ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Oleh: EDGAR SIHOTANG (110401131) DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM : 110401131 Telah Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing Ir. Tekad Sitepu, MT NIP.1952 1222 1978 031002 Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP. 1954 0320 1981 022001 Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP. 1956 0910 1987 011001 Diketahui oleh: Departemen Teknik Mesin Ketua,
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM 110401131 Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke - 851 Tanggal 25 April 2016 Dosen Disetujui Pembimbing oleh: Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 1952 1222 1978 031002
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM 110401131 Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi Periode Ke - 851 Tanggal 25 April 2016 Disetujui oleh: Dosen Penguji I Dosen Penguji II Ir. A. Halim Nasution, MSc. NIP. 1954 0320 1981 022001 Ir. Alfian Hamsi, MSc. NIP. 1956 0910 1987 011001
ANALISA PERFORMANSI MESIN DIESEL MENGGUNAKAN VARIASI CAMPURAN BAHAN BAKAR POLIPROPILENA CAIR DAN SOLAR AKRA SOL (AKR) DENGAN PENAMBAHAN ALAT SUPERCHARGER EDGAR SIHOTANG NIM : 110401131 Disetujui Oleh : Dosen Pembimbing, Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 1952 1222 197031002
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : 2307 /TS/2016 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA TGL: 12 / 01 /2016 MEDAN PARAF : TUGAS SARJANA NAMA : IJIN S TUMANGGER NIM : 110401026 MATA KULIAH : MOTOR BAKAR SPESIFIKASI : Lakukan pengujian performansi mesin Diesel Small Engine Test Bed TD111- MKII dengan menggunakan variasi campuran bahan bakar Polipropilena cair 5%, 10%, 15% dan 20% dengan bahan bakar solar Akra Sol ( AKR ), Variasi putaran mesin: 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm pada beban : 3.5 kg, 4.5 kg dengan penambahan alat supercharger DIBERIKAN TANGGAL : 12-01- 2016 SELESAI TANGGAL : 12 04-2016 MEDAN, 04 APRIL 2016 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING, Ir. Tekad Sitepu, MT NIP. 195212221978031002
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA NO : 2307 /TS/2016 Sub. Program studi : Konversi Energi Bidang Tugas Judul tugas : Motor Bakar : Analisa performansi mesin diesel menggunakan variasi campuran bahan bakar Polipropilena cair dan solar akra sol (AKR) dengan penambahan alat supercharger Diberikan tanggal : 12-01- 2016 Selesai tanggal : 12-04-2016 Dosen Pembimbing : Ir. Tekad Sitepu, MT Nama Mhs : Edgar Sihotang NIM : 110401131 No Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen Pembimbing 1. 12-01-2016 Meminta Spesifikasi Tugas 2. 19-01-2016 Studi Literatur dan Pencarian Referensi 3. 27-01-2016 Pengadaan Bahan Bakar Minyak Plastik 4. 04-02-2016 Memperbaiki alat uji 5. 09-02-2016 Pemasangan Alat dan Pengujian I 6. 15-02-2016 Pemasangan Alat dan Pengujian II 7. 23-02-2016 Pemasangan Alat dan Pengujian III 8. 02-03-2016 Asistensi Laporan Bab I dan II 9. 08-03-2016 Asistensi Laporan Bab III 10. 15-03-2016 Asistensi Laporan Bab IV 11 21-03-2016 Asistensi keseluruhan 12 29-03-2016 Perbaikan 13 30-03-2016 ACC Seminar Catatan : 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen Diketahui, Pembimbing setiap asistensi. Departemen Teknk Mesin 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. Ketua, 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan asistensi telah selesai.
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 menggunakan variasi campuran bahan bakar polipropilena cair dan solar akra sol dengan penambahan alat supercharger 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. Sihotang dan Ibunda L. Pardede atas segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan, menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi. 2. Bapak Ir.Tekad Sitepu, MT selaku Dosen Pembimbing yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. 3. Bapak Ir.Abdul Halim Nasution, M.Sc selaku Dosen Penguji I yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 4. Bapak Ir.Alfian Hamsi Siregar, M.Sc selaku Dosen Penguji II yang telah memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada penulis selama revisi skripsi ini. 5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin. 6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT. selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera.
7. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin di, yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama perkuliahan. 8. Rekan satu tim skripsi yaitu Ijin S Tumangger yang selalu menyemangati penulis dengan sabar. 9. 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 Edgar Sihotang
Abstrak Populasi penduduk di dunia terus meningkat sehingga kebutuhan bahan bakar fosil juga meningkat. Hal inilah yang mengharuskan kita untuk mencari sumbersumber lain diluar minyak dan gas bumi atau yang dapat dikatakan bahan bakar alternatif. Bahan bakar alternatif ini dapat diperoleh dari plastik bekas kemasan gelas (PBKG) jenis polipropilena (PP). Kebutuhan plastik nasional saat ini cukup besar dan meningkat sejalan dengan pertumbuhan penduduk. Konsumsi plastik per kapita di Indonesia, sekitar 10 kg / kapita / tahun. Salah satu cara untuk memanfaatkan limbah plastik tersebut adalah dengan memanfaatkannya menjadi bahan bakar cair dengan proses pirolisis. Dalam penelitian kali ini bahan bakar yang digunakan dari campuran minyak plastik dengan solar akra sol yang bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel TD-115 serta melihat pengaruh dari panambahan supercharger. Dari riset ini diperoleh bahwa torsi, daya, laju aliran bahan bakar, efisiensi volumetris, daya aktual, efisiensi termal aktual brake, menurun akibat semakin banyak minyak plastik yang digunakan. sedangkan nilai konsumsi bahan bakar spesifik, rasio udara dengan bahan bakar, panas yang terbuang serta prensentase panas yang terbuang meningkat. Kata kunci: Plastik Bekas Kemasan Gelas (PBKG), Polipropilena, Minyak plastik, Solar Akra Sol, Performansi Mesin Diesel, Supercharger
ABSTRACT Population in the world always increases day to day so that need of fossil fuel increases too. This problem makes us to look for others sources out of fossil. That we can say alternative fuel. The alternative fuels can be found from plastic waste propilene type (PP). Now a days the national plastic needs is already big and it continues to grow by the population growth. The per capita plastic consumption in Indonesia is about 10 kg/capita/year. One of the way to reuse the plastic waste is making it to the liquid fuel by pyrolisis process. In this riset, fuel was taken from mixing of plastic oil with solar akra sol, goals to analys performance of TD 115 diesel engine and look about influence of supercharger. The research result shows value of torque, power, mass flow rate of fuels, volumetric efficiency, actual power, thermal actual brake efficiency, decreased when used plastic fuel more. But Spesific Fuel Consumption, Air Fuel Rasio (AFR), heat loss, and presentation of heat loss increased. Key Words: Plastic Waste, Propilene, Plastic Oil, solar Akra Sol, Diesel Engine Performance, Supercharger.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Tujuan Pengujian... 3 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Manfaat Pengujian... 4 1.5. Metodologi Penulisan... 4 1.6. Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1. Plastik... 6 2.1.1. Pembuatan Plastik... 6 2.1.2. Daur Ulang Plastik... 7 2.1.3. Plastik Jenis Propilena... 8 2.2. Karbon Aktif... 9 2.3. Proses Pirolisis... 10 2.4. Mesin Diesel... 11 2.4.1. Prinsif Kerja Mesin Diesel... 13 2.4.2. Standarisasi Diesel... 14 2.4.3. Performansi Mesin Diesel... 15 2.4.4. Supercharger... 20
BAB III METODE PENELITIAN... 22 3.1. Waktu Dan Tempat... 22 3.2 Alat dan Bahan... 22 3.2.1. Alat... 22 3.2.2. Bahan Baku... 25 3.2.3. Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG... 25 3.3. Metode Pengumpulan Data... 28 3.4. Metode Pengolahan Data... 28 3.5. Pengamatan Dan Tahap Pengujian... 28 3.6. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 28 3.7. Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel... 30 BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN... 32 4.1. Hasil Uji Kelayakan Bahan Bakar Minyak Plastik... 32 4.1.1. Analisis Densitas... 32 4.1.2. Analisit Specific Gravity Dan API Gravity... 33 4.1.3. Analisis Viskositas Kinematik... 34 4.1.4. Analisis Gas Chromtogravhy Mass Svectroscovy (GCMS)... 35 4.1.5. Hasil Pengujian Bom Kalori Meter... 36 4.2. Hasil Pengujian Engine Test Bed TD - 111... 38 4.2.1. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar... 39 4.2.2. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5%... 39 4.2.3. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+ Minyak Plastik 10%... 40 4.2.4. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 15%... 40 4.2.5. Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar+Minyak Plastik 20%... 41 4.3. Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel... 43 4.3.1. Daya... 43 4.3.2. Laju Aliran Bahan Bakar (mf)... 46
