Uji Performansi Mesin Diesel Berbahan Bakar Lpg Dengan Modifikasi Sistem Pembakaran Dan Menggunakan Konverter Kit Sederhana

(1)

UJI PERFORMANSI MESIN DIESEL BERBAHAN

BAKAR LPG DENGAN MODIFIKASI SISTEM

PEMBAKARAN DAN MENGGUNAKAN KONVERTER

KIT SEDERHANA

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RIAN MARTINO DAMANIK NIM : 090401018

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkah, kesehatan dan karunia-Nya yang dikerjakan selama pengerjaan skripsi ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.

Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan mendapat gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu “Uji Performansi Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG Dengan Modifikasi Sistem Pembakaran dan Menggunakan Konverter Kit Seerhana”

Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Penulis telah bekerja keras dengan segala kemampuan yang ada dalam penyajian skripsi ini, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh, serta bimbingan dan arahan dari Dosen Pembimbing. Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada :

1. Kedua orangtua yang penulis cintai, Ayahanda S. Damanik dan Almh.Ibunda T. Sinaga, yang telah memberikan doa, kasih sayang, semangat, materi, dan dukungan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, selaku dosen pembimbing yang banyak meluangkan waktu membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

4. Dosen Pembanding

5. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

6. Paman dan bibi tersayang, SH. Silitonga dan SA. Sinaga yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, dan semangat kepada penulis selama mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 7. Saudaraku yang tersayang, Frans D.L. Damanik dan keluarga, Andri A.

Damanik, dan Ari S. Damanik untuk semangat dan dukungan yang telah diberikan dalam menyelesaikan skripsi ini.

(3)

8. Seluruh teman-teman penulis, khususnya Mahasiswa Departemen Teknik Mesin angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan skripsi ini di masa yang akan datang.

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Terima kasih.

Medan, Januari 2014

Penulis

090401018

(4)

Abstrak

Berkembangnya dunia industri mengakibatkan meningkatnya kebutuhan terhadap bahan bakar minyak solar yang cadangannya sudah semakin menipis. Untuk itu digunakanlah LPG sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar solar. Bahan bakar LPG akan diuji dengan menggunakan Mesin KAMA Diesel Engine YL170F. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400W-800W dengan variasi putaran mesin 2400-3400 rpm. Pengujian ini dilakukan dengan memodifikasi mesin pada sistem pembakaran. Parameter performansi yang diamati adalah daya, torsi, tekanan efektif rata-rata, konsumsi bahan bakar spesifik, perbandingan udara dan bahan bakar, dan efisiensi thermal brake. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa bahan bakar LPG dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Tetapi konsumsi bahan bakar pada penggunaan LPG jauh lebih tinggi dibandingkan konsumsi bahan bakar pada penggunaan bahan bakar solar.

(5)

Abstract

The development of the industry resulted in an increased demand for diesel fuel that has been dwindling reserves . For it is used LPG as an alternative fuel for diesel fuel substitute . LPG fuel will be tested using KAMA Engines Diesel Engine YL170F . Tests carried out on a stationary load 400W - 800W with variations 2400-3400 rpm spin machine . The test is performed by modifying the engine combustion system . Observed performance parameter is the power , torque , mean effective pressure , specific fuel consumption , air fuel ratio , and brake thermal efficiency . The results of this study indicate that LPG can be used as a substitute for diesel fuel . But the fuel consumption of the use of LPG is much higher than the consumption of fuel in diesel fuel usage .

(6)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

DAFTAR NOTASI ... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ... xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Manfaat Pengujian ... 2

1.4 Ruang Lingkup Pengujian ... 2

1.5 Metodologi Penulisan... 3

1.6 Sistematika Penulisan... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Bahan Bakar Diesel ... 5

2.2 Bahan Bakar LPG ... 8

2.2.1 Definisi LPG ... 8

2.2.2 Jenis Dan Komponen LPG ... 9

2.2.3 Sifat-Sifat LPG ... 9

2.3 Mesin Diesel ... 14

2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 18

2.3.2 Performansi Mesin Diesel ... 19

(7)

2.3.2.2 Torsi ... 20

2.3.2.3 Tekanan Efektif Rata-rata ... 20

2.3.2.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 20

2.3.2.5 Efisiensi Thermal ... 21

2.3.2.6 Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) ... 22

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 23

2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto ... 25

2.5.1 Penyalaan Dengan Bunga Api ... 26

2.5.1 Saat Penyalaan dan Pembakaran ... 28

2.6 Generator Set ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 32

3.2 Alat dan Bahan ... 32

3.2.1 Alat ... 32

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 Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar ... 43

3.7 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi Berbahan Bakar LPG ... 45

3.8 Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG ... 50

3.9 Diagram Alir Penelitian ... 53

BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA 4.1 Daya ... 54

(8)

4.1.1 Daya yang dihasilkan pada bahan bakar solar ... 54

4.1.2 Daya yang dihasilkan pda bahan bakar LPG...56

4.2 Torsi ... 60

4.2.1 Torsi yang dihasilkan pada bahan bakar solar ... 60

4.2.1 Torsi yang dihasilkan pada bahan bakar LPG... 62

4.3 Tekanan Efektif Rata-rata (MEP) ... 66

4.3.1 Tekanan Efektif Rata-rata pada bahan bakar solar ... 66

4.3 .2Tekanan Efektif Rata-rata pada bahan bakar LPG ... 68

4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ... 72

4.4.1 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada bahan bakar solar ... 72

4.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada bahan bakar LPG ... 74

4.5 Rasio Udara-Bahan Bakar ... 78

4.5.1 Rasio Udara-Bahan Bakar pada bahan bakar solar ... 81

4.5.2 Rasio Udara-Bahan Bakar pada bahan bakar LPG ... 83

4.6 Efisiensi Thermal Brake ... 87

4.6.1Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar solar ... 88

4.6.2Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG ... 89

4.7 Hasil Pembakaran... 93

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 98

5.2 Saran ... 99

DAFTAR PUSTAKA ... xv

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram P-v Mesin Diesel ... 15

Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel ... 16

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 18

Gambar 2.4 P-v Diagram Waktu Pengapian ... 28

Gambar 2.5 Generator Set ... 29

Gambar 3.1 Mesin KAMA Diesel Engine Model YL170F... 32

Gambar 3.2 Dinamo Generator Yamaha 1kW ... 33

Gambar 3.3 Multimeter SANWA C800A ... 34

Gambar 3.4 Stopwatch ... 35

Gambar 3.5 Manometer ... 36

Gambar 3.6 Regulator Gas Tekanan Tinggi ... 36

Gambar 3.7 Intake Manifold ... 37

Gambar 3.8 Ignition Coil ... 37

Gambar 3.9 Busi ... 38

Gambar 3.10 Universal Joint ... 38

Gambar 3.11 Crank Angle Signal ... 39

Gambar 3.12 Tangki Bahan Bakar ... 39

Gambar 3.13 Rangkaian Lampu ... 40

Gambar 3.14 Flow Meter ... 40

Gambar 3.15 Katup Udara ... 41

Gambar 3.16 Tabung LPG ... 41

Gambar 3.17 Pandangan Atas Cylinder Head... 45

Gambar 3.18 Pandangan Bawah Cylinder Head ... 45

Gambar 3.19 Pandangan Atas Cylinder Head Setelah Modifikasi ... 46

(10)

Gambar 3.21Pemasangan Crank Angle Signal ... 47

Gambar 3.22 Pemasangan Manometer ... 47

Gambar 3.23 Pemasangan Dinamo Generator ... 48

Gambar 3.24 Pemasangan Universal Joint ... 48

Gambar 3.25 Pemasangan Panel Unit ... 49

Gambar 3.26 Generator Set Diesel Berbahan Bakar LPG ... 49

Gambar 3.27 Diagram Alir Penelitian ... 53

Gambar 4.1 Grafik Putaran vs Daya Pada Bahan Bakar Solar ... 56

Gambar 4.2 Grafik Putaran vs Daya Pada Bahan Bakar LPG ... 58

Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Pada Beban 400 Watt ... 58

Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Daya Pada Beban 800 Watt ... 59

Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Torsi Pada Bahan Bakar Solar ... 62

Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Torsi Pada Bahan Bakar LPG ... 64

Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Torsi Pada Beban 400 Watt ... 64

Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Torsi Pada Beban 800 Watt ... 65

Gambar 4.9 Grafik Putaran vs MEP Pada Bahan Bakar Solar ... 68

Gambar 4.10 Grafik Putaran vs MEP Pada Bahan Bakar LPG ... 70

Gambar 4.11 Grafik Putaran vs MEP Pada Beban 400 Watt ... 71

Gambar 4.12 Grafik Putaran vs MEP Pada Beban 800 Watt ... 71

Gambar 4.13 Grafik Putaran vs SFC Pada Bahan Bakar Solar... 74

Gambar 4.14 Grafik Putaran vs SFC Pada Bahan Bakar LPG ... 76

Gambar 4.15 Grafik Putaran vs SFC Pada Beban 400 Watt ... 76

Gambar 4.16 Grafik Putaran vs SFC Pada Beban 800 Watt ... 77

Gambar 4.17 GrafikPutaran vs AFR Pada Bahan Bakar Solar ... 83

Gambar 4.18 GrafikPutaran vs AFR Pada Bahan Bakar LPG ... 85

Gambar 4.19 GrafikPutaran vs AFR Pada Beban 400 Watt ... 86

Gambar 4.20 GrafikPutaran vs AFR Pada Beban 800 Watt ... 86

Gambar 4.21 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Bahan Bakar Solar ... 89

Gambar 4.22 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Bahan Bakar LPG .... 91

(11)

Gambar 4.24 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Beban 800 Watt ... 92 Gambar 4.25 Kondisi Awal Block Cylinder Sebelum Digunakan Dalam

Pengujian ... 93 Gambar 4.26 Kondisi Awal Cylinder Head Sebelum Digunakan Dalam

Pengujian ... 94 Gambar 4.27 Blok Cylinder yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan

Bakar Solar ... 94 Gambar 4.28 Cylinder Head yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan

Bakar Solar ... 95 Gambar 4.29 Blok Cylinder yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan

Bakar LPG ... 96 Gambar 4.30 Cylinder Head yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan

