46 4.2.5. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex + Polipropilena Cair 20%... 47 4.2.6. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Pertadex + Polipropilena Cair 25%... 48
4.3. Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel... 48 4.3.1. Daya... 49 4.3.2. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)... 51 4.3.3. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)... 54 4.3.4. Effisiensi Volumetrik... 57 4.3.5. Daya Aktual... 59 4.3.6. Effisiensi Thermal Aktual... 61 4.3.7. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 64 4.3.8. Heat Loss... 66 4.3.9. Persentase Heat Loss... 69 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan... 71 5.2.Saran... 74 DAFTAR PUSTAKA...xiii LAMPIRAN... xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P-v... 17 Gambar 2.2 Diagram T-S... 17 Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel... 18 Gambar 2.4 Bagian-Bagian Bom Kalorimeter... 20 Gambar 2.5 Viscous flow Meter... 25 Gambar 3.1 Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG... 29 Gambar 3.2 Bom Kalorimeter... 30 Gambar 3.3 Mesin Diesel Small engine Test TD115-MKII... 31 Gambar 3.4 Tec Equipment TD-114... 32 Gambar 3.5 Plastik Bekas Kemasan Gelas Yang Telah Dipotong Kecil... 33 Gambar 3.6 Diagram Alir Prosedur Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG... 34 Gambar 3.7 Persentase Campuran Bahan Bakar Pertadex dan Polipropilena Cair... 35 Gambar 3.8 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin... 39 Gambar 4.1 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg... 50 Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 51 Gambar 4.3 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 3.5 kg... 53 Gambar 4.4 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 4.5 kg... 53
Gambar 4.5 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 56 Gambar 4.6 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 56 Gambar 4.7 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 k... 59 Gambar 4.8 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada Pembebanan 4.5 kg... 59 Gambar 4.9 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 61 Gambar 4.10 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 61 Gambar 4.11 Effisiensi termal aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 63 Gambar 4.12 Effisiensi termal Aktual vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 64 Gambar 4.13 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 66 Gambar 4.14 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 66 Gambar 4.15 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 68 Gambar 4.16 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 68 Gambar 4.17 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 70 Gambar 4.18 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 70
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Data Temperatur Transisi Dan Temperatur Lebur Plastik... 9 Tabel 2.2 Konsumsi Plastik Perkapita Di Dunia... 9 Tabel 2.3 Sifat Mekanik Polipropilena... 12 Tabel 2.4 Heating Value Beberapa Jenis Bahan Bakar... 22 Tabel 3.1 Variasi Pengujian... 38 Tabel 4.1 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Polipropilena Cair Polipropilena Cair... 40 Tabel 4.2 Hasil Analisis Densitas Polipropilena Cair... 41 Tabel 4.3 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity... 42 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter... 43 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertadex.... 44 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertamina Dex + Polipropilena Cair 5%... 45 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertamina Dex + Polipropilena Cair 10%... 46 Tabel 4.8 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertamina Dex + Polipropilena Cair 15%... 46 Tabel 4.9 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertamina Dex + Polipropilena Cair 20%... 47 Tabel 4.10 Hasil Pengujian Bahan Bakar Pertamina Dex +
Polipropilena Cair 25%... 48 Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya... 49 Tabel 4.12 Laju Aliran Bahan Bakar... 52 Tabel 4.13 Air Fuel Ratio... 55 Tabel 4.14 Efisiensi Volumetrik... 58 Tabel 4.15 Daya Aktual... 60 Tabel 4.16 Efisiensi termal aktual... 62 Tabel 4.17 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 65 Tabel 4.18 Heat Losses... 67 Tabel 4.19 Persentase Heat Loss... 69
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan HHV Nilai kalor bahan bakar atas KJ/Kg. o C LHV Nilai kalor bahan bakar bawah KJ/Kg. o C M Persentase kandungan air dalam bahan bakar % H 2 Jumlah hidrogen dalam bahan bakar % P b Daya poros W T Torsi Nm n Putaran RPM SFC Konsumsi bahan bakar spesifik Kg/KW.h ṁ f Laju aliran bahan bakar Kg/h Sgf Specific gravity t Waktu h Ƞ b efisiensi termal % CV Nilai kalor bahan bakar KJ/kg Heat Loss Kehilangan panas W % Heat Loss Persentase Heat Loss % V f Volume bahan bakar yang di uji ml AFR Rasio udara dengan bahan bakar ṁ a Laju aliran massa udara Kg/h CF Faktor koreksi Ƞ v Efisiensi volumetrik % Ƞ m Efisiensi mekanis % ρ a Kerapatan udara Kg/m 3 T a T e Suhu udara luar (ambient) Suhu gas buang (exausht) 0 C 0 C