32
BAB III METODOLOGI PENELITIAN DAN PENGOLAHAN DATA
3.1 Metodologi Pengujian
Pengujian yang dilakukan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh variasi besar medan magnet yang diletakkan pada saluran bahan bakar sebelum injection
pump dan dikombinasikan dengan pemasangan katalitik konverter di saluran buang mesin diesel. Parameter yang diamati dalam pengujian ini adalah konsumsi
atau laju bahan bakar serta menghitung performansi mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111. Ada beberapa kondisi tetap pada pengujian eksperimental
ini yaitu :
Tekanan ambien 100 kPa
Temperatur ambien 27 C 300
K
Volume bahan bahan yang diamati 56 mL.
Tekanan udara luar pada keadaan standar 1 atmosfir
3.2 Waktu dan Tempat
Pengujian ini dilakukan di laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara USU Medan,
Sumatera Utara selama ± 40 hari.
3.3 Alat dan Bahan
3.3.1 Alat
Alat yang digunakan dalam pengujian ini adalah sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
33 1.
Tecquipment TD111
Gambar 3.1 Tecquipment TD111
Spesifikasi : Model
: TD111 Four-Stroke Diesel Engine Type
: ROBIN-FUJI DY23D Valve Position
: Overhead Bore
: 70 Stroke
: 60 Compression Ratio
: 21 Number of Cylinder
:1 Maximum Speed
: 3
2. Katalitik Konverter
Katalitik Konverter ini banyak digunakan untuk tujuan pengurangan pengurangan emisi mesin, tetapi pengujian ini katalitik konverter
dikombinasikan dengan magnet hanya untuk melihat pengaruhnya terhadap performansi mesin.
Universitas Sumatera Utara
34 Gambar 3.2 Katalitik Konverter
3. I.C Engine Instrumentation TD 114
Gambar 3.3 IC Engine Instrumentation TD 114
IC Engine Instrumentation TD Disambungkan ke Tecquipment TD111 digunakan untuk melihat data keluaran yang diperlukan untuk menghitung
performansi mesin. Data keluaran yang dihasilkan adalah putaran mesin rpm. Torsi Nm, Tekanan udara mmH
2
O dan Temperatur gas buang C, dan
Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, obeng, tang, dan palu.
Universitas Sumatera Utara
35 1.
Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan bahan bakar dalam hal ini digunakan Stopwatch ada dalam
aplikasi handphone. 2.
Beaker glass digunakan untuk menentukan jumlah bahan bakar yang akan dipakai dan alat bantu
perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, obeng, tang, dan palu
3.3.2 Bahan
1. Solar
Bahan bakar solar sebanyak 10 liter.
Gambar 3.4 Bahan Bakar Solar
2. Magnet
Magnet yang digunakan ada 3 jenis yaitu :
Magnet 1
Gambar 3.5 Magnet 1
Universitas Sumatera Utara
36 Spesifikasi :
Merek : Femax
Model : clip-on
Kekuatan Gauss : 300 gauss
Produksi : Indonesia
Magnet 2
Gambar 3.6 Magnet 2
Spesifikasi : Merek
: D1 Spec Model
: clip-on Kekuatan Gauss
: 1200 gauss Produksi
: Jepang
Universitas Sumatera Utara
37
Magnet 3
Gambar 3.7 Magnet 3
Spesifikasi : Merek
: Evindo Model
: clip-on Kekuatan Gauss
: 2500 gauss Produksi
: Indonesia
3.4 Metode Pengumpulan Data
Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi : 1.
Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada mesin
2. Data sekunder, merupakan data tentang hasil uji karakteristik bahan bakar
dan penggunaan magnet + katalitik konverter pada mesindengan komposisi bahan bakar yang digunakan dalam pengujian.
Universitas Sumatera Utara
38
3.5 Metode Pengolahan Data
Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.
3.6 Variasi Pengujian
Berikut ini variasi-variasi dalam pengujian yang dilakukan yakni :
1. Variasi Magnet dan Katalitik
Variasi pengujian ini dilakukan menjadi 4 bagian yakni :
Pengujian 1 :Pengujian yang dilakukan tanpa menggunakan
magnet dan
tanpa menggunakan
katalitik konverter.
Pengujian 2 Magnet 1 :Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan
magnet 1 dan menggunakan katalitik konverter.
Pengujian 3 Magnet 2 :Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan magnet 2 dan menggunakan katalitik konverter.
Pengujian 4 Magnet 3 :Pengujian yang dilakukan dengan menggunakan
magnet 3 dan menggunakan katalitik konverter.
2. Variasi Putaran
Putaran mesin diatur dalam beberapa variasi putaran, yaitu : 1600, 1800, 2000, 2200, 2400, 2600 rpm.
3. Variasi Beban
Beban yang digunakan dalam pengujian ini ada 2 dua variasi beban, yakni : 3,5 kg dan 4,5 kg.