(12)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar ... 7 Tabel 4.1 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 W ... 55 Tabel 4.2 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt... 55 Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 400 Watt ... 57 Tabel 4.4 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 800 Watt ... 57 Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 Watt... 61 Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt... 61 Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 400 Watt ... 63 Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 800 Watt ... 63 Tabel 4.9 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 Watt... 67 Tabel 4.10 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt ... 67 Tabel 4.11 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 400 Watt ... 69 Tabel 4.12 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 800 Watt ... 70 Tabel 4.13 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 Watt ... 73 Tabel 4.14 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt ... 73 Tabel 4.15 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar

(13)

Tabel 4.16 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 800 Watt ... 75 Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 Watt ... 81 Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt ... 82 Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 400 Watt ... 84 Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 800 Watt ... 85 Tabel 4.21 Hasil perhitungan �_� untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 400 Watt ... 88 Tabel 4.22 Hasil perhitungan �_� untuk mesin diesel berbahan bakar

solar dengan beban 800 Watt ... 89 Tabel 4.23 Hasil perhitungan �_� untuk mesin diesel berbahan bakar

LPG dengan beban 400 Watt ... 90 Tabel 4.24 Hasil perhitungan �_� untuk mesin diesel berbahan bakar

(14)

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN

Massa Jenis kg/m3 SATUAN

PB Daya Keluaran Watt

Cv Nilai kalor kJ/kg

��̇ Laju aliran massa udara kg/s

��̇ Laju aliran bahan bakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

�� Effisiensi termal %

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h

t Waktu pengujian yang ditentukan jam

T Torsi keluaran mesin N.m

V Tegangan Volt

I Arus Ampere

v Volume bahan bakar ml

(15)

Abstrak

(16)

Abstract

(17)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada era globalisasi ini perkembangan dunia industri berlangsung dengan sangat pesat. Banyak muncul industri-industri baru baik yang berskala kecil, menengah, maupun skala besar. Perkembangan dunia industri tersebut secara otomatis akan meningkatkan permintaan terhadap kebutuhan pemakaian bahan bakar. Pada umumnya mesin-mesin yang digunakan dalam dunia industri adalah mesin diesel dikarenakan tenaga yang dihasilkannya besar dan dinilai lebih ekonomis daripada mesin bensin. Keadaan ini sangat berkebalikan dengan permasalahan yang sedang dihadapi dunia saat ini yaitu keterbatasan bahan bakar minyak, termasuk bahan bakar minyak solar.

Permasalahan keterbatasan bahan bakar minyak ini memacu manusia untuk mengembangkan ilmu pengetahuannya untuk menemukan energi alternatif sebagai pengganti dari bahan bakar minyak tersebut. Mulai dari memanfaatkan energi-energi terbarukan dan bioenergi hingga beralih ke bahan bakar fosil yang pasokannya jauh lebih banyak dibandingkan bahan bakar minyak, dalam hal ini adalah LPG.

LPG merupakan gas alam dengan komponen utamanya campuran antara propana dan butana, jenis bahan bakar ini banyak ditemukan di hampir semua ladang minyak di Indonesia baik di daratan maupun di lepas pantai. Penggunaan bahan bakar gas LPG pada mesin membutuhkan perangkat tambahan yang disebut dengan converter kit, termasuk apabila digunakan pada mesin diesel. Tetapi kendala yang dijumpai pada perangkat konversi ini adalah mahalnya harga serta sulitnya mendapatkan perangkat tersebut.

Perkembangan dunia industri yang pada umumnya menggunakan mesin diesel, keterbatasan bahan bakar minyak, dan pengalihan penggunaan bahan bakar minyak yang sumber dayanya telah menipis dengan sumber daya energi yang jumlah cadangan sumber dayanya masih banyak. Atas dasar pemikiran inilah

(18)

penulis memutuskan untuk melakukan penelitian dengan mengkonversikan mesin diesel yang berbahan bakar solar sehingga menggunakan bahan bakar LPG.

1.2 Tujuan Pengujian

Untuk memperoleh unjuk kerja mesin diesel yang menggunakan bahan bakar LPG dan membandingkan hasilnya dengan unjuk kerja mesin diesel yang menggunakan bahan bakar solar.

1.3 Manfaat Pengujian

1. Untuk memberikan dukungan terhadap pemerintah dalam mengurangi ketergantungan pemakaian bahan bakar fosil khususnya solar.

2. Untuk memaksimalkan penggunaan LPG yang akan digunakan menjadi bahan bakar yang ekonomis.

3. Sebagai pertimbangan terhadap pemerintah untuk menghemat devisa Negara terhadap anggaran subsidi bahan bakar solar.

4. Untuk mengetahui kelebihan dan kekurangan penggunaan mesin diesel berbahan bakar LPG dengan modifikasi menggunakan sistem injeksi gas.

1.4 Ruang Lingkup Penelitian

1. Bahan bakar yang digunakan dalam pengujian yaitu LPG.

2. Alat uji yang digunakan untuk mengetahui angka torsi yang diperoleh yaitu Generator.

3. Mesin yang digunakan sebagai mesin utama pembakaran biogas adalah mesin diesel 4-langkah dengan 4-silinder KAMA 178-F 211 cc dengan modifikasi menggunakan spark dan sistem injeksi gas.

4. Generator yang digunakan sebagai penghitung daya adalah Yamaha berkapasitas 1 kW.

5. Unjuk kerja mesin yang dihitung adalah :

• Daya (Brake Power)

(19)

• Tekanan efektif rata-rata ( Mean Effective Presure )

• Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)

• Rasio perbandingan udara bahan bakar (Air Fuel Ratio)

• Efisiensi Thermal Brake (Brake Thermal Efficiency)

1.5 Metodologi Penulisan

Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :

a. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan tulisan-tulisan yang terkait.

b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.

c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik.

d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.6 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :

• Bab I : Pendahuluan

Bab ini berisikan latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang lingkup pengujian.

• Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai Mesin diesel, LPG, dan karakteristik mesin diesel yang digunakan.

• Bab III : Metodologi Penelitian

Bab ini memberikan informasi mengenai tempat pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai serta tahapan dan prosedur pengujian.

(20)

• Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian

Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memaparkan ke dalam bentuk tabel dan grafik.

• Bab V : Kesimpulan dan Saran

Bab ini sebagai penutup berisikan kesimpulan dan saran yang diperoleh.

• Daftar Pustaka

Daftar pustaka berisikan literatur yang digunakan untuk menyusun laporan.

• Lampiran

Pada lampiran dapat dilihat hasil data yang diperoleh dari pengujian dalam bentuk tabel dan gambar.

(21)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200oC – 340oC. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus hetadecene (C16H34) dan alpha-methilnapthalene (Darmanto, 2006).

Sifat-sifat bahan bakar diesel yang mempengaruhi prestasi dari motor diesel antara lain: Penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala dan cetane number (Mathur, Sharma, 1980).

a. Penguapan (Volality).

Penguapan dari bahan bakar diesel diukur dengan 90% suhu penyulingan. Ini adalah suhu dengan 90 % dari contoh minyak yang telah disuling, semakin rendah suhu ini maka semakin tinggi penguapannya.

b. Residu karbon.

Residu karbon adalah karbon yang tertinggal setelah penguapan dan pembakaran habis Bahan yang diuapkan dari minyak, diperbolehkan residu karbon maksimum 0,10 %.

c. Viskositas.

Viskositas minyak dinyatakan oleh jumlah detik yang digunakan oleh volume tertentu dari minyak untuk mengalir melalui lubang dengan diameter kecil tertentu, semakin rendah jumlah detiknya berarti semakin rendah viskositasnya. d. Belerang.

Belerang dalam bahan bakar terbakar bersama minyak dan menghasilkan gas yang sangat korosif yang diembunkan oleh dinding-dinding silinder, terutama ketika mesin beroperasi dengan beban ringan dan suhu silinder menurun; kandungan belerang dalam bahan bakar tidak boleh melebihi 0,5 %-1,5 %.

(22)

e. Abu dan endapan dalam bahan bakar adalah sumber dari bahan mengeras yang mengakibatkan keausan mesin. Kandungan abu maksimal yang diijinkan adalah 0,01% dan endapan 0,05%.

f. Titik nyala.

Titik nyala merupakan suhu yang paling rendah yang harus dicapai dalam pemanasan minyak untuk menimbulkan uap terbakar sesaat ketika disinggungkan dengan suatu nyala api. Titik nyala minimum untuk bahan bakar diesel adalah 60 oC.

g. Titik Tuang

Titik tuang adalah suhu minyak mulai membeku/berhenti mengalir. Titik tuang minimum untuk bahan bakar diesel adalah -15 oC.

h. Sifat korosif.

Bahan bakar minyak tidak boleh mengandung bahan yang bersifat korosif dan tidak boleh mengandung asam basa.

i. Mutu penyalaan.

Nama ini menyatakan kemampuan bahan bakar untuk menyala ketika diinjeksikan ke dalam pengisian udara tekan dalam silinder mesin diesel. Suatu bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan siap menyala, dengan sedikit keterlambatan penyalaan bahan bakar dengan mutu penyalaan yang buruk akan menyala dengan sangat terlambat. Mutu penyalaan adalah salah satu sifat yang paling penting dari bahan bakar diesel untuk dipergunakan dalam mesin kecepatan tinggi. Mutu penyalaan bahan bakar tidak hanya menentukan mudahnya penyalaan dan penstarteran ketika mesin dalam keadaan dingin tetapi juga jenis pembakaran yang diperoleh dari bahan bakar. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.

j. Bilangan Cetana (Cetane Number).

Mutu penyalaan yang diukur dengan indeks yang disebut Cetana. Mesin diesel memerlukan bilangan cetana sekitar 50. Bilangan cetana bahan bakar adalah persen volume dari cetana dalam campuran cetana dan alpha-metyl

(23)

alpha-metyl naphthalene mempunyai mutu penyalaaan yang buruk. Bilangan cetana 48 berarti bahan bakar cetana dengan campuran yang terdiri atas 48% cetana dan 52% alpha- metyl naphthalene.

Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar

No Karakteristik Unit

Batasan Metode Uji MI

N MAX ASTM IP

1 Angka Setana 45 - D-613

2 Indeks Setana 48 - D-4737

3 Berat Jenis Pada 15oC Kg/m3 815 870 D-1298 4 Viskositas pada 40oC mm2/s 2 5 D-1298 5 Kandungan Sulfur %m/m - 0,35 D-1552

6 Distilasi : T95 oC - 370 D-86

7 Titik Nyala oC 60 - D-93

8 Titik Tuang oC - 18 D-97

9 Karbon Residu Merit - Kelas I D-4530 10 Kandungan air Mg/kg - 500 D-1744 11 Biological Growth -

12 Kandungan FAME %v/v 10

13 Kandungan Metanol dan

Etanol %v/v - 10 D-4815

14 Korosi Bilah Tembaga Merit - Kelas I D-130 15 Kandungan Abu %m/m - 0,01 D-482 16 Kandungan Sedimen %m/m - 0,01 D-473 17 Bilangan Asam Kuat mgKOH/gr - 0 D-664 18 Bilangan Asam Total mgKOH/gr - 0,6 D-664

19 Partikulat mg/l - - D2276

20 Penampilan Visual - Jernih dan Terang

(24)

Sumber: Surat Keputusan Dirjen Migas 3675/K/24/DJM/2006

2.2 Bahan Bakar LPG 2.2.1 Definisi LPG

Kata LPG berasal dari singkatan dalam bahasa inggris yaitu Liquified Petroleum Gas, yang secara harfiah artinya adalah gas minyak bumi yang dicairkan. LPG atau kita sering menyebut gas elpiji berasal dari hasil pengolahan minyak bumi. Di alam ini, minyak bumi (petroleum) ditemukan bersama-sama dengan gas alam (natural gas). Kemudian minyak bumi dipisahkan dari gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam disebut juga minyak mentah (crude oil). Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, siklo-alkana, aromatik, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks, untungnya terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen-komponennya, yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya. Proses ini disebut destilasi bertingkat. Untuk mendapatkan produk akhir sesuai dengan yang diinginkan, maka sebagian hasil dari destilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan pengotor dalam fraksi, dan pencampuran fraksi.

Dalam proses destilasi bertingkat, minyak mentah tidak dipisahkan menjadi komponen-komponen murni, melainkan ke dalam fraksi-fraksi, yakni kelompok-kelompok yang mempunyai kisaran titik didih tertentu. Hal ini dikarenakan jenis komponen hidrokarbon begitu banyak dan isomer-isomer hidrokarbon mempunyai titik didih yang berdekatan. Sehingga bisa dikatakan bahwa berdasarkan titik didih inilah minyak mentah mengalami pemisahan menjadi bahan-bahan lainnya. Berdasarkan suhunya, secara berturut-turut dimulai bagian paling bawah, minyak mentah akan terpisah menjadi residu (>3000C), minyak berat, yang digunakan sebagai bahan kimia (150-3000C), solar (105-1500C), kerosin (85-1050C), bensin/gasolin (50-850C), dan gas (0-500C). Bagian terakhir yang berupa gas inilah asal usulnya LPG (tentunya setelah melalui pengolahan lanjutan) yang sehari-hari kita gunakan, salah satunya untuk bahan bakar kompor gas.

(25)

2.2.2 Jenis dan Komponen LPG

Menurut Keputusan Direktur Jenderal Minyak dan Gas Bumi No. 25K/36/DDJM/1990 spesifikasi LPG dapat digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu LPG campuran (mixed LPG), LPG Propana (Prophene LPG), dan LPG Butana (Buthene LPG).

LPG yang dipakai untuk bahan bakar kompor gas adalah jenis LPG campuran. LPG ini merupakan salah satu produk yang dipasarkan oleh Pertamina Direktorat Pembekalan Dan Pemasaran Dalam Negeri (Dit. PPDN), dengan merk dagang LPG (Liquid Petroleum Gas). Komponen utama dari LPG adalah Propana (C3H8) dan Butana (C4H10). Disamping itu, LPG juga mengandung senyawa hidrokarbon ringan yang lain dalam jumlah kecil, yaitu Etana (C2H6) dan Pentana (C5H12).

2.2.3 Sifat-Sifat LPG

Berikut ini sifat-sifat LPG yang perlu diketahui agar kita bisa mengunakannya dengan aman.

1. Wujud

Gas elpiji yang ada di dalam tabung, wujudnya cair dan sebagian berwujud uap. Namun apabila gas tersebut dikeluarkan dari tabung, wujudnya berubah menjadi gas. Wujud awal dari LPG adalah gas. Namun di pasaran dijual dalam bentuk cair. Mengapa bisa seperti itu? demikian penjelasannya. Pada dasarnya untuk bahan yang berwujud gas berlaku ketentuan seperti ini: “Wujud gas akan berubah menjadi wujud cair apabila temperatur diperkecil atau tekanannya diperbesar”. Dengan adanya perubahan wujud akibat temperatur dan tekanan, maka volume gas juga berubah. Volume gas yang berwujud cair akan menjadi lebih kecil apabila dibandingkan dengan volume gas ketika masih berwujud gas. Rasio antara volume gas bila menguap dengan gas dalam keadaan cair bervariasi tergantung komposisi, tekanan dan temperatur, tetapi biasanya sekitar 250:1.

Kemampuan gas bisa berubah wujud menjadi cair merupakan kelebihan dari bahan-bahan gas yaitu volumenya bisa menjadi mengecil. Kelebihan ini

(26)

diaplikasikan terutama untuk menyimpan dan mengirim gas dalam tangki, dimana dengan cara tersebut secara ekonomi sangat menguntungkan.

Berdasarkan cara pencairannya, LPG dapat dibedakan menjadi dua, yaitu:

a. LPG Refrigerated

LPG Refrigerated adalah LPG yang dicairkan dengan cara didinginkan (titik cair Propan adalah sekitar -42°C, dan titik cair Butan sekitar -0.5°C). Cara pencairan LPG jenis ini umum digunakan untuk mengapalkan LPG dalam jumlah besar. Misalnya, mengirim LPG dari negara Arab ke Indonesia. Dibutuhkan tanki penyimpanan khusus yang harus didinginkan agar LPG tetap dapat berbentuk cair serta dibutuhkan proses khusus untuk mengubah LPG Refrigerated menjadi LPG Pressurized.

b. LPG Pressurized

LPG Pressurized adalah LPG yang dicairkan dengan cara ditekan dengan tekanan (pressure) sekitar 4-5 kg/cm2. LPG jenis ini disimpan dalam tabung atau tanki khusus bertekanan tinggi. LPG jenis inilah yang banyak digunakan dalam berbagai aplikasi di rumah tangga dan industri, karena penyimpanan dan penggunaannya tidak memerlukan penanganan khusus seperti LPG Refrigerated. Tekanan uap ELPIJI cair dalam tabung yang diproduksi oleh Pertamina sekitar 5.0 – 6.2 Kg/cm2.

Jumlah gas diukur berdasarkan volumenya (V) dengan satuan m3. Tetapi apabila gas tersebut berwujud cair, maka jumlah gas diukur berdasarkan massanya (m) dengan satuan kilogram (kg), sebagai contoh seperti kalau kita membeli LPG ukuran 3 kg.

LPG dipasarkan dalam bentuk cair dalam tabung-tabung logam bertekanan. Untuk memungkinkan terjadinya ekspansi panas (thermal expansion) dari cairan yang dikandungnya, tabung LPG tidak diisi secara penuh, hanya sekitar 80-85% dari kapasitasnya.

(27)

Kepadatan massa atau kepadatan material atau massa jenis adalah massa per satuan volume. Simbol yang paling sering digunakan untuk kerapatan ρ (disebut rho). Massa jenis gas yaitu banyaknya massa (kg) dari gas yang mempunyai volume sebesar 1,0 m3 pada kondisi tertentu (diukur pada suhu 00C, dan tekanan 1013 mbar / 1,013 kg/cm2). Massa jenis gas propan adalah 2,004 kg/m3, gas butan adalah 2,703 kg/m3, dan udara sebesar 1,293 kg/m3. Dari sini kita bisa tahu bahwa dengan volume yang sama yaitu 1,0 m3, massa propan, butan dan udara berbeda-beda. Massa butan lebih besar bila dibandingkan dengan massa propan, massa propan lebih besar daripada massa udara, dan massa kedua gas tersebut (butan dan propan) lebih besar daripada massa udara. Pengetahuan tentang massa jenis ini penting untuk memahami perilaku gas bila gas tersebut terlepas di udara bebas, apakah gas tersebut naik ke atas atau turun ke bawah (dan akan berada di atas permukaan tanah).

3. Specific Gravity

Specific gravity adalah perbandingan antara massa jenis fluida (fluid density) dengan massa jenis fluida tertentu (specified reference density). Yang digunakan sebagai fluida pembanding bisa berbeda-beda. Misalnya untuk cairan, maka sebagai fluida pembandingnya (reference density) adalah air pada suhu 4oC. Sedangkan untuk gas, sebagai fluida pembandingnya adalah udara (biasanya pada suhu 200C). Specific gravity merupakan sebuah perbandingan, sehingga specific gravity tidak mempunyai satuan.

Meskipun pengertiannya tidak sama persis (tetapi pada dasarnya adalah sama), ada yang menterjemahkan specific gravity dengan massa jenis relatif (relative density). Selanjutnya dalam tulisan ini untuk menyebut istilah specific gravity kita gunakan istilah massa jenis relatif.

Massa jenis relatif gas adalah perbandingan antara massa jenis gas dengan massa jenis udara (udara luar atau udara bebas). Massa jenis relatif udara adalah 1. Angka ini didapat dari massa jenis udara dibandingkan dengan massa jenis udara itu sendiri, yaitu 1,293 kg/m3 : 1,293 kg/m3 sama dengan 1. Dengan cara yang sama kita bisa menghitung massa jenis relatif dari propan yaitu 2,004 kg/m3 : 1,293 kg/m3 sama dengan 1,55 dan massa jenis relatif dari butan adalah

(28)

sebesar 2,09. Apabila massa jenis relatif dari suatu gas lebih kecil daripada 1, maka gas tersebut akan naik ke udara. Namun apabila massa jenis relatifnya lebih kecil dari 1, maka gas tersebut akan turun ke tanah (mencari/mengalir ke tempat yang lebih rendah).

