ANALISA PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN HI-CESTER DENGAN SOLAR SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik YUDIKA KEDEMUN BANUREA NIM. 110421004 PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
ABSTRAK Populasi manusia yang semakin bertambah di bumi dan semakin menipisnya sumber daya minyak menjadi sekian dari banyak hal yang mendorong kita untuk melakukan penelitian dan pengembangan terhadap sumber energi terbarukan (renewable energy), salah satunya yang memiliki potensi adalah penggunaan aditif biofuel yang digunakan sebagai campuran bahan bakar motor bakar. Penambahan Hi-Cester terhadap solar dapat memaksimalkan angka setan bahan bakar solar sehingga nilai kalor bahan bakar solar semakin tinggi. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin diesel TD 111 Four Stroke Engine dengan menggunakan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester dengan variasi campuran 1, 2, 3, 4, 5 ml untuk tiap liter solar. Selain itu, penelitian ini juga akan menganalisa emisi gas buang dari hasil pembakaran dengan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester. Daya dan torsi mesin mengalami peningkatan untuk bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester dibanding daya dan torsi mesin pada saat menggunakan bahan bakar solar. SFC mesin lebih rendah setelah menggunakan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester. Nilai AFR tertinggi yaitu pada pembebanan 4,5 kg bahan bakar solar + 3 ml Hi-Cester sebesar 56,70. Efisiensi volumetris lebih rendah setelah menggunakan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester, sedangkan efisiensi thermal aktual nya lebih tinggi. Untuk emisi gas buangnya, opacity gas buang pada saat menggunakan bahan bakar solar yaitu sebesar 28,5 % pada pembebanan 3,5 kg dan 24,06 % pada pembebanan 4,5 kg. Opacity mengalami penurunan 40 % setelah menggunakan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester, Kadar CO yaitu berkisar 0,05-0,06, kadar HC menurun setelah menggunakan bahan bakar campuran solar dan Hi-Cester. Kata kunci : Motor bakar diesel, solar, biofuel vitamin, Hi-Cester. i
ABSTRACT In recent years, the increasing of human population and the depletion of fuel resources have encouraged us to do research an depelop the renewable resources (renewable energy), one of the development of renewable energy that has great potential is the biofuel additive. Biofuel aditive is used as a fuel mixture for diesel engine s. The addition of Hi-Cester to be able to maximize the number of Satan solar diesel fuel so that the calorific value of diesel fuel higher. The purpose of this research is to analize the performance of diesel engine TD 111 Four Stroke Engine by using a mixture of diesel fuel and Hi-Cester with some variations of volume (1,2,3,4,5 ml) were added to each litre of diesel. In the other hand, this research will analize the exhausting emission that used the mixture of diesel fuel and Hi-Cester. Power and engine torque increased to a mixture of diesel fuel and Hi-Cester than the power and torque of the engine when using diesel fuel. SFC value of the engine becomes lower by using the mixture of diesel fuel and Hi- Cester. The highest value of AFR on loading of 4,5 kg of diesel fuel+3 ml Hi- Cester is 56,70. The volumetric efficiency is lower by