Pengujian Pengaruh Besar Medan Magnet dan Katalitik Konverter Pada Saluran Buang Terhadap Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder

PENGUJIAN PENGARUH BESAR MEDAN MAGNET DAN

KATALITIK KONVERTER PADA SALURAN BUANG

TERHADAP PERFORMANSI MESIN DIESEL STASIONER

SATU SILINDER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

KAPRIANTO B P MANULLANG (100401026)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

ABSTRAK

Dunia saat ini mengalami perkembangan yang sangat cepat. Perkembangan itu terlihat jelas dari segi pertambahan jumlah penduduk yang ditandai juga dengan perkembangan infrastruktur. Perkembangan mengakibatkan kebutuhan bahan bakar sebagi sumber energi meningkat, yang membuat permasalah baru akan kelangkaan bahan bakar minyak terjadi. Permasalahan akan kelangkaann ini mendorong untuk dilakukannya berbagai penelitian untuk menciptakan alat penghemat bahan bakar. Penelitian yang telah dilakukan menghasilkan berbagai alat yang diklaim mampu menghemat konsumsi bahan bakar, diantaranya adalah magnet penghemat bahan bakar dan katalitik konverter. Berdasarkan pemikiran itu maka dilakukan pengujian pada mesin diesel stasioner satu silinder dengan menggunakan kombinasi pemakaian magnet dan katalitik konverter. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemakaian variasi besar medan magnet dan katalitik konverter terhadap performansi mesin diesel dan pengaruhnya terhadap penghematan bahan bakar yang terjadi. Daya tertinggi mesin diperoleh 3,892kW, AFR tertinggi mesin diperoleh 51,96, SFC terendah mesin diperoleh 96 dan Efisiensi Termal tertinggi mesin diperoleh 20,945 %

Kata kunci : Magnet penghemat Bahan Bakar, Katalitik Konverter, Mesin Diesel, Performansi Mesin Diesel.

Abstract

The world is currently experiencing rapid growth. The development was evident in terms of the number of people who marked also by the development of infrastructure. The development resulted in the need for fuel as a source of energy increases, which makes the new problems will be scarcity of fuel occurs. Problems of shortages fuel will encouraged to undertake various research to create a fuel-saving device. Research that has been done, resulting in a wide range of tools that claimed to save fuel consumption, such as magnetic fuel saver and catalytic converters. Based on the premise that the testing done on stationary single-cylinder diesel engine by using a combination of magnetic and catalytic converters use. The purpose of this study was to determine the effect of the use of large variations in the magnetic field and catalytic converters for diesel engine performance and its impact on fuel economy occurs . The highest power obtained 3,892kW engines , engines highest AFR obtained 51.96 , the lowest SFC obtained engine 96 and the highest thermal efficiency of 20,945 % was obtained engine.

Keywords:Magnetic Fuel saver, Catalytic converter, Diesel Engine, Diesel Engine Performance.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kesehatan, dan kasih karuniaNya yang diberikan 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 “Pengujian Pengaruh Besar Medan Magnet dan Katalitik Konverter Pada Saluran Buang Terhadap Performansi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder”.

Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis. Penulis telah berupaya keras dengan segala kemampuan dan penyajian, 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. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan dan bimbingan kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU.

4. Kedua orang tua penulis, Ayahanda D. Simanullang, S.Pd dan Ibunda S. br Samosir, yang telah memberikan dukungan, doa, kasih sayang, semangat yang sangat luar biasa.

5. Bang Atin dan Bang Andre, Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.

6. Oppung boru K. Pasaribu yang selalu mendoakan penulis dan mengingatkan penulis, semua uda ,bou rina, amang boru yang sudah menjadi sahabat sejati, serta semua keluarga.

7. Saudaraku yang tercinta, Evi Sara H. br. Manullang, Davit H. Manullang, Cornelius J. Goklas Manullang untuk doa-doa, semangat dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini.

8. Sesilia Gloria Simarmata, ST yang menjadi seorang wanita tangguh yang menemani penulis menyelesaikan kuliah dan selalu menjadi inspirasi serta pemberi semangat dan doa dalam keseharian penulis.

9. Bang Frans Manuel Sitompul, ST , bang Hisar Fransco Sidauruk, ST , Kak Anggie Yosephine Sinaga, SH dan Adek Naburju Christina Sondang P Silalahi, Sked (adek naburju yang menemani ku memulai semua ini )

10. Nugraha Munthe alias lae Joker yang menjadi parter penulis dalam kegalauan skripsi serta Kevin YAP, Andre Bob sebagai sahabat setia berdiskusi di lab.

11. Seluruh teman-teman penulis, khususnya angkatan 2010 dan adek-adek 2011, 2012 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

12. Para Pastor, Suster serta teman-teman Pemuda Katolik yang mendoakan penulis. 13. Abang, kakak, teman, dan adek-adek di KMK Albertus Magnus USU terkhusus di

KMK St. Yoseph Engneering Fakultas Teknik USU.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang.

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.

Medan, 22 Desember 2014 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR NOTASI ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Manfaat Pengujian ... 3

1.5 Metodologi Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon ... 5

2.2 Bahan Bakar Diesel ... 5

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Diesel (Solar) ... 6

2.4 Magnet ... 9

2.4.1 Asal Kemagnetan . ... 9

2.4.2 Medan Magnet ... 10

2.4.3 Magnetic Flux Density ... 12

2.4.4 Sifat Kemagnetan Bahan ... 12

2.5 Efek Magnetisasi PadaBahan Bakar Solar ... 13

2.5.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar ... 14

2.6 Catalytic Converter ... 15

2.6.1 Tipe-tipe KatalitikKonverter ... 16

2.6.2 Fungsi Lain Dari Katalitik Konverter ... 18

2.6.2.1 Sound Absorption Muffler/Silencer ... 18

2.6.2.2 Sound Cancelation Muffler/Silencer ... 19

2.7 Mesin Diesel ... 20

2.7.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 21

2.7.2 Bentuk Ruang Bakar Mesin Diesel ... 23

2.7.2.1 Keuntungan dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Langsung (Direct Combustion Chamber) ... 23

2.7.2.2 Keuntungan dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Tambahan (Auxiliary Combustion Chamber) ... 24

2.7.3 Performansi Motor Bakar ... 26

2.7.3.1 Torsi . ... 26

2.7.3.2 Daya Poros... 26

2.7.3.3 Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) ... 27

2.7.3.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ... 28

2.7.3.5 Efisiensi Thermal... 28

2.7.3.6 Efisiensi Volumetris ... 29

2.8 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 29

BAB III METODOLOGI PENELITIAN DAN PENGOLAHAN DATA ... 32

3.1 Metodologi Pengujian ... 32

3.2 Waktu dan Tempat ... 32

3.3 Alat dan Bahan ... 32

3.3.1 Alat ... 32

3.3.2 Bahan ... 35

3.4 Metode Pengumpulan Data ... 37

3.5 Metode Pengolahan Data ... 38

3.6 Variasi Pengujian ... 38

3.8 Prosedur Pengujian ... 39

3.8.1 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ... 39

3.8.2 Prosedur Pengujian Nilai Gauss Magnet ... 41

3.8.3 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ... 42

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN ... 44

4.1 Hasil Pengujian Diesel Satu Silinder Tecquipment TD 111 ... 44

4.1.1 Hasil Pengujian Tanpa Magnet dan Katalitik Konverter ... 45

4.1.2 Hasil Pengujian Magnet 1 dan Katalitik Konverter ... 46

4.1.3 Hasil Pengujian Magnet 2 dan Katalitik Konverter ... 47

4.1.4 Hasil Pengujian Magnet 3 dan Katalitik Konverter ... 48

4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 49

4.3 Daya ... 51

4.4 Air Fuel Ratio (AFR) ... 58

4.5 Efisiensi Volumetris ... 67

4.6 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Spesific Fuel Consumption / SFC) ... 73

4.7 Efisiensi Termal ... 79

4.8 Perbandingan Konsumsi Bahan Bakar Tanpa Menggunakan Magnet dan Katalitik Konverter Terhadap Menggunakan Magnet dan Katalitik Konverter ... 86