Dengan mengetahui bahwa massa jenis relatif gas propan dan butan lebih besar dari udara, maka apabila kita menyimpan LPG harus memberi ventilasi yang diletakkan rata dengan tanah/lantai (bila memungkinkan) atau dinaikkan sedikit. Hal ini dimaksudkan apabila ada kebocoran LPG, gas tersebut bisa cepat keluar dan bercampur dengan udara bebas. Di samping itu, dengan alasan yang sama seperti dia atas, kita jangan menyimpan tabung LPG di ruangan bawah tanah.

4. Temperatur Nyala (Ignition Temperature)

Temperatur nyala dari bahan bakar gas pada umumnya antara 4500C sampai dengan 6500C. Dengan temperatur seperti itu, gas yang diletakkan di udara bebas akan menjadi panas dan akan terjadi pembakaran. Temperatur nyala untuk propan adalah 5100C, sedangkan butan adalah 4600C. Dari data ini kita bisa tahu bahwa apabila ada LPG yang terlepas atau bocor dari tabung gas ke udara bebas, gas tersebut tidak akan terbakar dengan sendirinya. Karena temperatur udara bebas biasanya sekitar 270C. Untuk menimbulkan nyala pada peralatan yang menggunakan bahan bakar gas, misalnya kompor gas, kita menggunakan alat penyala atau api penyala.

5. Batas Nyala (Flammable Range)

Batas nyala (Flammable Range) atau disebut jugabatas meledak (Explosive Range) adalah perbandingan campuran (dalam bentuk prosentase) antara gas dengan udara, dimana pada batas tersebut dapat terjadi nyala api atau ledakan. Untuk bisa terjadi nyala api atau ledakan, besarnya perbandingan antara uap gas dan udara tidak memiliki nilai (angka) yang tunggal, tetapi merupakan nilai-nilai yang mempunyai batas bawah dan batas atas. Jadi apabila terjadi campuran antara gas dan udara dalam rentang nilai bawah dan nilai atas, maka akan terjadi nyala api atau ledakan. Nilai batas nyala bawah disebut juga Lower Explosive Limit (LEL) yaitu batas minimal konsentrasi uap bahan bakar di udara

(29)

dimana bila ada sumber api, gas tersebut akan terbakar. Sedangkan nilai batas atas atau Upper Explosive Limit (UEL) yaitu batas konsentrasi maksimal uap bahan bakar di udara dimana bila ada sumber api, gas tersebut akan terbakar. Batas nyala (Flammable Range) untuk propan adalah antara 2,4% sampai dengan 9,6% dan butan antara 1,9% sampai dengan 8,6%. Ini artinya bahwa misalnya terjadi campuran 2,4% propan dengan 97,6% udara, maka campuran tersebut akan dapat menyala, tetapi jumlah gas propan ini merupakan jumlah yang minimal. Apabila jumlah propan kurang dari 2,4%, maka tidak akan terjadi nyala. Demikian sebaliknya, apabila jumlah propan lebih dari 9,6% juga tidak akan terjadi nyala. Sebagai contoh terjadi campuran 15% propan dan 85% udara, maka tidak akan terjadi nyala. Jadi kesimpulannya bahwa meskipun ada sumber api tetapi karena perbandingan campuran antara propan dengan udara di bawah atau di atas batas nyala (Flammable Range) , maka tidak akan terjadi pembakaran.

Dengan mengetahui batas nyala (flammable range) dari gas, kita bisa mencegah dan mengantsipasi bahaya dari LPG (elpiji) tersebut. Dengan mengetahui bahwa gas akan terbakar apabila mempunyai campuran dengan udara dengan perbandingan tertentu, maka apabila ada gas yang bocor, salah satu tindakan sederhana yang bisa lakukan adalah dengan membuka pintu atau jendela atau berusaha mengipas-ngipas gas tersebut agar keluar ruangan. Hal ini dimaksudkan gas tersebut komposisi campurannya kurang dari 1,9% (untuk gas propan). Dengan demikian gas tersebut tidak bisa terbakar, meskipun ada sumber api.

2.3 Mesin Diesel

Mesin Diesel disebut juga “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur tinggi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Mesin diesel pertama kali ditemukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1982. Prinsip kerja pembakaran motor diesel yaitu udara segar dihisap masuk ke dalam silinder atau ruang bakar kemudian udara tersebut dikompresi oleh torang sehingga udara memiliki tekanan dan temperatur yang tinggi, dan sebelum torak mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan ke ruang bakar dan terjadilah pembakaran.

(30)

Agar bahan bakar diesel dapat terbakar dengan sendirinya, maka perbandingan kompresi mesin diesel harus berkisar antara 15-22, sedangkan tekanan kompresinya mencapai 20-40 bar dengan suhu 500-700 °C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri sebagai sebagai motor stasioner ataupun untuk kendaraan-kendaraan dan kapal laut dengan ukuran yang besar. Hal ini dikarenakan motor diesel mengkonsumsi bahan bakar ± 25% lebih rendah dari motor bensin, lebih murah, dan perawatannya lebih sederhana (Kubota, S., dkk, 2001).

Mesin diesel menghasilkan tekanan kerja yang tinggi, itu sebabnya konstruksi motor diesel lebih kokoh dan lebih besar. Disamping itu, mesin diesel menghasilkan bunyi yang lebih keras, warna dan bau gas yang kurang menyenangkan. Namun dipandang dari segi ekonomi, bahan bakar serta polusi udara, motor diesel masih lebih disukai (Mathur, 1980).

Konsep awal Rudolf Diesel pada mesin ciptaannya adalah dengan mengansumsikan adanya penambahan kalor pada temperatur konstan sehingga mesin yang dibuatnya dapat berjalan dengan siklus Carnot. Namun, akhirnya disadari bahwa untuk mewujudkan mesin tersebut secara praktikal adalah sangat sulit karena pemasukan panas yang dapat dilakukan persiklus sangat kecil. Konsep selanjutnya Rudolf Diesel menggunakan penambahan kalor pada saat tekanan konstan. Konsep siklus tersebut secara teoritis dapat berjalan dan oleh karena itu, siklus toritis ini dinamakan atas namanya yaitu Siklus Diesel.

(31)

Keterangan Gambar :

P = Tekanan (atm)

V = Volume Spesifik (m³/kg) qin = Kalor yang masuk (kJ) qout = Kalor yang keluar (kJ)

Keterangan Grafik :

1-2 Kompresi Isentropis (reversibel adiabatis) 2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropis (reversibel adiabatis) 4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel

Keterangan Gambar : T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K)

(32)

q

out = Kalor yang dibuang (kJ)

Proses 1-2 Langkah kompresi isentropis Semua katup tertutup :

�2 =�1(�1/�2)�−1 = �1(�1/�2)�−1 = �1(��)�−1 �2 = �1(�1/�2)� =�1(�1/�2)� =�1(��)� �2 = ��

�1−2 = 0

�1−2 = (�2�2− �1�1) (1⁄ − �) =�(�2− �1) (1⁄ − �) �1−2 = (�1− �2) =��(�1− �2)

Proses 2-3 Proses kerja atau pemasukan kalor dalam tekanan konstan. Semua katup tertutup :

�2−3 =�� = ��_� = ��(�3− �2) =�� +��(�3− �2) ��.�_� = (��+ 1)��(�3− �2)

�2−3 = �� =��(�3− �2) = (ℎ3− ℎ2) �2−3 =�2−3−(�3 − �2) =�2(�3− �2) �3 =��

�3 =�2(�3⁄�2)

Proses 3-4 Langkah ekspansi isentropis Semua katup tertutup :

�3−4 = 0

�4 =�3(�3⁄�4)�−1 =�3(�3⁄�4)�−1 �4 =�3(�3⁄�4)�−1 =�3(�3⁄�4)�−1

(33)

�3−4 = (�3− �4) =��(�3− �4)

Proses 4-1 Langkah buang atau pengeluaran kalor dengan volume konstan Katup intake tertutup dan katup exhaust terbuka :

�4 = �1 =�� 4−1 = 0

�4−1 =�� =��(�1− �4) �4−1 = �� = ��(�1− �4)

2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel mirip dengan prinsip kerja mesin bensin. Perbedaannya hanya terletak pada proses langkah awal kompresi atau proses adiabatik. Yang dimaksud dengan motor bakar 4 (empat) langkah adalah bila 1 (satu) kali proses pembakaran terjadi pada setiap 4 (empat) langkah gerakan piston atau 2 (dua) kali putaran poros engkol. Dengan anggapan bahwa katup masuk dan katup buang terbuka tepat pada waktu piston berada pada TMA dan TMB. Dibawah ini adalah langkah dalam siklus mesin diesel 4 langkah :

(34)

Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel

1. Langkah Isap

Piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah), kemudian katup isap terbuka dan katup buang tertutup. Karena piston bergerak ke bawah, maka di dalam silinder terjadi ke vakuman sehingga udara bersih akan terhisap dan mengalir masuk ke dalam ruang silinder melalui katup isap.

2. Langkah Kompresi

Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA. Karena piston bergerak ke atas dan kedua katup tertutup, maka udara bersih di dalam silinder akan terdorong di mampatkan di ruang bakar, akibatnya silinder tertekan sehingga tekanan dan temperature naik hingga mencapai 35 atm dan temperatur 500-700 °C

3. Langkah Injeksi

Pada akhir langkah kompresi sebelum piston mencapai TMA, injector akan mengabutkan bahan bakar dan akan bercampur dengan udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi sehingga bahan bakar akan terbakar dengan sendirinya di dalam ruang bakar. Hal ini akan menimbulkan daya dorong sehingga piston akan bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya

(35)

dorong kebawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi.

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, piston bergerak dari TMB ke TMA. Bersamaan itu juga katup buang membuka dan katup masuk tertutup, sehingga udara sisa pembakaran akan didorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold.

