STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI MESIN OTTO DENGAN MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR LPG SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik TONGGO ROSIAN SILALAHI NIM. 07 0401 082 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK MEDAN 2012
ABSTRAK Permasalahan umum yang dihadapi dunia pada dewasa ini adalah semakin menipisnya cadangan bahan bakar minyak.fenomena ini mendorong manusia untuk berusaha mencari bahan bakar alternatif yang diharapkan mampu mengatasi permasalahan tersebut. Salah satu jenis bahan bakar alternatif yang memungkinkan untuk mengganti bahan bakar minyak, terutama yang digunakan untuk kendaraan bermotor dan generator set adalah bahan bakar LPG. Pemakaian bahan bakar LPG untuk mesin Otto dapat dilakukan dengan menambahkan peralatan yang disebut dengan conversion kit.tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah harga conversion kit yang terlalu mahal serta sulit untuk didapatkan.untuk mengatasi permasalahan tersebut maka dilakukan modifikasi pada karburator mesin Otto yang dikendalikan secara manual. Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah generator set, auto gas analyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, beban, dan timbangan. Dan sebagai bahan, LPG produksi Pertamina. Data yang diperoleh dari hasil pembacaan alat ukur diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik. Proses modifikasi karburator mesin otto masih belum memberikan fungsi yang optimal, yaitu mesin cenderung memiliki putaran tinggi pada kondisi idle, dan untuk melakukan akselerasi akan terjadi keterlambatan dalam suplai bahan bakar LPG ke ruang bakar sehingga menurunkan kinerja dari mesin. Kata kunci : modifikasi karburator
ABSTRACT Common problemsfacedworld today, isthe depletion ofpetroleum reserves. This phenomenon isencouraging peopletoseekalternative fuelthat is expected toovercome these problems. One type ofalternativefuelthatmakes it possible toreplacefueloil, mainlyusedfor motor vehiclesandgeneratorsetsare thelpg. UsingLPGforOtto enginescan be doneby adding apiece of equipment calledaconversionkit. But theobstaclesencountered intheconversionkitis aconversionpricethat is tooexpensiveanddifficulttoobtain.toovercome these problemsis carried outmodifications to theenginecarburetorottomanually controlled. The tools usedinthis researchis, the generatorsets, autogasanalyzer, digital tachometer, digital multimeter, stop watch, weights,andscales. Andas aningredient, PertaminaLPGproduction. Dataobtained from thegaugereadingis processedinto theempiricalformula, thenthe datafrom thecalculationspresented intabulatedandgraphicform. Otto engine carburator modification process is still not provide the optimal function, that is too high idle rotation, and to perform acceleration will couse delays of supply LPG into the combustion chamber so that the engine performance decreases. Keywords : Carburator modification
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepadatuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.Adapun judul skripsi yang diambil dari mata kuliah Motor Bakar, yaitu Studi Eksperimental Performansi Mesin Otto dengan Menggunakan Bahan Bakar LPG. Selama penulisaan laporan ini penulis banyak mendapat bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis menyampaikan banyak terima kasih kepada : 1. Bapak Tulus Burhanudin Sitorus ST.MT selaku dosen pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Ir. Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 3. Kedua orang tua tercinta, Ayah dan Ibu yang telah memberikan segala dukungan moril dan materil. 4. Bapak Roket AngkasaST.MT yang telah banyak membantu dan sebagai tempat diskusi. 5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. 6. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 7. Komunitas Engineering KASKUS yang telah banyak memberikan informasi,buku, jurnal, serta saran dalam penyusunan skripsi. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini penulis sangat mengharapkan
kritik dan saran yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya. Medan, 24November 2011 Penulis, TonggoRosian Silalahi NIM : 070401082
DAFTAR ISI Halaman KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...vii DAFTAR TABEL...ix DAFTAR NOTASI...x BAB 1 PENDAHULUAN...1 1.1 Latar Belakang...1 1.2 Tujuan...1 1.3 Manfaat...2 1.4 Ruang Lingkup...2 1.5 Sistematika Penulisan...2 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA...4 2.1 Bahan Bakar LPG...4 2.1.1 Sifat LPG...4 2.1.2Bahaya LPG...5 2.2 Mesin Otto...5 2.2.1 Cara Kerja Mesin Otto 4 Langkah...6 2.2.2Performansi Mesin Otto...7 2.3 Teori Pembakaran...10 2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar...10 2.5 Emisi Gas Buang...12 2.6 Generator Set...13 2.7 Daya Listrik...15 BAB 3 METODE PENELITIAN...16 3.1 Waktu dan Tempat...16 3.2 Alat dan Bahan...16 3.2.1 Bahan...16 3.2.2 Alat...16 3.3 Metode Pengumpulan Data...21