BAB V Kesimpulan dan Saran ... 89

5.1 Kesimpulan ... 89

5.2 Saran ... 90

DAFTAR PUSTAKA ... xiv LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Penyulingan Minyak ... 5

Gambar 2.2 Kutub-kutub Magnet ... 9

Gambar 2.3 Garis-garis Gaya Magnet ... 10

Gambar 2.4 Formasi Serbuk Besi Yang Dipengaruhi Medan Magnet ... 11

Gambar 2.5 Mekanisme Kerja Magnet ... 15

Gambar 2.6 Catalitic Converter ... 16

Gambar 2.7 Sound Absorption Muffler/Silencer ... 19

Gambar 2.8 Sound Cancelation Muffler/Silencer ... 19

Gambar 2.9 Muffler Yang merupakan kombinasi dari tipe Absorption dan Cancelation ... 20

Gambar 2.10 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 22

Gambar 3.1 Tecquipment TD111 ... 33

Gambar 3.2 Katalitik Konverter ... 34

Gambar 3.3 IC Engine Instrumentation TD 114 ... 34

Gambar 3.4 Bahan Bakar Solar ... 35

Gambar 3.5 Magnet 1 ... 35

Gambar 3.6 Magnet 2 ... 36

Gambar 3.7 Magnet 3 ... 37

Gambar 3.8 Pengujian Bom Kalorimeter ... 41

Gambar 3.9 Gauss Meter ... 42

Gambar 3.10 Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin ... 43

Gambar 4.1 Bahan Bakar yang dicari nilai kalornya... 49

Gambar 4.2 Grafik Daya vs Putaran Mesin dengan beban 3,5 kg... 53

Gambar 4.4 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 1 (3,5

kg) ... 54

Gambar 4.5 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 1 (4,5 kg) ... 54

Gambar 4.6 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 2 (3,5 kg) ... 55

Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 2 (4,5 kg) ... 56

Gambar 4.8 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 3 (3,5 kg) ... 57

Gambar 4.9 Grafik Perbandingan Daya vs Putaran tanpa magnet dan magnet 3 (4,5 kg) ... 57

Gambar 4.10 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ... 59

Gambar 4.11 Grafik AFR vs Putaran Mesin dengan beban 3,5 kg ... 62

Gambar 4.12 Grafik AFR vs Putaran Mesin dengan beban 4,5 kg ... 62

Gambar 4.13 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 1 (3,5 kg) ... 63

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 1 (4,5 kg) ... 63

Gambar 4.15 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 2 (3,5 kg) ... 64

Gambar 4.16 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 2 (4,5 kg) ... 64

Gambar 4.17 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 3 (3,5 kg) ... 65

Gambar 4.18 Grafik Perbandingan AFR vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 3 (4,5 kg) ... 66

Gambar 4.20 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran Mesin dengan beban 4,5 kg.. 69 Gambar 4.21 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 1 (3,5 kg) ... 70 Gambar 4.22 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 1 (4,5 kg) ... 70 Gambar 4.23 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 2 (3,5 kg) ... 71 Gambar 4.24 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 2 (4,5 kg) ... 71 Gambar 4.25 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 3 (3,5 kg) ... 72 Gambar 4.26 Grafik Perbandingan Efisiensi Volumetris vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 3 (4,5 kg) ... 72 Gambar 4.27 Grafik SFC vs Putaran Mesin dengan beban 3,5 kg ... 75 Gambar 4.28 Grafik SFC vs Putaran Mesin dengan beban 4,5 kg ... 75 Gambar 4.29 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 1 (3,5 kg) ... 76 Gambar 4.30 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 1 (4,5 kg) ... 76 Gambar 4.31 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 2 (3,5 kg) ... 77 Gambar 4.32 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 2 (4,5 kg) ... 77 Gambar 4.33 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 3 (3,5 kg) ... 78 Gambar 4.34 Grafik Perbandingan SFC vs Putaran Tanpa Magnet dan Magnet 3 (4,5 kg) ... 79 Gambar 4.35 Grafik Efisiensi Termal vs Putaran Mesin dengan beban 3,5 kg .... 82

Gambar 4.36 Grafik Efisiensi Termal vs Putaran Mesin dengan beban 4,5 kg .... 82 Gambar 4.37 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 1 (3,5 kg) ... 83 Gambar 4.38 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 1 (4,5 kg) ... 83 Gambar 4.39 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 2 (3,5 kg) ... 84 Gambar 4.40 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 2 (4,5 kg) ... 84 Gambar 4.41 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

Magnet 3 (3,5 kg) ... 85 Gambar 4.42 Grafik Perbandingan Efisiensi Termal vs Putaran Tanpa Magnet dan

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas

3675K/DJM/2006 ... 8

Tabel 4.1 Data hasil pengujian tanpa magnet dan katalitik konverter... 45

Tabel 4.2 Data hasil pengujian magnet 1 dan katalitik konverter ... 46

Tabel 4.3 Data hasil pengujian magnet 2 dan katalitik konverter ... 47

Tabel 4.4 Data hasil pengujian magnet 3 dan katalitik konverter ... 48

Tabel 4.5 Data hasil pengujian dan perhitungan nilai kalor bahan bakar solar pada bom kalorimeter ... 50

Tabel 4.6 Daya hasil perhitungan ... 52

Tabel 4.7 AFR hasil perhitungan ... 61

Tabel 4.8 Efisiensi Volumetris hasil perhitungan ... 68

Tabel 4.9 Konsumsi Bahan Bakar (SFC) hasil perhitungan ... 74

Tabel 4.10 Efisiensi Termal Hasil Perhitungan ... 81

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

PB Daya keluaran kW

HHV Nilai kalor atas kJ/kg

LHV Nilai kalor bawah kJ/kg

Ta Temperatur ambien oC

T1 Temperatur air pendingin sblm penyalaan oC

T2 Temperatur air pendingin stlh penyalaan oC

Te Temperatur gas buang oC

Tkp Kenaikan temperatur akibat kawat penyala oC

Cv Panas jenis bom kalorimeter kJ/kg oC

AFR Air Fuel Ratio

Pa Tekanan ambien kPa

Laju aliran massa udara kg/jam

Laju aliran bahan bakar kg/jam

N Putaran mesin rpm

Efisiensi termal %

Efisiensi volumetris %

Efisiensi Mekanis %

SFC Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h

tf Waktu menghabiskan bahan bakar sebanyak 56ml detik

T Torsi keluaran mesin N.m

Densitas udara kg/m3

Vs Volume langkah torak m3

ABSTRAK

Dunia saat ini mengalami perkembangan yang sangat cepat. Perkembangan itu terlihat jelas dari segi pertambahan jumlah penduduk yang ditandai juga dengan perkembangan infrastruktur. Perkembangan mengakibatkan kebutuhan bahan bakar sebagi sumber energi meningkat, yang membuat permasalah baru akan kelangkaan bahan bakar minyak terjadi. Permasalahan akan kelangkaann ini mendorong untuk dilakukannya berbagai penelitian untuk menciptakan alat penghemat bahan bakar. Penelitian yang telah dilakukan menghasilkan berbagai alat yang diklaim mampu menghemat konsumsi bahan bakar, diantaranya adalah magnet penghemat bahan bakar dan katalitik konverter. Berdasarkan pemikiran itu maka dilakukan pengujian pada mesin diesel stasioner satu silinder dengan menggunakan kombinasi pemakaian magnet dan katalitik konverter. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh pemakaian variasi besar medan magnet dan katalitik konverter terhadap performansi mesin diesel dan pengaruhnya terhadap penghematan bahan bakar yang terjadi. Daya tertinggi mesin diperoleh 3,892kW, AFR tertinggi mesin diperoleh 51,96, SFC terendah mesin diperoleh 96 dan Efisiensi Termal tertinggi mesin diperoleh 20,945 %

Kata kunci : Magnet penghemat Bahan Bakar, Katalitik Konverter, Mesin Diesel, Performansi Mesin Diesel.