2.3.2 Performansi Mesin Diesel 2.3.2.1Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakkan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator, yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakkan torak dan selanjutnya menggerakkan semua mekanisme. Sebagian daya indicator dibutuhkan untuk mengatasi gesekan mekanik, seperti pada torak dan dinding silinder dan gesekan antara poros dan bantalan. Prestasi motor bakar pertama-tama tergantung dari daya yang dapat ditimbulkannya. Semakin tinggi frekuensi putar motor semakin tinggi daya yang diberikan. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian daya poros terebut adalah :

�

_�

=

2�(�.�)

... (2.1)

Dimana :

�� = Daya keluaran (Watt) N = putaran mesin (rpm) T = Torsi (N.m)

2.3.2.2Torsi

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Gaya yang ditimbulkan oleh tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menggerakkan torak

(36)

dan kemudian gaya tersebut diteruskan kepada pena engkol yang dihubungkan ke torak sehingga mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Alat yang digunakan untuk mengukur torsi dinamakan dynamometer , alat ini di kopel dengan poros output motor pembakaran. Cara kerja dynamometer mirip dengan kerja sebuah rem yang dilekatkan ke poros mesin, maka daya yang diukur dinamakan dengan daya rem (brake power).

�

=

��.60

2�.�

... (2.2)

2.3.2.3Tekanan Efektif Rata-rata

Tekanan efektif rata-rata adalah tekanan konstan teoritis yang apabila diberikan ke mesin selama langkah kerja, akan menghasilkan kerja netto yang sama dengan yang pada kenyataannya dihasilkan dalam satu siklus.

��

=

4.�.�

��

... (2.3)

2.3.2.4Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Nilai ekonomis sebuah mesin ditunjukkan dengan seberapa besar jumlah bahan bakar yang dipakai untuk menghasilkan sejumlah daya selang waktu tertentu.

��

=

�̇�×10

�� ... (2.4) Besarnya laju aliran massa bahan bakar (�̇f) dihitung dengan persamaan berikut :

�̇

�

=

ρ��10

−3

��

× 3600 ... (2.5)

Dimana :

(37)

�̇f = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

�� = daya (W)

ρ = massa jenis (gr/cm3)

�� = volume bahan bakar yang diuji

�� = waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan bahan bakar (jam)

2.3.2.5Efisiensi Thermal

Dikarenakan adanya rugi-rugi mekanis yang terjadi pada mesin itu sendiri, mengakibatkan kerja yang terpakai lebih kecil dari energi yang

dibangkitkan oleh piston. Untuk itu maka perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Kerja maksimum atau efisiensi ini biasa disebut efisiensi termal brake.

�

=

_��_{��}��_��_{��} ... (2.6)

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus :

� =�̇_� ×�� ... (2.7) Dimana, LHV = low heating value, nilai kalor bawah bahan bakar (kj/kg) Jika daya keluaran (�_�) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar �_� dalam satuan kg/jam dan ηc = efisiensi pembakaran, maka:

�

=

_�̇_�_.�_�� _.�_�

× 3600

... (2.8)

(38)

Energi yang masuk kedalam sebuah mesin �_�� berasal dari

pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara luar digunakan untuk

menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia untuk pembakaran didalam ruang bakar. Untuk itu dibutuhkan jumlah oksigen dan bahan bakar yang tepat dan dapat dirumuskan sebagai berikut:

��

=

�̇�

=

��

�� ... (2.9)

�̇

�

=

��(_��_._�+_��) ……….(2.10)

Dimana:

�� =massa udara di dalam silinder per siklus

ṁ� = laju aliran udara didalam mesin

�� =massa bahan bakar di dalam silinder per siklus

�̇� = laju aliran bahan bakar di dalam mesin

�� = tekanan udara masuk silinder

�� = volume langkah (displacement)

�� = volume sisa

� = konstanta udara

�� =temperatur udara masuk silinder

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara

menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan

uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nilai kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value, HHV), merupakan nilai kalor yang diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil

(39)

pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan Dulong :

HHV = 33950 + 144200 (H2-�2

8) + 9400 S………(2.12)

Dimana:

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

Nilai kalor bawah ( low Heating Value, LHV ), merupakan nilai

kalor bahan bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang

memang sudah ada didalam bahan bakar (moisture). Panas laten

pengkondensasian uap air pada tekanan parsial 20 kN/m2_{(tekanan yang}

umum timbul pada gas buang) adalah sebesar 2400 kJ/kg, sehingga

besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung berdasarkan persamaan

berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2) ... (2.13)

(40)

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi

saat gas buang meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air.

Namun dapat juga menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan

ASME (American Society of Mechanical Engineers) menentukan penggunaan

nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor bawah (LHV).

Nilai Kalor (heating value) suatu bahan bakar dapat juga diperoleh dengan menggunakan peralatan di laboratorium, yaitu bom calorimeter oksigen. Nilai kalor yang diperoleh melalui peralatan ini adalah nilai kalor

atas atau highest heating value (HHV) dan dapat dihitung dengan rumus,

yaitu :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) cv ………(2.14)

Dimana :

T1 = Suhu air pendingin sebelum dinyalakan (o_C) T2 = Suhu air pendingin sesudah dinyalakan (o_C) Tkp = Kenaikan suhu kawat penyala = 0,05 (oC) cv = Panas jenis alat = 73529,6 (kJ/kg oC)

Sedangkan nilai kalor bawah atau lowest heating value (LHV)

(41)

LHV = HHV – 3240……….………(2.15)

Bila dilakukan pengujian 5 kali, maka :

HHVrata-rata = ∑ ��

�=5 �=1

15 ………(2.16)

dan

LHVrata-rata = HHVrata-rata – 3240………(2.17)

2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto

Motor otto dengan sistem spark-ignition menggunakan bantuan

bunga api dari busi untuk menyalakan atau membakar campuran bahan

bakar – udara. Bunga api yang digunakan berasal dari busi. Busi akan

menyala saat campuran bahan bakar – udara mencapai rasio

kompresi,temperatur dan tekanan tertentu.

Pembakaran adalah reaksi kimia dimana oksidan (oksigen) bereaksi secara cepat terhadap bahan bakar dan melepaskan energy panas. Ada tiga unsur kimia utama dalam elemen mampu bakar (combustible) yakni karbon (C) dan hidrogen (H), elemen lainnya adalah sulfur (S). Proses pembakaran dikatakan sempurna jika semua karbon bereaksi dengan oksigen dan menghasilkan karbon monoksida, atau jika sulfur bereaksi dengan sulfur menghasilkan sulfur dioksida. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, mak dikatakna proses pembakaran tidak sempurna.

Nitrogen tidak berpartisipasi pada proses pembakaran dan disebut sebagai gas lembam. Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung dengan oksigen dari udara secarah terpisah. Hydrogen akan bergabung dengan oksigen dan menghasilkan air. Karbon akan bergabung dengan oksigen menjadi karbon dioksida. Jika jumlah oksigen tidak cukup maka sebagian karbon akan bereaksi dengan carbon dan menghasilkan karbon

(42)

monoksida. Pembentukan karbon monoksida hanya menghasilkan 30% panas yang dihasilkan oleh pembentukan karbon dioksida.

2.5.1 Penyalaan dengan Bunga Api

Busi dipasang pada suatu tempat dalam ruang bakar untuk memberikan bunga api. Bunga api diberikan dalam waktu yang sangat singkat dan menyalakan campuran udara bahan bakar dalam ruang bakar.

Berbeda dengan mesin diesel yang penyalaannya terjadi sendiri akibat udara panas yang dikompresikan dalam ruang bakar. Sekalipun loncatan bunga api listrik sangat singkat dan total energinya kecil, tapi dengan tegangan 10.000 Volt antara elektroda busi yang mempunyai suhu ribuan derajat Celcius, akan mampu menimbulkan aliran arus listrik pada

molekul-molekul dari campuran udara bahan bakar yang kerapatannya

cukup tinggi. Karena pembakaran dari campuran udara bahan bakar adalah berupa reaksi ion, maka sistem penyalaan listrik sangat sesuai untuk mendapatkan suhu yang tinggi, dan dapat berlangsungnya proses

ionisasi.

1) Busi

Sebuah kabel yang berhubungan dengan sumber daya tegangan tinggi dihubungkan ke bagian terminal pada sisi atas busi. Saat arus listrik berkekuatan 5000 – 10.000 volt menghasilkan percikan bunga api diantara elektroda busi. Bunga api menyalakan campuran yang berada disekitarnya kemudian menyebar ke seluruh arah dalam ruang bakar. Pembakaran tidak terjadi serentak, tapi bergerak secara progresif melintasi campuran yang belum terbakar, dan dimulai di tempat yang paling panas yaitu di dekat busi. Busi tidak boleh terlalu panas, karena akan memudahkan terbentuknya endapan karbon pada permukaan isolatornya dan dapat menimbulkan hubungan singkat. Untuk menghindari kejadian ini suhu isolatornya harus mencapai 700-800 oC agar karbon dapat terbakar. Tapi bila suhu tinggi isolatornya dapat rusak atau preignition akan

(43)

terjadi yaitu penyalaan sebelum terjadi loncatan bunga api pada busi. Jika hal ini terjadi akan memperpendek umur motor.

Pada motor yang cenderung untuk mudah terjadinya overheating (panas yang berlebihan) karena pengaruh sistem pendingin, kita harus menggunakan busi panas, sedangkan pada motor yang cenderung akan terjadi endapan karbon digunakan busi dingin.

2) Alat pembangkit tegangan tinggi

Untuk menghasilkan pembakaran yang baik maka dibutuhkan percikan api yang baik juga. Maka dibutuhkan energy tegangan potensial yang besar juga. Tegangan antara 5000 sampai lebih dari 10.000 volt harus diberikan pada elektroda tengah agar dapat terjadi loncatan bunga api antara celah atau elektroda busi. Baterai terlalu berat dan harus diisi bila lama tidak dipakai, maka umumnya pada motor-motor kecil dipakai magnet. Magnet permanen dipasang pada poros engkol dan inti besi ditempatkan sebagai stator. Magnet berputar bersama-sama dengan roda penerus, dan antara inti besi dengan magnet terdapat suatu celah kecil. Medan magnet berubah-ubah karena perputaran magnet sehingga menimbulkan listrik dalam lilitan primer pada inti besi. Akibat gerakan cam titik kontak terbuka maka akan terjadi arus tegangan tinggi yang memungkinkan terjadinya loncatan bunga api pada busi. Kenaikan tegangan pada transformator yang terdiri dari lilitan primer dan lilitan sekunder, dan tegangan tinggi yang terjadi pada lilitan sekunder inilah yang dibutuhkan oleh busi. Kapasitor yang disisipkan dalam sirkuit akan menghindari terjadinya loncatan bunga api pada titik kontrol akibat tegangan tinggi yang timbul dalam lilitan sekunder.