using the mixture of diesel fuel and Hi-Cester, where as the thermal actual efficiency is higher. About the exhausting emission, its opacity is lower by using the mixture of diesel fuel and Hi-Cester. Exhaust gas opacity when using diesel fuel in the amount of 28.5% in the imposition of 3.5 kg and 24.06% in the imposition of 4.5 kg. Opacity decreased 40% after using a mixture of diesel fuel and Hi-Cester. The level of CO is about from 0,05-0,06 and HC level decreased. Keywords: Diesel engine, solar, biofuels vitamins, Hi-Cester. ii
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan kasih karunia-nya yang telah memberi kekuatan, kesehatan dan segala sesuatu yang penulis terima dari-nya yang begitu besar dan berharga bagi kehidupan penulis, sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan baik dan tepat pada waktunya. Skripsi yang berjudul ANALISA PERFORMANSI MOTOR BAKAR DIESEL MENGGUNAKAN CAMPURAN HI-CESTER DENGAN SOLAR disusun untuk menyelesaikan pendidikan guna meraih gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Mesin,. Dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini penulis telah banyak menerima bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun secara tidak langsung, dan pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terima kasih kepada: 1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran di dalam memberikan pengarahan dalam penyusunan skripsi ini; 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik ; 3. Bapak Ir. Syahrul Abda, M.Sc, selaku koordinator Program Pendidikan Sarjana Ekstensi Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 4. Bapak Tulus B Sitorus,ST.MT dan Bapak Suprianto,ST.MT Selaku dosen pembanding yang telah membimbing penulis dalam menyempurnakan Skripsi ini. 5. Seluruh staf pengajar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara; 6. Staf Laboratorium Motor Bakar (B Suprihatin, B Andre) & Staf Perpustakaan Teknik Mesin (B Lilik) yang sudah memfasilitasi Penulis selama Pengujian dan Pengerjaan Skripsi ini. iii
7. Orang tua penulis yang selama ini telah banyak memberikan dukungan, dorongan, nasihat, kasih sayang, doa serta dana; E. Banurea R. Sikettang, S.Pd 8. Buat adik penulis yang selalu memberikan semangat; Robahanas Banurea Dommasehate Br. Banurea Imelda Mitambahna Br. Banurea David Njuahmo Banurea 9. Keluarga besar yang telah memberikan semangat; 10. Teman satu Kost Rejoice Camp dan KMKS yang telah banyak mendukung di dalam Doa & Semangat. 11. Teman-teman mahasiswa teknik mesin (Haryston Karolus Sitepu, Ronal Karosekali, Alex Sebayang, Gibran, Parlindungan Hasibuan, Gunung Sinambela, Andre Siahaan, Kevin Purba, Kaprianto Manullang) dan semua teman teman Teknik mesin Ekstensi dan Mesin Reguler yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah memberikan dukungan dan inspirasi selama masa kuliah dan selama penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa laporan skripsi ini masih belum sempurna. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari para pembaca. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Medan, Mei 2014 Penulis, Yudika Kedemun Banurea NIM. 110421004 iv