Universitas Sumatera Utara
39
3.7 Pengamatan dan Tahap Pengujian
Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1.
Daya mesin P 2.
Rasio udara bahan bakar AFR 3.
Konsumsi bahan bakar spesifik sfc 4.
Evisiensi Volumetris 5.
Efisiensi thermal
3.8 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian dilakukan menjadi beberapa tahap, yaitu : 1.
Pengujian mesin diesel tanpa magnet dan tanpa katalitik konverter menggunakan bahan bakar solar murni.
2. Pengujian mesin diesel menggunakan magnet 1 dan katalitik konverter
berbahan bakar solar murni. 3.
Pengujian mesin diesel menggunakan magnet 2 dan katalitik konverter berbahan bakar solar murni.
4. Pengujian mesin diesel menggunakan magnet 3 dan katalitik konverter
berbahan bakar solar murni.
3.8.1 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah alat uji “Bom Kalorimeter”.
Peralatan yang digunakan meliputi : ● Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom
● Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji. ● Tabung gas oksigen.
Universitas Sumatera Utara
40 ● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang
dimasukkan ke dalam tabung bom. ● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01
C. ● Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.
● Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar. ● Pengatur penyalaan skalar, untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai
penyala pada tabung bom. ● Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.
● Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai, dan cawan pada dudukannya.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji. 2.
Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada pada penutup bom.
3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala,
serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset.
4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan
berisi bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O” sampai rapat.
5. Mengisi bom dengan oksigen 30 bar.
6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml.
7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.
8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus
listrik. 9.
Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang telah dilengkapi dengan pengaduk.
10. Menghubungkan dan mangatur posisi pengaduk pada elektromotor.
Universitas Sumatera Utara
41 11.
Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter. 12.
Menghidupkan elektromotor selama 5 lima menit kemudian membaca dan mencatat temperatur air pendingin pada termometer.
13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.
14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan
memperhatikan lampu indikator selama elektromotor terus bekerja. 15.
Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingan setelah 5 lima menit dari penyalaan berlangsung.
16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk
pengujian berikutnya. 17.
Mengulang pengujian sebanyak 3 tiga kali berturut-turut.
Gambar 3.8 Pengujian Bom Kalorimeter
3.8.2 Prosedur Pengujian Nilai Gauss Magnet
Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai gauss magnet ini adalah alat uji “gaussmeter”.
Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut : 1.
Menghidupkan Gaussmeter dengan menekan tombol onoff pada saklarnya.
Universitas Sumatera Utara
42 2.
Mengalibrasi alat dengan memasukkan ujung pen alat pada tempat kalibrasi yang tersedia.
3. Menempatkan ujung pen alat pada sisi dalam magnet.
4. Membaca dan mencatat nilai gaus yang terlihat di alat.
5. Mengiji dan mencatat nilai untuk setia magnetnya.
Gambar 3.9 Gauss Meter
3.8.3 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel
Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah
sebagai berikut :
1. Kalibrasi instrumentasi mesin diesel sebelum digunakan
2. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar poros engkol mesin,
kemudian memanaskan mesin selama 5-8 menit 3.
Mengatur putaran mesin pada 1600 RPM menggunakan tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin dengan melihat data analog pada
instrumen. 4.
Memasang magnet dan katalitik serta menentukan volume bahan bakar yang akan diuji.
5. Menghitung waktu konsumsi bahan bakar dan 56 ml.
6. Mengulang pengujian menggunakan variasi putaran yang berbeda 1600,
1800, 2000, 2200,2400,2600 rpm untuk variasi beban 3,5 kg dan 4,5 kg.
Universitas Sumatera Utara
43 Mulai
Untuk lebih ringkasnya prosedur pengujian performansi yang dilakukan dapat dilihat melalui melalui diagram alir di bawah ini :
Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin
Mencatat torsi, tekanan udara dan
temperatur gas buang yang dihasilkan mesin diesel, dan lamanya waktu
menghabiskan 56 ml bahan bakar
Mengulang pengujian dengan beban
dan putaran yang berbeda
Menganalisa data hasil pengujian
Kesimpulan Selesai
Kalibrasi instrumentasi mesin diesel
Bahan bakar 56 ml
Beban 3,5 kg dan 4,5 kg
Atur putaran mesin : n rpm
Pengujian 1
Pengujian 2
Pengujian 3
Pengujian 4
Tidak
Berhasil
Berhasil Tidak
Universitas Sumatera Utara
44
BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Hasil Pengujian Diesel Satu Silinder Tecquipment TD 111
Pengujiaan yang dilakukan adalah untuk membahas pengaruh besar medan magnet dan pemakaian katalitik konverter pada saluran buang mesin terhadap
prestasi mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111. Pengujian dilakukan dengan pengambilan data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji
melalui instrumentasi dan perlengkapan TecQuipment TD 114 dan Dynamometer TecQuipment TD 115 MK II. Adapun data yang diambil selama pengujian antara
lain :
Putaran rpm, melalui tachometer.