Saat penggunaan magnet tidak dipergunakan secara luas, dengan penggunaan solid state sebagai transistor sebagai alat penahan arus secara mekanik. Sistem penyalaan solid state mempunyai

keuntungan bila dibandingkan dengan sistem mekanik. Salah satu sistem

penyalaan yang tidak mekanik adalah sistem CDI (Capasitor Discharge Ignition). Magnet CDI prinsip kerjanya sama dengan magnet roda

penerus. Bila magnet berputar bersama-sama dengan roda penerus yang

(44)

kemudian mengisi kapasitor. Bila kapasitor telah diisi, sebuah isyarat

tegangan untuk mengontrol timbulnya penyalaan dalam coil sensor

dengan menggunakan pintu G dari SCR (Silicon Controlled Rectifier) untuk

mengalirkan arus dari A ke K. Kemudian listrik yang dikumpulkan dalam kapasitor disalurkan pada suatu saat melalui SCR dalam lilitan primer dari coil. Arus ini membangkitkan tegangan yang lebih tinggi dalam lilitan sekunder, yang menyebabkan terjadinya loncatan bunga api pada

busi.

2.5.2 Saat Penyalaan dan Pembakaran

Pembakaran normal (sempurna), dimana bahan bakar dapat

terbakar seluruhnya pada saat dan keadaan yang dikehendaki.

Mekanisme pembakaran normal pada motor bensin dimulai pada saat

terjadinya loncatan bunga api pada busi. Selanjutnya api membakar gas

yang berada di sekelilingnya dan terus menjalar ke seluruh bagian sampai

semua partikel gas terbakar habis. Pada saat gas bakar dikompresikan,

tekanan dan suhunya naik, sehingga terjadi reaksi kimia dimana molekul-molekul hidrokarbon terurai dan tergabung dengan oksigen dan udara.

Sebelum langkah kompresi berakhir terjadilah percikan api pada busi yang kemudian membakar gas tersebut. Dengan timbulnya energi panas, tekanan dan suhunya naik secara mendadak, maka torak terdorong

menuju titik mati bawah

Pembakaran tidak sempurna (tidak normal), adalah pembakaran dimana nyala api dari pembakaran ini tidak menyebar secara teratur dan merata sehingga menimbulkan masalah atau bahkan kerusakan pada bagian-bagian motor (Suyanto 1989 : 257). Pembakaran yang tidak sesuai dengan yang dikehendaki sehingga tekanan di dalam silinder tidak bisa dikontrol, sering disebut dengan autoignition. Autoignition adalah proses pembakaran dimana campuran bahan bakar tidak terbakar karena nyala api yang dihasilkan oleh busi melainkan oleh panas yang lain, misalnya panas akibat kompresi atau panas akibat arang yang membara dan sebagainya. Pembakaran tidak sempurna dapat mengakibatkan seperti knocking

(45)

dan pre-ignition yang memungkinkan timbulnya gangguan dan kesukaran-kesukaran dalam motor bensin (Suyanto 1989 : 259).

Loncatan bunga api terjadi sesaat torak mencapai titik mati atas (TMA) sewaktu langkah kompresi. Saat loncatan bunga api biasanya dinyatakan dalam derajat sudut engkol sebelum torak mencapai titik mati atas. Pada pembakaran sempurna setelah penyalaan dimulai, api menjalar dari busi dan menyebar ke seluruh arah dalam waktu yang sebanding, dengan 20 derajat sudut engkol atau lebih untuk membakar campuran sampai mencapai tekanan maximum. Kecepatan api umumnya kurang dari 10-30 m/detik. Panas pembakaran pada TMA diubah dalam bentuk kerja dengan efisiensi yang tinggi. Kelambatan waktu akan meurunkan efisiensi. Ini disebabkan rendahnya tekanan akibat pertambahan volume dan waktu penyebaran api yang terlalu lambat. Penyalaan yang terlalu cepat juga dapat menurunkan efisiensi sekalipun tekanannya tinggi akibat langkah kompresi. Jadi harus mempunyai waktu penyalaan yang pasti.

Gambar 2.4 p-v diagram waktu pengapian

Gambar 2.4 memperlihatkan waktu pengapian secara visual. Grafik 1-2-A-B-C adalah penyalaan yang terlambat dan grafik 1-A-B-B’-B-C adalah penyalaan yang terlalu cepat. Dalam hal terakhir tekanan dan suhu menjadi tinggi antara B dan B’, jadi kehilangan panas dan gesekan menjadi lebih besar dari biasanya.

(46)

2.6 Generator Set

Genset atau kepanjangan dari generator set adalah sebuah perangkat yang berfungsi menghasilkan daya listrik. Disebut sebagai generator set dengan pengertian adalah satu set peralatan gabungan dari dua perangkat berbeda yaitu engine dan generator atau alternator. Engine sebagai perangkat pemutar sedangkan generator atau alternator sebagai perangkat pembangkit listrik.

Engine dapat berupa perangkat mesin diesel berbahan bakar solar atau mesin berbahan bakar bensin, sedangkan generator atau alternator merupakan kumparan atau gulungan tembaga yang terdiri dari stator ( kumparan statis ) dan rotor (kumparan berputar). Dalam ilmu fisikia yang sederhana dapat dijelaskan bahwa engine memutar rotor pada generator sehingga timbul medan magnet pada kumparan stator generator, medan magnit yang timbul pada stator dan berinteraksi dengan rotor yang berputar akan menghasilkan arus listrik sesuai hukum Lorentz.

Gambar 2.5 Generator Set

Arus listrik yang dihasilkan oleh generator akan memiliki perbedaan tegangan di antara kedua kutub generatornya sehingga apabila dihubungkan dengan beban akan menghasilkan daya listrik atau dalam rumusan fisika dapat ditulis :

P = V x I ... .(2.14) Dimana :

(47)

P = daya (Watt) V= Tegangan (Volt) I = Arus ( Ampere)

Generator set dapat dibedakan dari jenis mesin penggeraknya, dimana dikenal tipe-tipe mesin yaitu mesin diesel dan mesin non diesel /bensin. Mesin diesel dikenali dari bahan bakarnya berupa solar, sedangkan mesin non diesel berbahan bakar bensin premium.

Di pasaran, generatorset set dengan mesin non diesel atau berbahan bakar premium biasa diaplikasikan pada genset berkapasitas kecil atau dalam kapasitas maksimum 10.000 VA atau 10 kVA, sedangkan genset diesel berbahan bakar solar diaplikasikan pada genset berkapasitas > 10 kVA. Hal ini terkait dengan tenaga yang dihasilkan oleh mesin diesel lebih besar daripada mesin non diesel, dimana cara kerja pembakaran mesin diesel yang lebih sederhana yaitu tanpa busi, lebih hemat dalam pemeliharaan, lebih responsif dan bertenaga. Selain itu untuk aplikasi industri dimana bahan bakar diesel (solar) lebih murah daripada bensin (gasoline).

Dalam aplikasi dijumpai bahwa generator set terdiri dari generator set 1 phasa atau 3 phasa. Pengertian 1 phasa atau 3 phasa adalah merujuk pada kapasitas tegangan yang dihasilkan oleh generator set tersebut. Tegangan 1 phasa artinya tegangan yang dibentuk dari kutub L yang mengandung arus dengan kutub N yang tidak berarus, atau berarus No.l atau sering dikenal sebagai Arde atau Ground. Sedangkan tegangan 3 phase dibentuk dari dua kutub yang bertegangan. Genset tiga phase menghasilkan tiga kali kapasitas genset 1 phase. Pada sistem kelistrikan PLN, kapasitas 3 phase yang dihasilkan untuk aplikasi rumah tangga adalah 380 Volt, sedangkan kapasitas 1 phase adalah 220 Volt.

(48)

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknologi Mekanik Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitian dilaksanakan mulai dari bulan Juli sampai dengan September tahun 2014.

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Alat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain :

1. Mesin KAMA Diesel Engine Model YL170F

Mesin ini merupakan mesin diesel 4 langkah dengan pendinginan udara, menggunakan sistem injeksi bahan bakar langsung. Mesin ini masih menggunakan sistem mekanikal pump, dan tergolong mesin dengan konsumsi bahan bakar yang irit. Selain itu mesin ini juga memiliki getaran yang tidak terlalu tinggi.

(49)

Spesifikasi :

Cooling Method Air-cooled

Type Single cylinder, Vertical,

Fourstroke, Direct injection

Bore× Stroke(mm) 70*55

Displacement(mL) 211

Compression Ratio 20:1

Engine Speed 3000/3600

Rated Power (kW/rpm) 2.5/3000 2.8/3600 Max Power (kW/rpm) 3.4/3000 3.8/3600

Fuel light diesel oil

Fuel Tank Capacity (L) 2.5 Fuel Consumption Rate (g/kw.h) 285

Lub Oil Capacity 0.8

Lubricating Method Pressured and splashcombined Crankshaft Direction Clockwise from flywheel end Starting Method Recoil manual start or electric start Overall dimension (L×W×H) (mm) 420× 380× 470

Dry weight (kg) 3.1(recoil) 31 (electric)

2. Dinamo Generator Yamaha 1 kW

Dinamo Generator ini digunakan untuk dikopel dengan mesin KAMA Diesel Engine Model YL170F untuk mengetahui daya keluaran yang dapat dihasilkan.

(50)

Spesifikasi :

Type Brushless,self-exciting,2-poles,single phase

Insulation F

Rating Frequency (Hz) 50/60 Rating Voltage (V) 110-240 Rating (kVA) 0.8-1.1 Maximum Power (kVA) 0.9-1.2 Power factor (cos €) 1

DC Current 12V/8.3A

3. Multimeter SANWA CD800A

Multimeter SANWA CD800A digunakan untuk mengetahui tegangan dan kuat arus yang dihasilkan pada setiap pengujian.

