PENGARUH CAMPURAN BAHAN BAKAR PREMIUM, HIDROGEN DAN ETANOL 99% TERHADAP PERFORMANSI DAN EMISI GAS BUANG MESIN GENSET OTTO SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik ALGRIS HOPIAR MOR S NIM : 090401034 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014
ABSTRAK Penelitian ini dilatarbelakangi oleh kelangkaan minyak yang terusmenerus terjadi, yang dimana manusia disadarkan bahwa cadangan minyak bumi dunia semakin menipis, sementara itu pemakaiannya terus meningkat. Untuk itulah diperlukan energi alternatif yang sumbernya tidak akan pernah mengalami kelangkaan. Adalah etanol dan hidrogen yang merupakan bahan bakar yang berasal dari sumber yang tak terbatas. Selama lahan masih ada etanol akan terus dapat diproduksi dan selama lautan masih menutupi dunia ini selama itu hidrogen juga dapat diproduksi. Tujuan penelitian ini adalah mengetahui perbandingan performansi dan emisi gas buang dari mesin genset Otto 4-langkah merk STARKE Tipe GFH1900LX dengan menggunakan bahan bakar premium, etanol, campuran premium-etanol dan campuran premium-etanol-hidrogen. Penelitian ini dilakukan dengan cara menimbang bahan bakar kemudian, memberikan beban pada mesin genset yang telah dihidupkan, tegangan dan kuat arus diukur dengan multimeter, putaran diukur dengan tachometer dan waktu habis bahan bakar dihitung dengan stopwatch, kemudian data dianalisa. Adapun hasil penelitian ini terlihat bahwa hasil performansi dari mesin genset terlihat cukup baik. Seperti daya yang dihasilkan dapat terpenuhi hingga beban 1000 watt kecuali pada etanol hanya sebatas 600 watt saja. Torsi meningkat bila dibandingkan dengan premium, efisiensi termal meningkat, namun terlihat lebih boros pada campuran premiumetanol dan sangat boros pada bahan bakar etanol. Sementara itu campuran premium-etanol dan hidrogen dapat meminimalisasi keborosan tersebut. Kata kunci : minyak bumi, performansi, emisi gas buang, etanol, hidrogen
ABSTRACT This research backed by the scarcity of fuel that ongoing continue, that is where people aware that fuel reserves will be empty, in the meantime fuel consumtion continues to increase. For that, alternative energy needs the source wont scarce. Ethanol and hydrogen are fuels from infinite sources. As long as the land is still there, ethanol can be continue to be produced and as long as the ocean is still covered the earth, hydrogen can be produced too. purpose of this study are to find out comparison of performance and exhaust emission from genset engine Otto 4-step merk STARKE Type GFH1900LX with used premium, ethanol, mixture premium-etanol and mixture premium-etanol-hidrogen. This research done by weighing the fuel, then provide a load to genset engine that has been turned on, voltage and current measured by multymeter, circle measured by tachometer and time measured by stopwatch, and then the data were analyzed. As for results of this research seen that performance results by the genset engine looks good. The power generated can be fulfilled until load 1000 watt, except ethanol generated 600 waat only. Torsion was increased if comparison with premium, the thermal efficiency was increased, but looks more lavishly on mixture premium-etanol and very wasteful on etanol. In the meantime mixture premiumethanol and hidrogen can minimize that wastefulness. keyword : fuel, perfomance, excaust emission, ethanol, hydrogen
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat yang diberikannya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu Pengaruh Campuran Bahan Bakar Premium, Hidrogen dan Etanol 99% terhadap Performansi dan Emisi Gas Buang Mesin Genset Otto Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Dr.Ing.Ir.Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 3. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU. 4. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik 5. Kedua orang tua penulis, Ayahanda B. Nababan dan Ibunda N.P.br Bako, yang telah memberikan dukungan doa, dana dan semangat. 6. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1. 7. Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2009 juga temanteman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis
Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.terima kasih. Medan, Maret 2014 Penulis, Algris Hopiar Mor S NIM. 090401034
DAFTAR ISI ABSTRAK... i ABSTRACK... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR NOTASI... xiv BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Pengujian... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Metodologi Penulisan... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Hidrogen... 4 2.2 Elektrolisis Air... 8 2.3 Bahan Bakar Etanol... 9 2.4 Proses Fermentasi... 11 2.5 Proses distilasi dan dehidrasi... 13 2.6 Motor Bensin... 13 2.6.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah... 14 2.6.2 Performansi Motor Bakar... 17 2.6.2.1 Torsi dan Daya... 18 2.6.2.2 Konsumsi Bahan Bakar (sfc)... 18 2.6.2.3 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)... 19 2.6.2.4 Efisiensi Thermal Brake... 20 2.6.3 Pembakaran pada Mesin Otto... 20 2.6.4 Penyalaan dengan Bunga Api... 23 2.7 Nilai Kalor Bahan Bakar... 25
2.8 Generator Set... 27 2.9 Tipe Generator Set... 28 2.10 Emisi Gas Buang... 29 2.10.1 Sumber... 29 2.10.2 Komposisi Kimia... 29 2.10.3 Bahan Penyusun... 29 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Waktu Dan Tempat... 32 3.2 Alat Dan Bahan... 32 3.2.1 Alat... 32 3.2.1.1 Alat elektroliser... 32 3.2.1.2 Mesin uji... 34 3.2.1.3 Alat pendukung dalam penyimpanan hidrogen... 38 3.2.1.4 Alat pendukung dalam penyaluran hidrogen... 39 3.2.2 Bahan... 41 3.3 Metode Pengumpulan Data... 42 3.4 Metode Pengolahan Data... 42 3.5 Pengamatan Dan Tahap Pengujian... 42 3.6 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 43 3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto Generator Set... 45 3.8 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 49 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Daya... 50 4.1.1 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar P... 50 4.1.2 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar Et... 51 4.1.3 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar E25... 51 4.1.4 Daya yang dihasilkan menggunakan bahan bakar H2,5... 52 4.2 Torsi... 55
4.2.1 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar P... 55 4.2.2 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar Et... 56 4.2.3 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar E25... 56 4.2.4 Torsi yang dihasilkan menggunakan bahan bakar H2,5... 57 4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (sfc)... 59 4.3.1 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar P... 59 4.3.2 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar Et... 61 4.3.3 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar E25... 62 4.3.4 Sfc yang dihasilkan menggunakan bahan bakar H2,5... 63 4.4 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)... 65 4.4.1 AFR yang dihasilkan bahan bakar P... 66 4.4.2 AFR yang dihasilkan bahan bakar Et... 67 4.4.3 AFR yang dihasilkan bahan bakar E25... 69 4.4.4 AFR yang dihasilkan bahan bakar H2,5... 70 4.5 Efisiensi Termal... 74 4.5.1 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar P... 74 4.5.2 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar Et... 75 4.5.3 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar E25... 76 4.5.4 Efisiensi termal yang dihasilkan bahan bakar H2,5... 77 4.6 Hasil Pembakaran... 80 4.7 Pengujian Emisi Gas Buang... 83 4.7.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar P... 83
4.7.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar Et...84 4.7.3 Emisi Gas Buang Bahan Bakar E25...84 4.7.4 Emisi Gas Buang Bahan Bakar H2,5...84 4.8 Analisa Perbandingan Kadar Gas Buang... 85 4.8.1 Analisa Perbandingan Kadar Karbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang... 85 4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Karbon Dioksida (CO 2 ) dalam Gas Buang... 86 4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Hidrokarbon (HC) dalam Gas Buang... 88 4.8.2 Analisa Perbandingan Kadar Oksigen (O 2) dalam Gas Buang... 89 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 92 5.2 Saran... 94 DAFTAR PUSTAKA... xv LAMPIRAN... xvi