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI...v DAFTAR TABEL...vii DAFTAR GAMBAR... ix NOTASI DAN SATUAN... xi BAB 1. PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang Masalah... 1 1.2. Tujuan... 1 1.3. Batasan Masalah... 2 1.4. Manfaat... 3 1.5. Teknik Pengumpulan Data... 3 1.6. Sistematika Penulisan... 3 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1. Performansi Motor Diesel... 5 2.1.1. Torsi Dan Daya... 5 2.1.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specific Fuel Consumption)... 6 2.1.3. Perbandingan Udara Bahan Bakar (Air Fuel Ratio)... 6 2.1.4. Efisiensi Volumetris (Volumetric Efficiency)... 7 2.1.5. Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)... 8 2.2. Teori Pembakaran... 9 2.3. Siklus Diesel... 10 2.4. Proses Pembakaran Mesin Diesel... 13 2.5. Bahan Bakar Diesel... 14 2.6. Bio Fuel Vitamin Hi-Cester... 16 v
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN... 19 3.1. Waktu dan Tempat Pengujian... 19 3.2. Alat dan Bahan... 19 3.3. Metode Pengumpulan Data... 23 3.4. Metode Pengolahan Data... 23 3.5. Pengamatan dan Tahap Pengujian.23 3.6. Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar...24 3.7. Prosedur pengujian Performansi Motor Diesel... 27 3.8. Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang... 29 BAB 4. ANALISA DATA... 30 4.1. Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 30 4.2. Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel... 32 4.2.1. Torsi... 32 4.2.2. Daya Aktual... 37 4.2.3. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)... 43 4.2.4. Rasio Udara Bahan Bakar (AFR)... 48 4.2.5. Efisiensi Volumetrik... 53 4.2.6. Efisiensi Thermal Aktual... 58 4.3. Pengujian Kadar Emisi Gas Buang... 63 4.3.1. Kadar Hidro Karbon (HC) Dalam Gas Buang... 63 4.3.2. Kadar Karbon Monoksida (CO) Dalam Gas Buang... 65 4.3.3. Kadar Ovacity (OP) Dalam Gas Buang... 66 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN... 68 5.1. Kesimpulan... 68 5.2. Saran... 69 DAFTAR PUSTAKA vi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Karakteristik Mutu Solar... 16 Tabel 4.1. Hasil Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 31 Tabel 4.2. Torsi dengan Bahan Bakar Solar...32 Tabel 4.3. Torsi dengan Bahan Bakar Solar + 1 ml Hi-Cester... 33 Tabel 4.4. Torsi dengan bahan bakar solar + 2 ml Hi-Cester... 33 Tabel 4.5. Torsi dengan bahan bakar solar + 3 ml Hi-Cester... 34 Tabel 4.6. Torsi dengan bahan bakar solar + 4 ml Hi Cester... 34 Tabel 4.7. Torsi dengan bahan bakar solar + 5 ml Hi-Cester... 35 Tabel 4.8. Daya yang dihasilkan Bahan Bakar Solar... 40 Tabel 4.9 Daya yang dihasilkan Solar + 1 ml Hi-Cester... 40 Tabel 4.10 Daya yang dihasilkan Solar + 2 ml Hi-Cester... 40 Tabel 4.11 Daya yang dihasilkan Solar + 3 ml Hi-Cester... 41 Tabel 4.12 Daya yang dihasilkan Solar + 4 ml Hi-Cester... 41 Tabel 4.13 Daya yang dihasilkan Solar + 5 ml Hi-Cester... 41 Tabel 4.14 SFC Bahan Bakar Solar... 45 Tabel 4.15 SFC Bahan Bakar Solar + 1 ml Hi-Cester.45 Tabel 4.16 SFC Bahan Bakar Solar + 2 ml Hi-Cester.45 Tabel 4.17 SFC Bahan Bakar Solar + 3 ml Hi-Cester.46 Tabel 4.18 SFC Bahan Bakar Solar + 4 ml Hi-Cester.46 Tabel 4.19 SFC Bahan Bakar Solar + 5 ml Hi-Cester.46 Tabel 4.20 AFR dengan Bahan Bakar Solar...50 Tabel 4.21 AFR dengan Bahan Bakar Solar + 1 ml Hi-Cester....51 Tabel 4.22 AFR dengan Bahan Bakar Solar + 2 ml Hi-Cester....51 Tabel 4.23 AFR dengan Bahan Bakar Solar + 3 ml Hi-Cester....51 Tabel 4.24 AFR dengan Bahan Bakar Solar + 4 ml Hi-Cester....52 Tabel 4.25 AFR dengan Bahan Bakar Solar + 5 ml Hi-Cester....52 Tabel 4.26 Efisiensi Volumetrik Solar.....55 Tabel 4.27 Efisiensi Volumetrik Solar + 1 ml Hi-Cester....55 Tabel 4.28 Efisiensi Volumetrik Solar + 2 ml Hi-Cester....56 Tabel 4.29 Efisiensi Volumetrik Solar + 3 ml Hi-Cester....56 vii