4.3.3. Rasio Udara Bahan Bakar... 49 4.3.4. Effisiensi Volumetris... 52 4.3.5. Daya Aktual... 56 4.3.6. Effisiensi Thermal Aktual... 59 4.3.7. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 62 4.3.8. Heat Loss... 64 4.3.9. % Heat Loss... 67 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 70 5.1. Kesimpulan... 70 5.2. Saran... 72 DAFTAR PUSTAKA... LAMPIRAN... xiii xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Struktur Permukaan Karbon Aktif... 9 Gambar 2.2 Diagram P-v... 12 Gambar 2.3 Diagram T-S... 12 Gambar 2.4 Prinsip Kerja Mesin Diesel... 14 Gambar 2.5 Supercharger... 21 Gambar 3.1 Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII... 22 Gambar 3.2 Tec Equipment TD-114... 23 Gambar 3.3 Rangkaian Peralatan Pirolisis PBKG... 24 Gambar 3.4 Supercharger... 24 Gambar 3.5 Plastik Bekas Kemasan Gelas yang telah di potong kecil... 25 Gambar 3.6 Diagram Alir Prosedur Proses Pirolisis Polipropilena dari PBKG... 27 Gambar 3.7 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin... 31 Gambar 4.1 Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg... 42 Gambar 4.2 Grafik Torsi vs Putaran mesin untuk beban 4.5 kg... 42 Gambar 4.3 Grafik Daya vs Putaran mesin untuk beban 3.5 kg... 45 Gambar 4.4 Grafik Daya vs Putaran untuk beban 4.5 kg... 45 Gambar 4.5 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 3.5 kg... 48 Gambar 4.6 Grafik mf vs putaran mesin untuk beban 4.5 kg... 48 Gambar 4.7 Viscous Flow Meter... 49 Gambar 4.8 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 52
Gambar 4.9 Grafik AFR vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 52 Gambar 4.10 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 3.5 kg... 55 Gambar 4.11 Grafik effisiensi volumetrik vs putaran mesin pada beban 4.5 kg... 55 Gambar 4.12 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 58 Gambar 4.13 Grafik Daya aktual vs putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 58 Gambar 4.14 Effisiensi termal aktual vs putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 60 Gambar 4.15 Effisiensi Termal Aktual vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 60 Gambar 4.16 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 63 Gambar 4.17 SFC vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 64 Gambar 4.18 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 66 Gambar 4.19 Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 66 Gambar 4.20 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 3.5 kg... 68 Gambar 4.21 Persentase Heat Loss vs Putaran mesin pada pembebanan 4.5 kg... 69
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Konsumsi Plastik Perkapita Beberapa Negara di Dunia... 7 Tabel 2.2 Sifat Umum Polipropilena... 8 Tabel 2.3 Sifat Bahan Bakar Diesel Komersial... 15 Tabel 4.1 Hasil Analisis Densitas... 32 Tabel 4.2 Hasil Analisis Specific Gravity dan API Gravity Bahan Bakar Cair... 33 Tabel 4.3 Hasil Analisis Viskositas Kinematik Bahan Bakar Cair... 34 Tabel 4.4 Komposisi GC-MS Bahan Bakar Cair Hasil Pirolisis... 35 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Bom Kalorimeter... 37 Tabel 4.6 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar... 39 Tabel 4.7 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 5%... 39 Tabel 4.8 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 10%... 40 Tabel 4.9 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 15%... 41 Tabel 4.10 Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Solar + Minyak Plastik 20%... 41 Tabel 4.11 Data Perhitungan Untuk Daya... 44 Tabel 4.12 Laju Aliran Bahan Bakar... 47 Tabel 4.13 Air Fuel Ratio... 51 Tabel 4.14 Effesiensi Volumetrik... 54 Tabel 4.15 Daya Aktual... 56 Tabel 4.16 Effisiensi thermal break aktual... 61 Tabel 4.17 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik... 62
Tabel 4.18 Heat Losses... 65 Tabel 4.19 Persentase Heat Loss... 67
DAFTAR SIMBOL Simbol Keterangan Satuan HHV Nilai kalor bahan bakar atas KJ/K LHV Nilai kalor bahan bakar bawah KJ/K 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 Suhu exausht 0 C 0 C