Abstract

The world is currently experiencing rapid growth. The development was evident in terms of the number of people who marked also by the development of infrastructure. The development resulted in the need for fuel as a source of energy increases, which makes the new problems will be scarcity of fuel occurs. Problems of shortages fuel will encouraged to undertake various research to create a fuel-saving device. Research that has been done, resulting in a wide range of tools that claimed to save fuel consumption, such as magnetic fuel saver and catalytic converters. Based on the premise that the testing done on stationary single-cylinder diesel engine by using a combination of magnetic and catalytic converters use. The purpose of this study was to determine the effect of the use of large variations in the magnetic field and catalytic converters for diesel engine performance and its impact on fuel economy occurs . The highest power obtained 3,892kW engines , engines highest AFR obtained 51.96 , the lowest SFC obtained engine 96 and the highest thermal efficiency of 20,945 % was obtained engine.

Keywords:Magnetic Fuel saver, Catalytic converter, Diesel Engine, Diesel Engine Performance.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dunia saat ini mengalami perubahan yang sangat cepat. Baik itu dari segi perkembangan infrastruktur maupun dari segi pertumbuhan manusia. Pertumbuhan manusia Era globalisasi dimulai dengan bermunculannya berbagai teknologi.Kemajuan teknologi pun diiringi akan kebutuhan energi yang semakin meningkat. Minyak bumi merupakan sumber energi primer yang digunakan secara global, baik di dunia internasional maupun di Indonesia.

Peningkatan jumlah penduduk serta tingginya ketergantungan masyarakat Indonesia terhadap minyak bumi membuat masalah penyediaan minyak menjadi sangat kompleks. Penambahan jumlah penduduk berdampak pada peningkatan kebutuhan sarana transportasi dan aktivitas industri yang mengakibatkan terjadinya peningkatan kebutuhan bahan bakar minyak nasional. Peningkatan konsumsi bahan bakar ini membuat masalah yang sangat serius sekarang ini. Hal ini terlihat jelas akhir-akhir ini negara kita mengalami kelangkaan bahan bakar minyak, bahkan indonesia sudah menjadi negara importir minyak bumi yang berakibat terhadap naiknya harga bahan bakar serta turunnya daya beli masyarakat dan akhirnya mempengaruhi kesejahteraan masyarakat indonesia.

Krisis bahan bakar yang terjadi saat ini dengan sendirinya memaksa para akademisi serta ilmuawan mencari solusi dengan waktu yang sangat singkat, mengingat sumber bahan bakar minyak kita berasal dari fosil sudah sangat menipis. Beberapa upaya telah dilakukan dalam penelitian dan pengembangan pencarian sumber energi atau bahan bakar minyak alternatif, diantaranya adalah pemanfaatan minyak nabati sebagai pengganti bahan bakar dalam hal ini solar. Namun terdapat beberapa kekurangannya, apabila digunakan secara langsung akan menghasilkan senyawa yang dapat menyebabkan kerusakan mesin karena dapat membentuk deposit pada injektor. Disamping itu viskositas yang tinggi mengganggu proses pengabutan oleh pompa injektor sehingga hasil pengabutan tidak sempurna menjadi kabut melainkan tetesan bahan bakar yang sulit terbakar.

Pencarian alternatif lain tidak berhenti hanya pada minyak nabati, tetapi juga banyak usaha dilakukan seperti penambahan additif.Tetapi mengalami banyak kekurangan karena penambahan additif tersebut belum tentu tidak mempengaruhi struktur bahan bakar dan berakibat pada proses pembakaran di dalam ruang bakar yang kurang efisien. Karena itu usaha untuk menemukan solusi terhadap permasalahan bahan bakar ini masih terus dilakukan.

Penemuan yang didapat umumnya mengubah struktur bahan bakar, karena itu banyak perubahan yang dilakukan pada mesin guna menggunakan bahan bakar tersebut, hal ini tentunya tidak ekonomis sehingga perlu dilakukan upaya yang lain seperti menemukan cara menekan konsumsi bakan bakar tanpa menambah atau mengurangi struktur molekul yang ada pada bahan bakar bahkan bisa meningkatkan performansi mesin. Salah satunya adalah dengan menggunakan

proses “ionisasi magnet”. Biasanya pengujian Ionisasi magnet yang dilakukan hanya dengan menempatkan magnet saluran bahan bakar. Pengujian demi pengujian dilakukan untuk mendapatkan hasil yang paling efektif. Salah satunya adalah pada pengujian ini, dengan mengkombinasikan penggunaan ionisasi magnet dan katalitik konverter pada saluran buang mesin, serta menggunakan variasi besar medan magnet yang berbeda yakni 300 gauss, 1200 gauss dan 2500 gauss. Pengujian ini dilakukan pada mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111. Penggunaan magnet untuk menghemat bahan bakar diklaim bisa menghemat bahan bakar secara signifikan dan meningkatkan performansi mesin, karena itu perlunya dilakukan suatu penelitian untuk menguji dan menganalisis pengaruh medan magnet dan katalitik konverter terhadap performansi mesin.

1.2 Tujuan Pengujian

1. Mengetahui pengaruh penggunaan magnet dan katalitik konverter terhadap performansi mesin diesel stasioner satu silinder.

2. Membandingkan pengaruh besar medan magnet yang berbeda terhadap performansi yang dihasilkan pada mesin diesel stasioner satu silinder.

1.3 Batasan Masalah

1. Bahan bakar alternatif yang digunakan dalam pengujian adalah solar murni.

2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel adalah mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 pada Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

3. Performansi mesin yang dihitung adalah :

 Daya (Brake Power)

 Rasio Campuran Udara dan Bahan Bakar ( Air Flow Ratio / AFR )

 Efisiensi Volumetris ( Volumetric Efficiency)

 Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)

 Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)

4. Pengujian yang dilakukan tidak membahas reaksi kimia yang terjadi sebelum dan sesudah penggunaan magnet dan katalitik konverter pada mesin diesel stasioner satu silinder.

1.4 Manfaat Pengujian

1. Untuk menjawab tantangan global saat ini yaitu penggunaan alat penghemat bahan bakar dan peningkat prestasi mesin yang efisien.

2. Sebagai bahan perbandingan bagi mahasiswa lain yang tertarik untuk membahas hal yang sama dengan yang dilakukan penulis.

3. Sebagai wadah penulis dalam mengaplikasikan ilmu yang di peroleh selama di bangku perkuliahan.

1.5 Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian 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 prestasi mesin fakultas teknik.

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

1.6Sistematika 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 bahan bakar, magnet, katalitik konverter, mesin diesel dan pembakaran mesin Diesel, persamaan persamaan yang digunakan.

 Bab III : Metodologi Penelitian

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

 Bab IV : Hasil dan Analisa Pengujian

Bab ini membahas tentang hasil data yang diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan penganalisaan dengan memarpakan kedalam 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.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bahan Bakar Hidrokarbon

Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa terbakar dan bisa diubah menjadi energi. Bahan bakar hidrokarbon adalah bahan bakar yang didominasi oleh susunan unsur Hidrogen dan Karbon. Pada proses pembakaran terbuka, umumnya bahan bakar yang digunakan tersususun dari bahan hidrokarbon seperti solar dan kerosin yang di peroleh dari hasil proses penyulingan minyak bumi atau minyak mentah ( Gambar 2.1 ).

Gambar 2.1 Penyulingan Minyak

(Sumber : http://id.wikipedia.org/wiki/Kilang_minyak)

2.2 Bahan Bakar Diesel

Bahan bakar diesel yang sering disebut solar (light oil) merupakan suatu campuran hidrokarbon yang diperoleh dari penyulingan minyak mentah pada temperatur 200 oC–340 oC.Minyak solar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel.

Minyak solar ini digunkan untuk bahan bakar mesin “Compression Ignition” (udara yang dikompresi menimbulkan tekanan dan panas yang tinggi

sehingga membakar solar yang disemprotkan oleh injektor). Indonesia menetapkan solar dalam peraturan Ditjen Migas No. 3675K/24/DJM/2006.