Tabel 4.30 Efisiensi Volumetrik Solar + 4 ml Hi-Cester....56 Tabel 4.31 Efisiensi Volumetrik Solar + 5 ml Hi-Cester....57 Tabel 4.32 Efisiensi Thermal Aktual Solar..... 59 Tabel 4.33 Efisiensi Thermal Aktual Solar + 1 ml Hi-Cester.....60 Tabel 4.34 Efisiensi Thermal Aktual Solar + 2 ml Hi-Cester.....60 Tabel 4.35 Efisiensi Thermal Aktual Solar + 3 ml Hi-Cester.....60 Tabel 4.36 Efisiensi Thermal Aktual Solar + 4 ml Hi-Cester.....61 Tabel 4.37 Efisiensi Thermal Aktual Solar + 5 ml Hi-Cester.....61 Tabel 4.38 Kadar HC beban 3,5 dan 4,5 kg putaran 3000 rpm......63 Tabel 4.39 Kadar CO beban 3,5 dan 4,5 kg putaran 3000 rpm......65 Tabel 4.40 Kadar Opacity (OP) Motor Bakar Diesel.......67 viii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Grafik Siklus Diesel... 11 Gambar 2.2. Grafik Proses Pembakaran Mesin Diesel... 13 Gambar 2.3. Bio Fuel Vitamin Hi Chester... 17 Gambar 3.1. Tecquipment TD 111 Four Stroke Diesel Engine... 19 Gambar 3.2. Tecquipment TD 115 MK II... 20 Gambar 3.3. I.C Engine Instrumentation... 20 Gambar 3.4. Hesbon Opacity Smokemeter HD-410... 21 Gambar 3.5. Hesbon Automotive Emission Analizer HG-510... 21 Gambar 3.6. Stopwatch... 22 Gambar 3.7. Beaker glass... 22 Gambar 3.8. Gelas Ukur... 23 Gambar 3.9. Bom Kalorimeter... 25 Gambar 3.10. Diagram Alir Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar... 26 Gambar 3.11. Diagram Alir Pengujian Performansi Motor Diesel... 28 Gambar 3.12. Diagram Alir Pengujian Emisi Gas Buang... 29 Gambar 4.1. Grafik Torsi VS Putaran, Beban 3.5 kg... 35 Gambar 4.2. Grafik Torsi VS Putaran, Beban 4.5 kg... 36 Gambar 4.3. Kurva Viscous Flow meter... 38 Gambar 4.4. Grafik Daya VS Putaran, Beban 3.5 kg... 42 Gambar 4.5. Grafik Daya VS Putaran, Beban 4.5 kg... 42 Gambar 4.6. Grafik SFC VS Putaran, beban 3.5 kg... 47 Gambar 4.7. Grafik SFC VS Putaran, Beban 4.5 kg... 47 Gambar 4.8. Kurva Viscous Flow Meter Calibration... 49 Gambar 4.9. Grafik AFR VS Putaran, Beban 3.5 kg... 52 Gambar 4.10. Grafik AFR VS Putaran, Beban 4.5 kg... 53 Gambar 4.11. Grafik Efisiensi Volumetrik vs Putaran, Beban 3.5 kg... 57 Gambar 4.12. Grafik Efisiensi Volumetrik vs Putaran, Beban 4.5 kg... 58 Gambar 4.13. Gambar 4.14. Grafik Efisiensi Thermal Aktual VS Putaran, Beban 3.5 kg... 62 Grafik Efisiensi Thermal Aktual VS Putaran, Beban 4.5 kg... 62 ix
Gambar 4.15. Grafik Kadar Hidro Karbon (HC) VS Putaran... 64 Gambar 4.16. Grafik Kadar Karbon Monoksida (CO) VS Putaran... 66 Gambar 4.17. Grafik Kadar Ovacity (OP) VS Putaran... 67 x
NOTASI DAN SATUAN SIMBOL ARTI SATUAN HHV = Nilai kalor atas (High heating value) kj/kg LHV = Nilai kalor bawah (Low heating value) kj/kg T 1 T 2 = Temperatur awal sebelum penyalaan = Temperatur akhir sesudah penyalaan O C O C C V = Panas jenis kj/kg O C T = Torsi Nm n = Putaran rpm P B = Daya kw V f = Volume bahan bakar ml sfc = Konsumsi bahan bakar spesifik g/kw.h ṁ f = Laju aliran massa bahan bakar kg/jam AFR = Air Fuel Ratio V s = Volume langkah torak m 3 ρ a = Kerapatan udara kg/mm 3 ṁ a = Laju aliran massa udara kg/jam η v = Modulus Elastisitas % η b = Efisiensi Thermal % xi