3.4 Metode Pengolahan Data...22 3.5 Pengamatan dan tahap pengujian...22 3.6 Modifikasi Karburator...22 3.6.1 Bahan......22 3.6.2Alat......22 3.6.3Proses Modifikasi......23 3.7Prosedur Pengujian Performansi MesinOtto...25 3.8Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang...26 3.9Diagram Alir Penelitian...28 BAB 4 HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN...29 4.1 Pengujian Performansi MesinOtto...29 4.1.1Daya......29 4.1.2Torsi......34 4.1.3Konsumsi Bahan Bakar Spesifik......37 4.1.4Efisiensi Thermal Brake......41 4.2 Pengujian Emisi Gas Buang...44 4.2.1Kadar Carbon Dioksida (CO 2 ) dalam Gas Buang.....45 4.2.2Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam Gas Buang....45 4.2.3Kadar Hidrocarbon (HC) dalam gas buang......45 4.2.4Kadar Sisa Oksigen (O 2 ) dalam Gas Buang......46 4.2.5Kadar Sisa NOx dalam Gas Buang......46 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN...47 5.1 Kesimpulan...47 5.2 Saran...48 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Diagram P-V Siklus Otto Ideal...6 Gambar 2.2 Cara kerja mesin Otto 4 langkah...7 Gambar 3.1 Tabung gas dan selang regulator...16 Gambar 3.2 Generator Set......16 Gambar 3.3 Auto gas analyzer...17 Gambar 3.5Digital Tachometre......19 Gambar 3.6Digital Multimetre......19 Gambar 3.7Beban......20 Gambar 3.8Timbangan......21 Gambar 3.9Bola lampu......21 Gambar 3.10Karburator......23 Gambar 3.11Pelampung Karburator...23 Gambar 3.12Lubang karburator yang telah ditutup...24 Gambar 3.13 Selang regulator dihubungkan dengan selang minyak...24 Gambar 3.14Selang regulator dihubungkan ke karburator...25 Gambar 3.15Mesin Otto Bahan Bakar LPG...25 Gambar 3.16Genset Starke GFH 1900LX...26 Gambar 3.17Auto Gas Analyzer...27 Gambar 3.18Diagram Alir Penelitian...28
Gambar 4.1 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan tanpa beban...30 Gambar 4.2 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 400 Watt...31 Gambar 4.3 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 800 Watt...32 Gambar 4.4 Grafik Putaran Mesin vs Tegangan beban 800 Watt, 400 Watt dan tanpa beban......33 Gambar 4.5 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 400 Watt...34 Gambar 4.6 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 800 Watt...35 Gambar 4.7 Grafik Putaran Mesin vs Torsi pada Beban 800 Watt dan 400 Watt......36 Gambar 4.8 Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc)...38 Gambar 4.9Grafik Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Sfc) vs Putaran Mesin...39 Gambar 4.10Grafik Putaran Mesin vs Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt dan 400 Watt...40 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin...41 Gambar 4.12Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin...42 Gambar 4.13Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran Mesin pada beban 800 Watt dan beban 400 Watt...43 Gambar 4.14 Grafik Data Uji Emisi...44
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Spesifikasi Genset Starke GFH1900LX...17 Tabel 3.2Data Teknik Auto Gas Analyzer...18 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Mesin Otto Tanpa Beban...29 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Mesin Otto dengan Beban 400 Watt...30 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Mesin Otto dengan Beban 800 Watt...31 Tabel 4.4 Torsi Pada Beban 400 Watt......34 Tabel 4.5 Torsi Pada Beban 800 Watt......35 Tabel 4.6 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 400 Watt...38 Tabel 4.7 Konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada beban 800 Watt...39 Tabel 4.8 Efisiensi Termal Brake pada beban 400 Watt......41 Tabel 4.9 Efisiensi Termal Brake pada beban 800 Watt...42 Tabel 4.10 Data Emisi Gas Tanpa Beban...44 Tabel 4.11 Data Emisi Gas dengan Beban 400 Watt......44 Tabel 4.12 Data Emisi Gas dengan Beban 800 Watt...44
DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN AFR Rasio massa udara-bahan bakar HHV Nilai kalor atas kj/kg I Arus Ampere LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg n Putaran mesin rpm P B Daya keluaran Watt R konstanta gas J/kg.K Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kw.h Sgf Spesific gravity T Torsi N.m t f Waktu s V Perbedaan potensial Volt V s Volume langkah torak cc mm f Laju aliran bahan bakar kg/jam mm a Laju aliran massa udara kg/jam ηη bb Efisiensi termal brake ρ aa Kerapatan udara kg/m 3