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Diesel (Solar)

Dapat menyala dan terbakar sesuai dengan kondisi ruang bakar adalah syarat umum yang harus dipenuhi oleh suatu bahan bakar. Minyak solar sebagai bahan bakar memiliki karakteristik yang dipengaruhi oleh banyak sifat-sifat seperti Cetane Number (CN), penguapan (volality), residu karbon, viskositas, belerang, abu dan endapan, titik nyala, titik tuang, sifat korosi, mutu nyala.

a. Cetane Number (CN)

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 naphthalene. Cetana mempunyai mutu penyalaaan yang sangat baik dan 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. Angka CN yang tinggi menunjukkan bahwa minyak soloar dapat menyala pada temperatur yang relatif rendah dan sebaliknya angka CN yang rendah menunjukkan minyak solar baru dapat menyala pada temperatur yang relatif tinggi.

b. 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.

c. Residu karbon

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

d. 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.

e. Belerang atau Sulfur

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 %.

f. Kandungan abu dan endapan

Kandungan 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%.

g. 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.

h. Titik Tuang

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

i. Sifat korosif

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

j. 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.

Minyak solar yang dihasilkan harus memiliki standar dan mutu (spesifikasi) yang memenuhi persyaratan yang bisa dilihat dalam tabel 2.1 di bawah ini :

Tabel 2.1 Spesifikasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen Migas 3675K/DJM/2006

No Karakteristik Unit Batasan Metode Uji ASTM/lain

MIN MAX ASTM IP

1 Angka Setana 45 - D-613

2 Indeks Stana 48 - D4737

3 Berat Jenis pada 15oC Kg/m3 815 870 D-1298 / D-4737 4 Viskositas pada 40oC Mm2/sec 2.0 5.0 D-445

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 Grouth - Nihil

12 Kandungan FAME %v/v - 10

13 Kandungan Metanol &

Etanol %v/v Tak Terdeteksi 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 - - D-2276 20 Penampilan Visual - Jernih dan Terang

21 Warna No.ASTM - 3.0 D-1500

2.4 Magnet

2.4.1 Asal Kemagnetan

Kata magnet berasal dari bahasa Yunani yaitu magnes atau magnetis lithos

yang berarti batu dari magnesia. Magnet merupakan benda yang dapat menarik benda-benda lain di sekitarnya seperti besi, baja, dan kobalt. Kemagnetan adalah suatu penomena material yang memperlihatkan suatu pengaruh gaya tarik atau gaya tolak terhadap material lain. Gaya bekerja pada sustu jarak tertentu dan dapat dianalisis dalam bentuk medan magnet. Seluruh material yang mempunyai sifat magnet seperti besi, nikel, dan kobalt, mempunyai kutub utara (N, north) dan kutub selatan (S, south). Kutub yang sejenis akan tolak-menolak dan kutub yang tidak sejenis akan tarik menarik. Gambar 2.2 berikut memperlihatkan peristiwa ini.

Gambar 2.2 Kutub-kutub magnet

(Sumber : http://sistimlistrikaliranatas.blogspot.com/2013/01/medan-magnet.html)

Sifat kemagnetan suatu bahan ditentukan oleh spin elektron dan gerak elektron mengelilingi inti. Spin elektron membentuk momen magnetik yang merupakan magnet-magnet kecil (magnet elementer). Spin elektron tersebut berpasangan dan tidak menimbulkan sifat kemagnetan, karena arah spinnya berlawanan sehingga saling meniadakan. Spin elektron yang tidak berpasangan

bersifat sebagai magnet kecil. Sebuah magnet merupakan gabungan dari spin elektron (magnet-magnet kecil) yang arah spin (utara-selatan)-nya sama

2.4.2 Medan Magnet

Medan magnet adalah daerah disekitar magnet yang dipengaruhi oleh gaya magnet. Area medan magnet itu biasa ditunjukkan dengan garis-garis gaya magnet. Garis-garis gaya magnet tersebut saling bertemu di ujung kedua kutubnya. Efek kemagnetan dapat dihasilkan melalui berbagai macam cara. Melalui eksperimen, orang mendapatkan bahwa arus listrik (muatan) yang bergerak menimbulkan medan magnet. Peristiwa ini dimanfaatkan untuk membuat elektromagnet, yaitu magnet yang bekerja apabila dialiri arus listrik. Elektromagnet digunakan dalam motor listrik, dalam bel listrik, dan juga dalam generator listrik.

Medan magnet juga dapat dihasilkan oleh sebatang magnet permanen, yang sifat kemagnetannya tidak tergantung dari ada atau tidaknya aliran listrik. Magnet permanen dibuat melalui sebuah proses khusus sehingga kekuatan magnetnya tidak akan hilang sekejap dan dapat bertahan dalam jangka waktu yang cukup lama. Berikut ini (Gambar 2.3) medan magnet dan garis gaya magnet.

Gambar 2.3 Garis-garis gaya magnet

(Sumber : http://materisdn.blogspot.com/2014/12/pengertian-medan-magnet.html)

Medan magnet yang dihasilkan dari magnet permanen dapat dijelaskan melalui teori mengenai atom. Atom tersusun dari partikel-partikel yang bermuatan, yakni proton dan elektron yang bergerak konstan dan simultan. Kejadian yang menyebabkan timbulnya medan magnetik pada atom adalah:

1. Spin inti. Beberapa inti, seperti atom hidrogen, memiliki keadaan spin tetap yang menghasilkan medan magnet

2. Spin elektron. Elektron mempunyai spin yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam atau - Spin dari partikel bermuatan dapat menimbulkan medan magnet kecil atau momen magnet.

3. Pergerakan Orbital Elektron. Elektron yang berputar mengelilingi intinya akan menimbulkan medan magnet.

Setiap benda yang memiliki sifat kemagnetan dapat disebut magnet. Bila magnet diletakkan pada serbuk besi, serbuk besi akan menempel pada ujung-ujung dari magnet dan tidak ada yang menempel pada bagian tengah magnet. Bagian magnet yang mempunyai kemagnetan yang kuat disebut kutub magnet. Kutub magnet ada dua macam yaitu Utara (U) dan Selatan (S).

Bila serbuk besi ditaburkan di atas kaca dan sebuah magnet yang berbentuk tapal kuda ditempatkan di bawah kaca, serbuk besi akan membentuk formasi seperti gambar dibawah. Ini menandakan bahwa serbuk besi dipengaruhi oleh kedua kutub utara (U) dan selatan (S) dari magnet tersebut.

Gambar 2.4 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet (Sumber : https://fembrisma.wordpress.com/science/kemagnetan/)

Serbuk besi nampaknya tersebar disepanjang garis-garis yang tidak terlihat. Garis-garis ini disebut garis gaya magnet [magnetic line) dan secara keseluruhan disebut fluksi magnet {magnetic flux). Garis-garis gaya magnet akan selalu ada meskipun serbuk besi tidak ditaburkan di sekeliling magnet.

Bila kutub U suatu magnet dan kutub S magnet lainnya didekatkan satu dengan yang lainnya di bawah sepotong kaca, dengan serbuk besi tersebar di atasnya, dengan mudah dikatakan bahwa saling tertarik satu dengan yang lainnya,

Karakteristik yang dimiliki oleh Fluksi magnet diantaranya adalah :

1. Fluksi magnet dimulai dari kutub U dan berakhir di kutub S suatu magnet atau magnet-magnet.

2. Arah dari fluksi magnet adalah sesuai dengan arah kutub U jarum magnet bila jarum berada dalam fluksi

Seperti halnya sabuk karet, garis gaya magnet di dalam fluksi berusaha sependek mungkin, sejajar dan sedekat mungkin dengan poros U-S dari medan magnet. Pada saat yang sama, cenderung menolak garis gaya magnet lainnya yang searah, sehingga juga cenderung membentuk busur keluar dari poros U-S.