Gambar 3.3 Multimeter SANWA C800A

Spesifikasi :

• 3-3/4 digit, 4000 hitungan.

• Dapat mengukur:

* DCV, range 400m/4/40/400/600V, resolusi 0,1 mV. * ACV, range 4/40/400/600V, resolusi 1 mV.

* DCA, range 40m/400mA, resolusi 0,01 mA. * ACA, range 40m/400mA, resolusi 0,01 mA.

(51)

* Capacitance: range 50n/500n/5µ/50µ/100µF, resolusi 0,01nF. * Frekuensi, range 5Hz - 100kHz.

* Duty cycle, range 20% - 80%.

• Continuity tester (10 - 120 ohm).

• Diode test, tegangan output 1,5V (open).

• Bandwidth 40 - 400Hz.

• Impedansi input 10M - 100M ohm untuk DCV & ACV.

• Auto range selection.

• Auto power off.

• Fuse protection.

4. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk menghitung batas waktu yang ditentukan dalam setiap pengujian. Dalam hal ini batas waktu yang ditetapkan adalah 5 menit pada setiap pengujian.

Gambar 3.4 Stopwatch

5. Gauge Pressure

Gauge Pressure digunakan untuk mengetahui tekanan LPG yang disuplai untuk menghidupkan mesin. Setiap variasi putaran mesin dan beban akan mempengaruhi tekanan gas LPG yang keluar dari tabung.

(52)

Gambar 3.5 Manomerter

6. Regulator Gas Tekanan Tinggi

Regulator gas tekanan tinggi digunakan untuk mengatur suplai gas dari tabung LPG ke mesin. Regulator gas tekanan tinggi ini juga dapat digunakan untuk mengatur putaran pada mesin dengan menaikkan atau menurunkan laju aliran gas.

Gambar 3.6 Regulator Gas Tekanan Tinggi

7. Intake Manifold

Intake Manifold atau yang biasa disebut dengan leher angsa digunakan untuk menghubungkan cylinder head dengan katup udara yang

(53)

menyuplai udara luar ke mesin dan tempat masuknya bahan bakar LPG dari tabung.

Gambar 3.7 Intake Manifold 8. Ignition Coil

Ignition Coil berfungsi untuk merubah arus listrik 12V yang diterima dari baterai menjadi tegangan tinggi ( 10 KV atau lebih ) untuk menghasilkan loncatan bunga api yang kuat pada celah busi.

Gambar 3.8 Ignition Coil

9. Busi

Fungsi busi adalah memercikkan api ke ruang bakar untuk menyalakan campuran bahan bakar dan udara.

(54)

Gambar 3.9 Busi

10.Selang SMC Tekanan Tinggi

Selang SMC digunakan untuk mengubungkan regulator, manometer dan karburator. Selang yang digunakan adalah selang plastik polyurethane tekanan tinggi dan tahan panas, dengan ukuran 12x8 mm.

11.Universal Joint

Universal joint berfungsi untuk menghubungkan daya dan putaran dari mesin ke generator. Penggunaan universal joint dapat mengurangi getaran dan rugi-rugi daya dan putaran antara mesin dan generator. Universal joint bisa digunakan pada titik poros yang tidak center dan simetris.

(55)

12.Crank Angle Signal

Crank angel signal berfungsi sebagai signal untuk menentukan pada titik mana terjadi pembakaran. Penentuan titik crank angel signal harus diletakkan pada saat titik mati atas (TMA). Apabila terlambat dan terlalu cepat, maka mesin hasil akan memgalami detonasi (knocking).

Gambar 3.11 Crank Angle Signal

13.Tangki Bahan Bakar

Untuk mempermudah pengisian, penghitungan konsumsi bahan bakar dan penggantian bahan bakar maka tangki bahan bakar dibuat dari botol minuman bekas yang telah dikalibrasi terlebih dahulu.

(56)

14.Rangkaian Lampu

Rangkaian lampu berfungsi sebagai beban generator, untuk mengetahui daya keluaran dari mesin.

Gambar 3.13 Rangkaian Lampu

15.Flow Meter

Flow Meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur debit dan laju aliran LPG yang disuplai dari tabung gas ke ruang bakar melalui intake manifold.

(57)

16.Katup Udara

Katup udara digunakan untuk menyuplai udara bersih dari luar ke ruang bakar. Katup udara juga digunakan untuk mengatur jumlah udara yang disuplai dengan menggunakan sistem seperti kran air.

Gambar 3.15 Katup Udara

3.2 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar solar dan LPG produksi Pertamina.

(58)

3.3 Metode Pengumpulan Data

Metode pengumpulan data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi:

a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengujian dengan pembacaan pada unit instrumentasi serta alat ukur pada masing-masing pengujian.

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari hasil penelitian karakteristik bahan bakar biosolar dan LPG yang diperoleh dari berbagai sumber yang ada.

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam rumus empiris, kemudian data dari perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik.

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian

Parameter yang akan ditinjau dalam pengujian ini adalah : 1. Daya ( P )

2. Torsi ( T )

3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Efisiensi thermal (�_�)

Adapun prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu : 1. Pengujian mesin diesel menggunakan bahan bakar solar.

2. Modifikasi mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar LPG dengan merubah sitem pengapian dan sistem penyuplai bahan bakar.

3. Pengujian mesin berbahan bakar LPG menggunakan sistem injeksi gas.

(59)

3.6 Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar

Tujuan pengujian ini untuk mendapatkan performansi mesin diesel. Pengujian ini dilakukan dengan 6 variasi putaran yaitu 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400 revolution per minute. Untuk mengetahui kuat arus yang mengalir, dilakukan pembebanan 400 dan 800 Watt.

Pengujian mesin diesel berbahan bakar solar dibagi atas 2 pengujian yaitu pengujian mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt dan pengujian mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt.

a. Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar dengan Beban 400 Watt 1. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar kunci kontak ke arah

ON, lalu tekan tombol starter kemudian mesin dipanaskan selama 3 menit.

2. Memulai pengujian dengan putaran awal 2400 rpm, tetapi untuk pemancingan pertama, agar dinamo menghasilkan daya, putaran mesin dinaikkan hingga 3200 rpm. Lalu diturunkan kembali ke putaran 2400 rpm.

3. Menghidupkan rangkaian lampu dengan beban 400 Watt. 4. Mengisi tangki bahan bakar hingga batas yang ditentukan.

5. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.

6. Mengukur tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.

7. Mengukur temperatur pada intake manifold, jacket engine dan exhaust. 8. Mencatat data kuat arus, tegangan, dan temperatur pada kertas data. 9. Mematikan mesin dengan cara memutar kunci kontak ke arah Off

setelah 5 menit pengujian.

10.Mencatat bahan bakar yang habis selama pengujian melalui pembacaan buret.

(60)

11.Pengujian diatas diulang sekali lagi untuk mendapatkan ketelitian yang lebih akurat.

12.Mengulang pengujian untuk variasi putaran 2600, 2800, 3000, 3200 dan 3400.

b. Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar dengan Beban 800 Watt 1. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar kunci kontak ke arah

ON, lalu tekan tombol starter kemudian mesin dipanaskan selama 3 menit.

3. Menghidupkan rangkaian lampu dengan beban 800 Watt. 4. Mengisi tangki bahan bakar hingga batas yang ditentukan.

5. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.

6. Mengukur tegangan dan kuat arus menggunakan multi meter.

setelah 5 menit pengujian.

10.Mencatat bahan bakar yang habis selama pengujian melalui pembacaan buret.

11.Pengujian diatas diulang sekali lagi untuk mendapatkan ketelitian yang lebih akurat.

12.Mengulang pengujian untuk variasi putaran 2600, 2800, 3000, 3200 dan 3400.

(61)

3.7 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi Berbahan Bakar LPG Adapun prosedur modifikasi antara lain

• Modifikasi cylinder head

Gambar 3. 17 Pandangan atas cylinder head

Gambar 3.18 Pandangan bawah cylinder head Keterangan gambar:

(62)

1. Lubang peleatakan nozzle 2. Batang klep intake

3. Cylinder head 4. Batang klep exhaust 5. Lubang governor valve 6. Intake Manifold

7. Katup Masuk 8. Lubang Nozel 9. Katub Buang 10.Exhaust

Gambar 3.19 Pandangan atas cylinder head setelah modifikasi

Gambar 3.20 Pandangan bawah cylinder head setelah modifikasi

(63)

Gambar 3.21 Pemasangan crank angle signal

• Pemasangan Gauge Pressure diantara gas mixer dan tabung LPG

Gambar 3.22 Pemasangan manometer

• Pemasangan regulator tekanan tinggi dan menghubungkannya dengan Gauge Pressure

• Pemasangan Tachometer untuk mengetahui putaran mesin dengan menghubungkannya ke crank angle signal

(64)

• Pemasangan ignition coil dengan menghubungkan sistem suplay daya dari arus batray setelah melalui ignition switch dan kabel yang lain ke massa batray. Kabel yang satu lagiu dihubungkan ke crank angle signal untuk menentukan titik pengapian pada saat titik mati atas (TMA).

• Pemasangan dinamo generator

Gambar 3.23 Pemasangan dinamo generator

• Pemasangan universal joint untuk menghubungkan daya dan putaran dari mesin ke dinamo generator

(65)

• Pemasangan panel unit dari dinamo generator, panel ini digunakan untuk menghubungkan generator ke rangkaian listrik

Gambar 3.25 Pemasangan panel unit

• Proses modifikasi telah selesai, mesin diesel berbahan bakar LPG siap untuk digunakan.

(66)

3.8 Pengujian Mesin Diesel Modifikasi Berbahan Bakar LPG

Tujuan pengujian ini untuk mendapatkan performansi mesin diesel berbahan bakar LPG. Pengujian ini dilakukan dengan 6 variasi putaran yaitu 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, 3400 revolution per minute. Untuk mengetahui kuat arus yang mengalir, dilakukan pembebanan 400 dan 800 Watt.

Pengujian mesin diesel berbahan bakar LPG dibagi atas 2 pengujian yaitu pengujian mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt dan pengujian mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt.

a. Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG dengan Beban 400 Watt 1. Menghubungkan selang dari regulator tekanan tinggi dari tabung LPG

ke Flow Meter.