Torsi N.m, melalui torquemeter.
Waktu untuk menghabiskan 56 ml bahan bakar s, melalui pembacaan stopwatch.
Tinggi Kolom Udara mm H2O melalui pembacaan air flow manometer.
Temperatur
gas buang
o
C, melalui
pembacaan exhaust
temperaturemeter.
Pengujian dilakukan pada asumsi kondisi standard yaitu :
Specific gravity bahan bakar diesel = 0,84 Tecquipment, 2000
Tekanan ambien = 100 kPa
Temperatur ambien = 27
o
C
Densitas udara = 1,181 kgm
3
pulkrabek, 1997
Pengujian yang pada mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 dilakukan dengan 6 variasi putaran, 3 variasi magnet, dan 2 variasi beban yakni
3,5 kg dan 4,5 kg.
Universitas Sumatera Utara
45
4.1.1 Hasil Pengujian Tanpa Magnet dan Katalitik Konverter
Hasil pengujian tanpa magnet dan tanpa katalitik konverter pada saluran buang mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 dengan 6 variasi putaran
dan 2 variasi beban yakni 3,5 kg dan 4,5 kg adalah seperti tabel 4.1 di bawah berikut ini :
Tabel 4.1 Data hasil pengujian tanpa magnet dan katalitik konverter
TANPA MAGNET DAN TANPA KATALITIK KONVERTER PENGUJIAN 1 NO
BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU TEKANAN UDARA
T. GAS BUANG Kg
N T
Vf tf
mmH2O °celcius
Rpm Nm
mL detik
1
3,5 Kg 1600
6,6 56
860 8,5
150 2
1800 7,1
56 775
9,5 155
3 2000
8,3 56
671 11
160 4
2200 9,6
56 602
13 175
5 2400
11,3 56
480 16,5
210 6
2600 11,8
56 426
18,5 220
NO BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU
TEKANAN UDARA T. GAS BUANG
Kg N
T Vf
tf mmH2O
°celcius Rpm
Nm mL
detik 1
4,5 Kg 1600
11,4 56
795 9
160 2
1800 11,9
56 709
10,5 165
3 2000
12,3 56
628 12
170 4
2200 12,9
56 545
14 185
5 2400
13,5 56
494 15,5
205 6
2600 14,2
56 433
18 230
Universitas Sumatera Utara
46
4.1.2 Hasil Pengujian Magnet 1 dan Katalitik Konverter
Hasil pengujian dengan menggunakan magnet 1 dan katalitik konverter pada saluran buang mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 dengan 6
variasi putaran dan 2 variasi beban yakni 3,5 kg dan 4,5 kg adalah seperti tabel 4.2 di bawah berikut ini :
Tabel 4.2 Data hasil pengujian magnet 1 dan katalitik konverter
MAGNET 1 DAN KATALITIK KONVERTER PENGUJIAN 2 NO
BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU TEKANAN UDARA
T. GAS BUANG Kg
N T
Vf tf
mmH2O °celcius
Rpm Nm
mL detik
1
3,5 Kg 1600
6,7 56
859 8,5
150 2
1800 7,1
56 772
9,5 155
3 2000
8,3 56
669 11
165 4
2200 9,4
56 600
13 170
5 2400
11,2 56
475 16,5
200 6
2600 11,7
56 421
18,5 215
NO BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU
TEKANAN UDARA T. GAS BUANG
Kg N
T Vf
tf mmH2O
°celcius Rpm
Nm mL
detik 1
4,5 Kg 1600
11,4 56
788 9
150 2
1800 11,8
56 700
10,5 160
3 2000
12,2 56
617 12
170 4
2200 12,8
56 537
13,5 180
5 2400
13,3 56
490 15
200 6
2600 14,1
56 427
18 225
Universitas Sumatera Utara
47
4.1.3 Hasil Pengujian Magnet 2 dan Katalitik Konverter
Hasil pengujian dengan menggunakan magnet 2 dan katalitik konverter pada saluran buang mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 dengan 6
variasi putaran dan 2 variasi beban yakni 3,5 kg dan 4,5 kg adalah seperti tabel 4.3 di bawah berikut ini :
Tabel 4.3 Data hasil pengujian magnet 2 dan katalitik konverter
MAGNET 2 DAN KATALITIK KONVERTER PENGUJIAN 3 NO
BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU TEKANAN UDARA
T. GAS BUANG Kg
N T
Vf tf
mmH2O °celcius
Rpm Nm
mL detik
1
3,5 Kg 1600
6,7 56
869 8,5
150 2
1800 7,2
56 780
9,5 155
3 2000
8,3 56
684 11
165 4
2200 9,6
56 613