2.4.3 Magnetic Flux Density

Magnetic Flux Density (magnetic field strengh) adalah jumlah fluks magnet yg keluar dari kutub magnet tiap satuan luas. Dapat dinyatakan dalam satuan Tesla atau Gauss (1 T = 10" G). Kuat medan magnet ini menunjukkan energi magnet yang dapat diberikan oleh suatu sumber magnet. Dalam penggunaannya sebagai penghemat bahan bakar, besar kuat medan magnet yang optimal sangatlah bervariasi, terutama sekali tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan, laju aliran bahan bakar, dan volume silinder (cc) mesin yang menggunakannya. Magnetizer Inc. secara umum menyebutkan nilai gauss rata-rata antara 1000 - 3500 untuk kendaraan yang berbahan bakar bensin. Ronald J. (US Patent no. 5,829,420) menyarankan nilai 1500 - 1750 Gauss untuk bahan bakar hidrokarbon umum. Sedangkan Peter Kulish merekomendasikan kekuatan gauss 4500 - 12000 untuk mengubah bentuk isomer dari parahidrogen menjadi orto.

2.4.4 Sifat kemagnetan Bahan

Sifat magnetik bahan dipengaruhi oleh elektron dalam atom. Momen magnetik dihasilkan karena lintasan mengelilingi inti memberikan sifat diamagnetik. Momen magnetik karena putaran elektron pada sumbunya

menyebabkan sifat paramagnetik dan feromagnetik. Seperti diketahui, semua elektron dalam atom bergerak mengelilingi inti atom, dan karena tiap elektron berputar terus-menerus pada sumbunya, maka semua atom dapat diduga juga akan memperlihatkan sifat kemagnetan.

Sifat kemagnetan bahan bermacam-macam, ada yang lemah, sedang dan bahkan ada pula yang kuat. Sifat kemagnetan secara langsung dipengaruhi juga oleh arah spin elektron yang dimiliki oleh atom-atom penyusun material tersebut. Sifat-sifat kemagnetan yang secara umum dikenal adalah :

1. Diamagnetik. Bahan diamagnetik keseluruhan spin elektronnya saling berpasangan sehingga keadaan akhir spinnya seimbang. Komponen diamagnetik akan mengalami penolakan secara lemah oleh magnet. Contohnya: Bismuth, timbal, antimon, air raksa, emas, air, phosphor, dan tembaga.

2. Paramagnetik. Bahan paramagnetik memiliki beberapa elektron yang spin-spinnya tidak berpasangan. Komponen paramagnetik akan ditarik oleh magnet, namun tidak akan terlalu kuat. Contoh: platina, magnesium, dan alumunium

3. Ferromagnetik. Pada substansi dasar ferromagnet terdapat spin-spin elektron yang tidak berpasangan dan tertahan dalam posisi sejajar oleh proses yang disebut kopling ferromagnetik (ferromagnetic coupiing). Komponen Ferromagnetik seperti baja secara kuat tertarik menuju magnet. Contoh : nikel, baja, besi, dan kobalt.

2.5 Efek Magnetisasi Pada Bahan Bakar Solar 2.5.1 Reaktifitas Molekul

Adanya medan magnet statis yang besar, awan elektron mengelilingi molekul sehingga molekul tersebut bersifat magnet terpolarisasi dan memberikan kenaikan pada medan kecil. Posisi inti atom, pada medan tersebut sesungguhnya tidak tergantung sekitarnya, akan tetapi juga sekeliling molekul sendiri. Pada keadaan cair, reorientasi molekul terjadi secara acak.

Jika atom diletakkan dalam magnet yang seragam, elektron yang mengelilingi inti menjadi berputar. Perputaran ini menyebabkan medan magnet

sekunder yang arahnya berlawanan dengan arah medan magnet yang diberikan. Dibeberapa unit struktur molekul, elektron banyak terlokalisasi di beberapa bagian. Medan magnet yang diberikan menyebabkan perputaran di lain bidang denagan beragam.

Pada bahan bakar solar, ketikasolar masih berada dalam tangkinya, molekul hidrokarbon yang merupakan penyusun utama bensin cenderung untuk saling tertarik satu sama lain, membentuk molekul-molekul yang bergerombol (clustering). Pengelompokkan ini akan terus berlangsung, sehingga menyebabkan molekul-molekul hidrokarbon tidak saling terpisah atau tidak terdapat cukup waktu untuk saling berpisah pada saat bereaksi dengan oksigen di dalam ruang bakar. Akibat buruk yang ditimbulkannya adalah ketidaksempurnaan pembakaran yang dapat dibuktikan secara sederhana dengan ditemuinya kandungan HC pada gas buang.

Adanya suatu medan magnet permanen yang cukup kuat pada molekul hidrokarbon yang bersifat diamagnetik akan menyebabkan reaksi penolakan antar molekul hidrokarbon (declustering) sehingga terbentuk jarak yang optimal antar molekul hidrokarbon. Hal tersebut akan meningkatkan interaksi antara molekul hidrokarbon dengan oksigen. Partikel-partikel atom yang membentuk molekul hidrokarbon tersebut akan terpengaruh oleh medan magnet sehingga arahnya akan semakin sejajar atau tereorientasi sesuai dengan arah medan magnet.

2.5.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar

Penggunaan magnet ditujukan untuk menghemat bahan bakar dikarenakan di dalam saluran bahan bakar yang dipasang magnet terjadi proses magnetisasi. Proses magnetisas diperlukan agar bahan bakar lebih mudah mengikat oksigen selama proses pembakaran dan mengurangi produk unburned hydrocarbon hasil proses pembakaran bahan bakar. Hal inidisebabkan ukuran struktur molekul bahan bakar akan berubah menjadi ikatan yang lebih kecil akibat magnetisasi. Ukuran molekul yang lebih kecil ini secara langsung akan berakibat pada semakin mudahnya proses pembakaran dalam ruang bakar. Dengan kata lain proses magnetisasi pada bahan bakar akan membuat pembakaran lebih sempurna.

Gambar 2.5 Mekanisme kerja magnet

(Sumber : http://www.chem-is-try.org/wp-content/uploads/2009/09/gambar_14_21.JPG)

Pada saat bahan bakar melalui selang, kekuatan magnetisasi didalam magnet yang di tempel di saluran bahan bakar menyebabkan terpecahnya ikatan karbon dalam bahan bakar menjadi bagian-bagian kecil ikatan ion. Ion positif akan tertarik oleh kutub negatif magnet sedangkan untuk ion negatif akan tertarik oleh kutub positif magnet sehingga ion positif dan ion negatif akan mengalir secara teratur setelah melewati medan magnet. Ikatan kecil dan beraturan inilah yang menyebabkan mudahnya oksigen bereak si dengan bahan bakar pada proses pembakaran. Efeknya bahan bakar akan lebih mudah terbakar didalam ruang bakar atau terjadinya pembakaran sempurna.

2.6 Catalytic Converter

Meningkatnya jumlah kedaraan bermotor saat ini berimbas pada kualitas udara yang buruk di daerah perkotaan menuntut pabrikan motor berinovasi, salah satunya adalah catalytic converter yang terdapat pada mobil keluaran saat ini. Alat tersebut diperkenalkan ke publik pada tahun 1975 di Amerika Serikat, kebijakan tersebut sejalan dengan niat EPA dalam mengurangi intensitas pencemaran udara gas buang dikarenakan proses pembakaran kendaraan bermotor.

Catalytic converter pada knalpot kendaraan bermotor ditempatkan dibelakang

exhaust manifold atau antara muffler dengan header, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.6, dengan pertimbangan agar catalytic converter cepat panas ketika mesin dinyalakan.

Gambar 2.6 Catalitic Converter (Sumber : http://www.automotive-emissions-troubleshooting.com/images/converter.gif)

Ada dua jenis catalytic converter dipasaran. Tipe universal fit dapat dipilih berdasarkan ukuran yang sesuai kemudian dilas di bagian saluran gas buang. Tipe

direct fit merupakan tipe catalytic converter yang hanya menggunakan baut untuk memasangnya di area saluran gas buang. Tipe universal merupakan jenis termurah daripada tipe direct fit, akan tetapi tipe direct fit lebih mudah pemasangannya daripada tipe universal fit.

2.6.1 Tipe –Tipe Katalitik Konverter

Katalitik Konverter dibagi menjadi 2 berdasarkan jumlah polutan yang direaksikan :

1. Two Waykonverter

Didalam converter jenis ini terdapat dua reaksi simultan: a. Oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida

b. Oksidasi senyawa hidrokarbon (yang tidak terbakar / terbakar parsial) menjadi karbon dioksida dan air. Konverter jenis ini secara luas dipakai pada mesin diesel.