2. Menghubungkan selang dari Flow Meter ke manometer, lalu dihubungkan ke nozzle pada Intake Manifold.

3. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar kunci kontak ke arah ON, lalu tekan tombol starter.

4. Membuka aliran gas dari Tangki LPG dan membuka aliran udara dari katup udara, lalu sesuaikan akselarasinya dengan cara memutar regulator dan katup udara, kemudian memanaskan mesin selama 3 menit.

5. Menghidupkan lampu dengan beban 400 Watt.

6. Memulai pengujian dengan putaran awal 2400 rpm, tetapi untuk pemancingan pertama, agar dinamo menghasilkan daya, putaran mesin dinaikkan hingga 3200 rpm. Lalu diturunkan kembali ke putaran 2400 rpm.

7. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.

(67)

9. Mengukur Laju aliran gas dengan melihat angka yang ditampilkan oleh Flow Meter.

10. Mengukur temperatur pada intake manifold, jacket engine dan exhaust 11. Mencatat data tekanan dari pembacaan manometer, laju aliran gas dari

Flow Meter, kuat arus, tegangan, dan temperatur pada kertas data. 12. Pengujian diatas dilakukan sekali lagi untuk mendapatkan hasil yang

lebih akurat.

13. Setelah selesai, ulangi pengujian untuk putaran mesin 2600, 2800, 3000, 3200 dan 3400 rpm.

b. Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG dengan beban 800 Watt 1. Menghubungkan selang dari regulator tekanan tinggi dari tabung LPG

ke Flow Meter.

2. Menghubungkan selang dari Flow Meter ke manometer, lalu dihubungkan ke nozzle pada Intake Manifold.

3. Mengoperasikan mesin dengan cara memutar kunci kontak ke arah ON, lalu tekan tombol starter.

4. Membuka aliran gas dari Tangki LPG dan membuka aliran udara dari katup udara, lalu sesuaikan akselarasinya dengan cara memutar regulator dan katup udara, kemudian memanaskan mesin selama 3 menit.

5. Menghidupkan lampu dengan beban 800 Watt.

7. Menyalakan stopwatch dan menghitung waktu pengujian sampai 5 menit.

(68)

15. Mengukur Laju aliran gas dengan melihat angka yang ditampilkan oleh Flow Meter.

16. Mengukur temperatur pada intake manifold, jacket engine dan exhaust 17. Mencatat data tekanan dari pembacaan manometer, laju aliran gas dari

Flow Meter, kuat arus, tegangan, dan temperatur pada kertas data. 18. Pengujian diatas dilakukan sekali lagi untuk mendapatkan hasil yang

lebih akurat.

19. Setelah selesai, ulangi pengujian untuk putaran mesin 2600, 2800, 3000, 3200 dan 3400 rpm.

(69)

3.9 Diagram Alir Penelitian

Mulai

Studi Literatur

Pengambilan Data Awal

PENGUJIAN MESIN DIESEL SOLAR

1. Menentukan nilai putaran mesin

2. Mencatat konsumsi bahan bakar, kuat arus dan tegangan

3. Mengulangi percobaan dari putaran putaran mesin 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, dan 3400

Mengulangi Pengujian dengan beban 400 Watt, beban 800 Watt

Mengolah dan menganalisa data hasil pengujian

Mengulangi Pengujian dengan beban 400 Watt, beban 800 Watt

Selesai

PENGUJIAN MESIN DIESEL LPG

1. Menentukan nilai putaran mesin

2. Mencatat laju aliran dan tekanan gas, kuat arus, dan tegangan.

3. Mengulangi percobaan dari putaran putaran mesin 2400, 2600, 2800, 3000, 3200, dan 3400

(70)

BAB IV

HASIL DAN ANALISA DATA

4.1 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan oleh mesin menggunakan bahan bakar solar dan LPG pada saat pengujian diperoleh dari hasil perkalian tegangan yang dihasilkan dengan besar kuat arus yang diukur dengan menggunakan multitester. Untuk mengetahui besar kuat arus yang mengalir digunakan variasi beban yaitu 400 Watt dan 800 Watt. Namun untuk memperoleh torsi daya dalam perhitungan yang digunakan adalah daya hasil perkalian tegangan dan kuat arus yang dihasilkan, bukan daya yang ditetapkan sebagai beban yaitu 400 dan 800 Watt.

P = V x I Dimana :

P = Daya (Watt) V = Tegangan (Volt) I = Kuat Arus (Ampere)

4.1.1 Daya Yang Dihasilkan Mesin Pada Bahan Bakar Solar

Dalam hal ini perhitungan daya akan dibagi menjadi dua yaitu pada beban 400 Watt dan 800 Watt. Variasi putaran yang digunakan yaitu 2400 rpm, 2600 rpm, 2800 rpm, 3000 rpm, 3200 rpm dan 3400 rpm.

Untuk beban 400 Watt N = 2400 rpm

P = V x I

= 125,6 x 1,17 = 146,95 Watt

(1)

Gambar 4.26 Kondisi Awal cylinder head Sebelum Digunakan Dalam Pengujian

Blok silinder dan cylinder head sebelum diuji dibersihkan dari kerak hitam hasil pembakaran sebelumnya. Hal ini digunakan untuk melihat perbandingan yang terjadi antara penggunaan bahan bakar solar murni dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar LPG.

Gambar 4.27 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar

(2)

Gambar 4.28 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni

Dari gambar 4.27 diatas kita dapat melihat dipermukaan kepala piston sudah ditutupi oleh kerak hitam sisa pembakaran. Kerak hitam yang hampir menutupi seluruh permukaan ini pertanda bahwa pembakaran yang terjadi kurang bagus dan menghasilkan sisa kerak yang banyak. Hal ini diakibatkan pengabutan bahan bakar yang kurang sempurna dari nozel. Mengakibatkan hasil gas buang dari mesin diesel hitam.

Sedangkan pada Gambar 4.28 dapat dilihat pada cylinder head terdapat kerak hitam tidak diseluruh permukaannya. Hal ini diakibatkan oleh pengabutan nozel tidak menyeluruh ke semua bagian cylinder. Selain itu, pengaruh dari solar yang belum begitu murni, mengakibatkan sisa pembakaran hitam. Pengujian terhadap mesin diesel menggunakan bahan bakar solar ini dilakukan selama 30 menit untuk mengetahui hasil pembakarannya.

(3)

Gambar 4.29 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG

Pada Gambar 4.29 dapat kita perhatikan permukaan kepala piston hampir tidak ada kerak hitam sisa pembakaran. Hal ini diakibatkan bahan bakar yang tidak menghasilkan sisa pembakaran yang kotor. Hasil pembakaran LPG lebih ramah lingkungan dibandingkan dengan hasil pembakaran solar murni. Gas LPG terbakar sempurna saat pembakaran di blok silinder terjadi.

Gambar 4.30 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG

(4)

Dari Gambar 4.30 dapat kita lihat juga bahwa hampir tidak ada kerak sisa hasil pembakaran menempel di cylinder head. Ini menunjukkan bahwa penggunaan bahan bakar LPG pada mesin diesel lebih ramah lingkungan dan membuat mesin lebih bersih dibandingkan dengan penggunaan bahan bakar solar murni.

(5)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari pengujian ini adalah sebagai berikut :

1. Pembakaran yang lebih sempurna terjadi saat menggunakan bahan bakar LPG. Hal ini dapat dilihat secara visual pada kerak hitam yang menempel pada permukaan kepala piston dan cylinder head sisa pembakaran di ruang bakar. Pada penggunaan bahan bakar LPG hampir tidak ada kerak sisa hasil pembakaran

2. Daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 2400 rpm sebesar 146,952 Watt. Sedangkan daya tertinggi terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 800 Watt pada putaran mesin 3400 rpm sebesar 761,37 Watt.

3. Torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 2400 rpm sebesar 0,585 Nm. Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan bahan bakar solar murni dengan beban tetap 800 Watt pada putaran mesin 3200 rpm sebesar 2.22 Nm.

4. Tekanan efektif rata-rata terendah mesin terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 2400 rpm sebesar 34,82 kPa. Sedangkan tekanan efektif rata-rata tertinggi terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 800 Watt pada putaran mesin 3200 rpm sebesar 127,326 kPa.

5. Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan bahan bakar solar murni dengan beban tetap 800 Watt pada putaran mesin 2400 rpm sebesar 325,95 gr/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 3400 rpm sebesar 2139,338 gr/kW.h.

(6)

6. Rasio udara bahan bakar (AFR) pada tiap jenis bahan bakar yang terjadi adalah AFR terendah terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar LPG dengan beban tetap 800 Watt pada putaran mesin 3200 rpm sebesar 16.13. Sedangkan AFR tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan bahan bakar solar murni dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 2800 rpm sebesar 57,75. Besar nilai AFR yang dihasilkan tiap bahan bakar tergantung dari besar laju aliran bahan bakar pada mesin sehingga semakin boros mesin maka AFR semakin rendah.

7. Efisiensi thermal brake terendah terjadi pada pengujian dengan bahan bakar LPG dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 2400 rpm yaitu sebesar 1,52 %. Sedangkan efisiensi thermal brake tertinggi terjadi pada pengujian dengan bahan bakar solar murni dengan beban tetap 400 Watt pada putaran mesin 3400 rpm yaitu sebesar 14,63%.

5.2 Saran

1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya dilakukan kalibrasi dan perbaikan instrumentasi dan alat ukur yang digunakan.

2. Melakukan penelitian lebih lanjut dengan meneliti kadar emisi gas buang yang dihasilkan dan pengaruhnya terhadap lingkungan.

3. Mengingat bahan bakar yang digunakan adalah berupa gas LPG maka perlu diperhatikan instalasi peletakan tabung gas LPG dan regulator agar aman berada di dekat mesin ketika mesin beroperasi.

4. Melakukan penelitian lebih lanjut menggunakan converter kit yang lebih khusus untuk fluida kompersibel agar didapatkan aliran gas yang tepat seiring dengan performansi mesin yang optimal.

Uji Performansi Mesin Diesel Berbahan Bakar Lpg Dengan Modifikasi Sistem Pembakaran Dan Menggunakan Konverter Kit Sederhana