13 170
5 2400
11,3 56
490 16,5
200 6
2600 11,8
56 433
18,5 215
NO BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU
TEKANAN UDARA T. GAS BUANG
Kg N
T Vf
tf mmH2O
°celcius Rpm
Nm mL
detik 1
4,5 Kg 1600
11,5 56
815 9
150 2
1800 12
56 722
10,5 160
3 2000
12,4 56
639 12
170 4
2200 12,9
56 560
14 180
5 2400
13,5 56
506 15,5
200 6
2600 14,2
56 445
18 225
Universitas Sumatera Utara
48
4.1.4 Hasil Pengujian Magnet 3 dan Katalitik Konverter
Hasil pengujian dengan menggunakan magnet 3 dan katalitik konverter pada saluran buang mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 dengan 6
variasi putaran dan 2 variasi beban yakni 3,5 kg dan 4,5 kg adalah seperti tabel 4.4 di bawah berikut ini :
Tabel 4.4 Data hasil pengujian magnet 3 dan katalitik konverter
MAGNET 3 DAN KATALITIK KONVERTER PENGUJAIAN 4 NO
BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU TEKANAN UDARA T. GAS BUANG Kg
N T
Vf tf
mmH2O °celcius
Rpm Nm
mL detik
1
3,5 Kg 1600
6,8 56
880 9
145 2
1800 7,3
56 789
10 155
3 2000
8,5 56
687 11,5
160 4
2200 9,8
56 615
13,5 170
5 2400
11,5 56
492 17
200 6
2600 11,9
56 441
18,5 210
NO BEBAN PUTARAN TORSI VOLUME WAKTU TEKANAN UDARA T. GAS BUANG
Kg N
T Vf
tf mmH2O
°celcius Rpm
Nm mL
detik 1
4,5 Kg 1600
11,6 56
820 9,5
155 2
1800 12,1
56 729
11 160
3 2000
12,4 56
650 12,5
170 4
2200 13
56 567
14,5 180
5 2400
13,7 56
510 16
205 6
2600 14,3
56 449
18,5 220
Universitas Sumatera Utara
49
4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar
Nilai kalor dari bahan bakar yang digunakan dalam percobaan adalah nilai kalor bahan bakar solar. Untuk mendapat nilai kalor bahan bakar tersebut
dilakukan pengujian “ Bom Kalorimeter”. Data yang diperoleh dari pengujian tersebut berupa nilai temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan
yakni T
1
dan T
2
. Menghitung nilai kalor bahan bakar tersebut digunakan persamaan berikut :
HHV Solar = T
2
-T
1
-T
kp
x Cv kJkg
Dimana : HHV
= Nilai Kalor Atas High Heating Value LHV
= Nilai pembakaran rendah Low Heating Value T
1
= Temperatur air pendingin sebelum penyalaan
°
C T
2
= Temperatur air pendingin setelah penyalaan
°
C T
kp
= Kenaikan temperatur kawat penyala ≈ 0,05
°
C Cv
= Panas jenis bom kalorimeter 73529,6 kJkg.
°
C
Gambar 4.1 Bahan Bakar yang dicari nilai kalornya
Universitas Sumatera Utara
50 Pengujian ini dilakukan sebanyak lima kali untuk mendapatkan nilai kalor rata-
rata. Nilai kalor pertama yang di peroleh adalah : T
1
= 26,19
o
C T
2
= 26,89
o
C , maka : HHV Solar
= T
2
-T
1
-T
kp
x Cv = 26,89
o
C - 26,19
o
C – 0,05
o
C x 73529,6 KJKg = 47794,240 KJKg
LHV Solar = HHV
– 3240 = 47794,240 KJKg
– 3240 = 44554,240 KJKg
Dari data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan kita lakukan perhitungan seperti perhitungan pertama. Cara perhitungan yang
digunakan untuk mendapatkan nilai kalor dari pengujian pertama tersebut dilakukan juga untuk pengujian yang kedua sampai kelima. Setelah diperoleh
perhitungan untuk tiap pengujiannya, berikut ini hasil perhitungan bisa dilihat pada tabel 4.5
Tabel 4.5 Data hasil pengujian dan perhitungan nilai kalor bahan bakar solar pada Bom Kalorimeter
Bahan Bakar
Pengujian T
1 o
C T
2 o
C HHV
KjKg LHV
KjKg LHV RATA-
RATA KjKg
Solar 1
26,19 26,89
47794,240 44554,240
42642,47040 2
26,93 27,60
45588,352 42348,352
3 27,55
28,20 44117,760
40877,760 4
27,70 28,36
44853,056 41613,056
5 28,18
28,87 47058,944
43818,944
Universitas Sumatera Utara
51
4.3 Daya