2. Three way converter

Di dalam converter jenis ini terdapat 3 reaksi simultan:

a. Reaksi reduksi nitrogen oksida menjadi nitrogen dan oksigen b. Reaksi oksidasi karbon monoksida menjadi karbon dioksida

c. Reaksi oksidasi senyawa hidrokarbon yang tidak terbakar menjadi karbon dioksida dan air

Berikut penjelasan tahapan kerja dari Catalytic Converter

1. Tahap awal dari proses yang dilakukan pada katalitik konverter adalah

reduction catalyst. Tahap ini menggunakan platinum dan rhodium untuk membantu mengurangi emisi NOx. Ketika molekul NO atau NO2 bersinggungan dengan katalis, sirip katalis mengeluarkan atom nitrogen dari molekul dan menahannya. Sementara oksigen yang ada diubah ke bentuk O2. Atom nitrogen yang terperangkap dalam katalis tersebut diikat dengan atom nitrogen lainnya sehingga terbentuk format N2. Rumus kimianya sebagai berikut: 2NO => N2 + O2 atau 2NO2 => N2 + 2O2. 2. Tahap kedua dari proses di dalam katalitik konverter adalah oxidization

catalyst. Proses ini mengurangi hidrokarbon yang tidak terbakar di ruang bakar dan CO dengan membakarnya (oxidizing) melalui katalis platinum dan palladium. Katalis ini membantu reaksi CO dan HC dengan oksigen yang ada di dalam gas buang. Reaksinya sebagai berikut; 2CO + O2 => 2CO2.

3. Tahap ketiga adalah pengendalian sistem yang memonitor arus gas buang. Informasi yang diperoleh dipakai lagi sebagai kendali sistem injeksi bahan bakar. Ada sensor oksigen yang diletakkan sebelum katalitik konverter dan cenderung lebih dekat ke mesin ketimbang konverter itu sendiri. Sensor ini memberi informasi ke Electronic Control System (ECS) seberapa banyak oksigen yang ada di saluran gas buang. ECS akan mengurangi atau menambah jumlah oksigen sesuai rasio udara-bahan bakar. Skema pengendalian membuat ECS memastikan kondisi mesin mendekati rasio stoikiometri dan memastikan ketersediaan oksigen di dalam saluran buang untuk proses oxidization HC dan CO yang belum terbakar.

Setiap kendaraan memiliki jumlah sensor yang berbeda, tergantung dengan kebutuhan dan teknologi mesinnya. Umumnya kendaraan yang menggunakan sistem injeksi menggunakan dua sensor oksigen yang berbeda tempat. Sensor tersebut berfungsi memberikan informasi ke ECS agar mengatur kembali pasokan udara kedalam ruang bakar.

2.6.2 Fungsi Lain Dari Katalitik Konverter

Katalitik Konverter yang digunakan pada saluran buang mesin ato lebih dikenal dengan knalpot mesin atau kendaraan memiliki fungsi lain yakni sebagai pengurang kebisingan (noise silencer) dimana dilakukan modifikasi pada daerah sekitar exhaust muffler.

Salah satu karakteristik sebuah muffler adalah seberapa besar backpressure/BP (tendangan balik) yang dihasilkan. Pada muffler knalpot bawaan pabrik motor yang beredar di tanah air umumnya terbentuk lubang, pemantul dan putaran pipa yang harus dilewati gas buang. Disain seperti ini diharapkan menghasilkan suara knalpot yang bersahabat dengan lingkungan, akan tetapi akibanya menghasilkan tendangan balik yang besar yang berakibat pada kurangnya daya mesin.

Untuk mengatasi BP yang besar tersebut dirancanglah tipe muffler yang

menghasilkan BP kecil yang disebut “glass pack”. Tipe muffler ini hanya mengandalkan penyerapan untuk mengurangi kebisingan dengan tanpa memberikan halangan bagi aliran gas buang. Gas buang menglir lurus melalui pipa yang berlubang yang terbungkus lapisan glass wool, sehingga BP-nya kecil dan sebagian kecil suara di redam oleh glass wool tsb.

Tipe muffler secara umum dibagi menjadi 2, muffler berdasarkan sifatnya yaitu :

1. Sound Absorption 2. Sound Cancelation

2.6.2.1 Sound Absorption Muffler/Silencer

Pada silencer terdapat material peredam suara (accoustical material) untuk menurunkan level gelombang suara. Ketebalan dari peredam tidak sembarangan, akan tetapi harus disesuaikan, dengan pada frekuensi berapa (penyebab berisik)

yang harus diredam (perhitungan menyusul di artikel berikutnya). Bentuk yang umum dari silencer jenis ini seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.7 Sound Absorption Muffler/Silencer

(Sumber: http://www.peerlessmfg.com/assets/pmfg/images/content/silencers/ImageC.jpg)

2.6.2.2Sound Cancelation Muffler/Silencer

Dalam silencer ini terdapat beberapa elemen yang tersusun secara paralen dan serial yang bertujuan, untuk menghasilkan gelombang pantulan dengan fasa terbalik yang diarahkan kembali ke sumbernya, sehingga penjumlahan dari dua gelombang tersebut akan salingt menghilangkan (cancelation). Biasanya digunakan pada motor standart. Bentuknya seperti gambar di bawah ini :

Gambar 2.8 Sound Cancelation Muffler/Silencer

(Sumber:http://s121.photobucket.com/user/mavin42/media/Vehicles/Muffler_Cutaway.jp g.html)

Namun saat ini telah umum dikembangkan muffler yang merupakan kombinasi dari tipe absorption dan cancelation, yang tujuannya adalah menghasilkan muffler dengan BP sekecil mungkin dan suara sesuai dengan standar perundangan yg berlaku. Bentuknya ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 2.9 Muffler yang merupakan kombinasi dari tipe absorption dan cancelation

(Sumber : http://motogokil.files.wordpress.com/2013/10/hybrid-muffler2.jpg?w=480&h=320)

Terlihat pada pinggirnya terdapat glass wool yang berfungsi sebagai penyerap energi suara yang masuk melalui dinding yng berlubang. Dan pada bagian tengah terdapat plat-plat yang berfungsi sebagai penghilang suara knalpot Sehingga suara (panah biru) yang keluar kecil, sementara aliran gas buang tidak terganggu.

2.7 Mesin Diesel

Mesin diesel juga disebut “Motor Penyalaan Kompresi” oleh karena

penyalaannya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang telah bertekanan dan bertemperatur ringgi sebagai akibat dari proses kompresi di dalam ruang bakar. Mesin diesel pertama kali ditemukan oleh Rudolf Diesel pada tahun 1892. Prinsip kerja pembakaran motor diesel yaitu udara segar dihisap masuk kedalam silinder atau ruang bakar kemudian udara tersebut

dikompressi oleh torak sehingga udara memiliki temperatur dan tekanan yang tinggi, dan sebelum torak mencapai titik mati atas, bahan bakar disemprotkan ke ruang bakar dan terjadilah pembakaran.

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 0C. Aplikasi dari motor diesel banyak pada industri-industri 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).

Menurut Willard W.P (1996) efisiensi termis motor diesel berada di bawah 50% sedangkan menurut Khovakh (1979), efisiensi termis berkisar pada 29% - 42% dan sisanya adalah kerugian-kerugian energi. Energi kalor yang dimanfaatkan oleh mesin tidaklah terlalu besar,sisanya merupakan kerugian - kerugian energi, diantaranya energi kalor yang hilang akibat pendinginan mesin, energi kalor yang hilang bersama gas buang, energi kalor yang hilang akibat pembakaran tidak sempurna, energi kalor yang hilang karena kebocoran gas, dan kehilangan lainnya akibat radiasi dan konveksi.

2.7.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel 4 tak sebenarnya sama dengan prinsip kerja mesin otto, yang membedakan adalah cara memasukkan bahan bakarnya. Pada mesin diesel bahan bakar disemprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :

Gambar 2.10 Prinsip kerja mesin diesel

(Sumber : http://maotomotip5120.blogspot.com/2014/09/mesin-diesel.html)

Keterangan : 1. Langkah Isap

Pada langkah ini piston bergerak dari TMA (Titik Mati Atas) ke TMB (Titik Mati Bawah). Saat piston bergerak ke bawah katup isap terbuka yang menyebabkan ruang didalam silinder menjadi vakum, sehingga udara murni langsung masuk ke ruang silinder melalui filter udara.

2. Langkah kompresi

Poros engkol terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, kedua katup tertutup. Udara murni yang terhisap tadi terkompresi dalam ruang bakar. Karena terkompresi suhu dan tekanan udara tersebut naik hingga mencapai 35 atm dengan temperatur 500⁰ - 800⁰ (pada perbandingan kompresi 20 : 1).

3. Langkah Usaha

Poros engkol masih terus berputar, beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA di akhir langkah kompresi, bahan bahar diinjeksikan ke dalam ruang bakar. Karena suhu udara kompresi yang tinggi terjadilah pembakaran yang menghasilkan tekanan eksplosif yang mendorong piston bergerak dari TMA ke TMB. Kedua katup masih dalam keadaan tertutup. Gaya dorong ke bawah diteruskan oleh batang piston ke poros engkol untuk dirubah menjadi gerak rotasi. Langkah usaha ini berhenti ketika katup buang mulai membuka beberapa derajat sebelum torak mencapai TMB.

4. Langkah Buang

Pada langkah ini, gaya yang masih terjadi di flywhell akan menaikkan kembali piston dari TMB ke TMA, bersamaan itu juga katup buang terbuka sehingga udara sisa pembakaran akan di dorong keluar dari ruang silinder menuju exhaust manifold dan langsung menuju knalpot.

2.7.2 Bentuk Ruang Bakar Mesin Diesel

Ruang bakar pada motor diesel lebih rumit dibanding ruang bakar motor bensin. Bentuk ruang bakar pada motor diesel sangat menentukan kemampuan mesin, sebab ruang bakar tersebut dirancanakan dengan tujuan agar campuran bahan udara dan bahan bakar menjadi homogen dan mudah terbakar sekaligus.

Ruang bakar motor diesel digolongkan menjadi 2 tipe, yaitu: a. Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber) b. Tipe ruang bakar tambahan (auxiliary combustion chamber)

2.7.2.1 Keuntungan Dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Langsung (Direct Combustion Chamber)

Keuntungan ruang bakar langsung adalah:

 Efisiensi panas lebih tingi, pemakaian bahan bakar lebih hemat karena bentuk ruang bakar yang sederhana.

 Start dapat mudah dilakukan pada waktu mesin dingin tanpa menggunakan alat bantu start busi pijar (glow plug).

 Cocok untuk mesinmesin besar karena konstruksi kepala silinder sederhana.

Kerugian ruang bakar langsung adalah:

 Memerlukan kualitas bahan bakar yang baik

 Memerlukan tekanan injeksi yang lebih tinggi.

 Sering terjadi gangguan nozzle, umur nozzle lebih pendek karena menggunakan nozzle lubang banyak (multiple hole nozzle).

 Dibandingkan dengan jenis ruang bakar tambahan, turbulensi lebih lemah, jadi sukar untuk kecepatan tinggi.

2.7.2.2 Keuntungan Dan Kerugian Tipe Ruang Bakar Tambahan (Auxiliary Combustion Chamber)

Tipe ruang bakar tambahan terdapat dalm 3 macam, yaitu: 1) Ruang bakar kamar muka (precombustion chamber) 2) Ruang bakar pusar (swirl chamber)

3) Ruang bakar air cell (Air cell combustion chamber)

1. Ruang bakar muka

Dalam ruang bakar ini bahan bakar solar disemprotkan ke dalam ruang bakar muka oleh nozzle injeksi. Sebagian bahan bakr yang tidak terbakar di ruang bakar muka didorong melalui saluran kecil antara ruang bakar muka dan ruang bakar utama. Percampuran yang baik dan terbakar seluruhnya berada pada ruang bakar utama.

Keuntungan ruang bakar muka adalah:

 Jenis bahan bakar yang digunakan lebih luas, karena turbulensinya sangat baik untuk pengabutan.

 Perawatan pompa injeksi lebih mudah karena tekanan injeksi lebih rendah dan tidak terlalu peka terhadap perubahan saat injeksi.

 Detonasi berkurang serta mesin bekerja lebih baik karena menggunakan nozzle lubang banyak.

Kerugian ruang bakar muka adalah:

 Biaya pembuatan lebih mahal sebab perencanaan kepala silinder lebih rumit.

 Memerlukan motor starter yang besar dan kemampuan start lebih jelek sehingga harus menggunakan alat pemanas.

 Pemakaian bahan bakar boros.

2. Ruang bakar pusar

Ruang bakar model pusar ini berbentuk bundar. Ketika torak memampatkan udara, sebagian udara akan masuk ke dalam ruang bakar pusar dan membuat aliran turbulensi. Bahan bakar diinjeksikan ke dalam udara turbulensi dan terbakar di dalam ruang bakar pusar, tetapi sebagian bahan bakar yang belum

terbakar masuk ke ruang bakar utama melalui saluran tersebut. Selanjutnya capuran tersebut akan terbakar di tuang bakar utama.

Keuntungan ruang bakar pusar adalah:

 Dapat menghasilkan putaran tinggi, karena turbulensi yang sangat baik pada saat kompresi.

 Gangguan pada nozzle berkurang karena menggunakan nozzle tipe pin.

 Putaran mesin lebih tinggi dan operasinya lebih lembut, menyebabkan jenis ini cocok untuk mobil.

Kerugian ruang bakar pusar adalah:

 Konstruksi kepala silinder rumit.

 Efisiensi panas dan pemakaian bahan bakar lebih boros dibandingkan dengan tipe ruang bakar langsung

 Penggunaan alat pemanas tidak begitu efektif, sebab ruang bakar sangat luas.

 Detonasi lebih besar pada kecepatan rendah.

3. Ruang bakar Air Cell

Pada ruang bakar air cell ini bahan bakar disemprotkan langsung ke dalam air cell dan terbakar langsung di ruang bakar utama. Sebagian bahan bakar yang yang disemprotkan ke air cell dan terbakar, mengakibatkan tekanan dalam air cell bertambah. Bila torak bergerak ke TMB, udara dalam air cell keluar ke ruang bakar utama membantu menyempurnakan pembakaran. Pada ruang bakar ini tidak memerlukan pemanas.

Keuntungan ruang bakar air cell adalah:

 Mesin bekerja lebih lembut karena pembakaran terjadi secara berangsur-angsur.

 Tidak memerlukan pemanas.

Kerugian ruang bakar air cell adalah:

 Saat injeksi bahan bakar sangat mempengaruhi kemampuan mesin.

 Suhu gas buang sangat tinggi karena pembakaran lanjut sangat panjang.

 Bahan bakar boros.

2.7.3 Performansi Motor Bakar 2.7.3.1 Torsi

Torsi adalah perkalian antara gaya dengan jarak. Selama proses usaha maka tekanan-tekanan yang terjadi di dalam silinder motor menimbulkan suatu gaya yang luar biasa kuatnya pada torak. Gaya tersebut dipindahkan kepada pena engkol melalui batang torak, dan mengakibatkan adanya momen putar atau torsi pada poros engkol. Untuk mengetahui besarnya torsi digunakan alat

dynamometer. Biasanya motor pembakaran ini dihubungkan dengan dynamometer

dengan maksud mendapatkan keluaran dari motor pembakaran dengan cara menghubungkan poros motor pembakaran dengan poros dynamometer dengan menggunakan kopling elastik.

PB = ………. (2.1)

T =

……….… (2.2)

2.7.3.2 Daya Poros

Daya mesin adalah besarnya kerja mesin selama waktu tertentu. Pada motor bakar daya yang berguna adalah daya poros, dikarenakan poros tersebut menggerakan beban. Daya poros dibangkitkan oleh daya indikator , yang merupakan daya gas pembakaran yang menggerakan torak selanjutnya menggerakan semua mekanisme, sebagian daya indikator 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 makin tinggi daya yang diberikan hal ini disebabkan oleh semakin besarnya frekuensi

semakin banyak langkah kerja yang dialami pada waktu yang sama. Dengan demikian besar daya poros itu adalah :

Dimana : PB = daya ( W )

T = torsi ( Nm )

n = putaran mesin ( Rpm )

2.7.3.3 Rasio Udara - Bahan Bakar (AFR)

Energi yang masuk kedalam sebuah mesin berasal dari pembakaran bahan bakar hidrokarbon. Udara digunakan untuk menyuplai oksigen yang dibutuhkan untuk mendapatkan reaksi kimia didalam ruang bakar. Agar terjadinya reaksi pembakaran, jumlah oksigen dan bahan bakar harus tepat. Yang dirumuskan sebagai berikut:

………(2.4)

………..(2.5)

Dimana: massa udara di dalam silinder per siklus massa bahan bakar di dalam silinder per siklus

laju aliran udara didalam mesin laju aliran bahan bakar di dalam mesin tekanan udara masuk silinder

temperatur udara masuk silinder

konstanta udara

volume langkah (displacement)

2.7.3.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)

Konsumsi bahan bakar spesifik merupakan salah satu parameter prestasi yang penting di dalam suatu motor bakar. Parameter ini biasa dipakai sebagai ukuran ekonomi pemakaian bahan bakar yang terpakai per jam untuk setiap daya kuda yang dihasilkan.

SFC = ……… (2.6)

……… (2.7)

Dengan :

SFC = konsumsi bahan bakar spesifik (kg/kw.h) PB = daya (W)

= konsumsi bahan bakar sgf = spesifik grafity t = waktu (jam)

2.7.3.5 Efisiensi Thermal

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah enegi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimium yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake ( brake thermal efficiency, ηb).

Jika daya keluaran PB dalam satuan KW, laju aliran bahan bakar mf dalam

satuan kg/jam, maka:

Laju panas yang masuk dapat dihitung dengan rumus berikut :

Qf =

(kW) ……….... (2.9)

Dimana : LHV = Nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/Kg) Jadi eefisiensi termal dapat dihitung dengan rumus :

ηb = × 100 %………... (2.10)

2.7.3.6 Efisiensi Volumetris

Efisiensi Volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang terhisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terhisap sebanyak volume langkah torak untuk setiap langkah isap.

Efisiensi Volumetris ( ) =

……… (2.11)

(untuk mesin 4 langkah)

Dimana : = Laju aliran massa udara (kg/jam)

N = Putaran mesin (rpm) = Densitas udara (kg/m3)

= Volume langkah torak (m3) =0,00023 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin]

2.8 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 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- ) + 9400 S……… (2.10)

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) ... (2.11)

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

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 0C (300 0K)

 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

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.

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 (mmH2O) dan Temperatur gas buang (0C), dan

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

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

 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.

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.

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.

● Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang dimasukkan ke dalam tabung bom.

● Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.010

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.

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 on/off pada saklarnya.

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.

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

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 (oC), 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 = 27oC

 Densitas udara = 1,181 kg/m3 (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.

LAMPIRAN 1

1.1 Data hasil perhitungan daya

BEBAN PUTARAN MESIN DAYA ( kW)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

3,5

1600 1,105 1,122 1,122

1,139

1800 1,338 1,338 1,356 1,375

2000 1,737 1,737 1,737 1,779

2200 2,211 2,165 2,211 2,257

2400 2,839 2,813 2,839 2,889

2600 3,211 3,184 3,211 3,238

4,5 kg

1600 1,909 1,909 1,926 1,943

1800 2,242 2,223 2,261 2,28

2000 2,575 2,554 2,596 2,596

2200 2,97 2,947 2,97 2,993

2400 3,391 3,341 3,391 3,441

2600 3,864 3,837 3,864 3,892

1.2 Data hasil Perhitungan AFR

BEBAN PUTARAN MESIN AFR

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

3,5

1600 45,67 45,61 _{46,14 49,19}

1800 45,99 _{45,82 46,29 49}

2000 46,11 _45,97 47 49,07

2200 48,89 _48,73 49,78 51,56

2400 49,48 _48,96 50,51 51,94

2600 49,23 _48,65 50,04 51,9

BEBAN PUTARAN MESIN AFR

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

4,5 kg

1600 _44,44 44,04 45,55 48,12

1800 _46,23 45 47,08 49,54

2000 _46,8 45,56 47,62 50,19

2200 _47,39 45,78 48,69 50,45

2400 _47,55 46,35 48,71 50,41

2600 _48,4 47,73 49,75 51,32

1.3 Data hasil perhitungan efisiensi volumetris

BEBAN PUTARAN MESIN EFISIENSI VOLUMETRIS (%)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

3,5

1600 69 69 69 72,6

1800 68,5 68,5 68,5 71,7

2000 71,4 71,4 71,4 74,2

2200 _76,7 76,7 _76,7 79,2

2400 _89,3 89,3 _89,3 91,4

2600 92,4 92,4 92,4 92,4

BEBAN PUTARAN MESIN EFISIENSI VOLUMETRIS (%)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

4,5 kg

1600 72,6 72,6 72,6 76,2

1800 75,3 75,3 75,3 78,5

2000 77,4 77,4 77,4 80,2

2200 _{82,1 79,2 82,1} 84,6

2400 _{83,4 80,7 83,4} 85,6

2600 89,3 89,3 89,3 91,3

1.4 Data hasil perhitungan SFC

BEBAN PUTARAN MESIN SFC (

g/kWh)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

3,5

1600 178,2 175,7 173,7 169

1800 163,4 164 160,1 156,1

2000 145,3 145,7 142,5 138,5

2200 127,3 130,4 125 122

2400 124,3 126,7 121,8 119,1

2600 123,8 126,3 121,8 118

BEBAN PUTARAN MESIN SFC (

g/kWh)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

4,5 kg

1600 111,6 112,6 107,9 106,3

1800 106,5 108,8 103,7 101,9

2000 104,7 107,5 _{102,1 100,4}

2200 104,6 107 101,8 99,77

2400 101,1 103,4 98,69 96,48

2600 101,2 103,4 98,48 96

1.5 Data hasil perhitungan Efisiensi Termal

BEBAN PUTARAN MESIN EFISIENSI TERMAL ( %)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

3,5

1600 11,326 11,484 11,618 11,940

1800 12,352 12,304 12,607 12,929

2000 13,891 13,850 14,160 14,565

2200 15,856 15,474 16,146 16,536

2400 16,234 15,923 16,573 16,935

2600 16,299 15,972 16,567 17,016

BEBAN PUTARAN MESIN EFISIENSI TERMAL (%)

( kg) ( rpm ) TANPA MAGNET DAN KATALITIK MAGNET 1 MAGNET 2 MAGNET 3

4,5 kg

1600 18,084 17,925 _18,702 18,980

1800 18,940 18,542 _19,449 19,801

2000 19,266 18,775 19,763 20,104

2200 19,329 18,859 19,820 20,223

2400 19,961 19,506 20,446 20,913

2600 19,97 19,522 20,489 20,945

10 10 15 20 25 30 35

20 30 40

1.6 Grafik interpolasi untuk mendapatkan laju massa udara

Gambar 4.10 Kurva Viscous Flow Meter Calibration

mm y = 9,5 Maka didapatkan y = air mass flow = 9,5

Setelah air mass flow didapatkan, hasil yang diperoleh dikalikan dengan factor koreksi (Cf), maka laju aliran massa udara untuk pembacaan manometer 9,5mmH2O adalah :

ma = 9,5 x 0,946531125

ma = 8,992 kg/jam

Setelah laju aliran massa didapat, dilakukan perhitungan laju aliran massa bahan bakar pada masing-masing variasi pengujian dengan menggunakan data pengujian pada waktu menghabiskan 56ml bahan bakar.

Ai r mass flow a t 10 13 m b an d 20 ◦ C k g/ h

r 5

Manometer reading mm H2O 8,5