KAJIAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN PERFORMANSI MESIN OTTO BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN BAHAN BAKAR LPG
KAJIAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN
PERFORMANSI MESIN OTTO BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN BAHAN BAKAR LPGSKRIPSI
Skripsi Yang DiajukanUntuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
JEFFERSON SITORUS
NIM. 070401062
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2012
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
ABSTRAK
Semakin berkurangnya bahan bakar minyak menyebabkan timbulnya berbagai pemikiran bagaimana mengatasinya permasalahan ini. LPG (Liquefied
petroleum gas) merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan
pada bebagai mesin, salah satunya adalah mesin bensin pada generator set 4- langkah. Dengan memodifikasi karburatornya maka mesin dapat bekerja seperti pada saat menggunakan Premium. Walaupun performansi mesin cenderung belum memberikan hasil yang optimal seperti performansi mesin pada saat menggunakan Premium, tetapi bahan bakar LPG mempunyai keuntungan, yaitu emisi yang dihasilkan lebih ramah lingkungan dari Premium, selain itu harga LPG juga lebih murah dibandingkan harga Premium.
Kata Kunci: LPG (Liquefied petroleum gas), memodifikasi karburator
ABSTRACT
The decreasing availability of fossil fuels led to a variety of ideas how to solve this problem. LPG (Liquefied petroleum gas) is one alternative fuel that can be used in trending engine, one of which is a gasoline engine generator sets in 4- stroke. By modifying the carburetor so the engine can work as when using gasoline. Although the performance of the machine tends to not give optimal results such as engine performance when using gasoline, but has the advantage of LPG fuel, the emissions produced more environmentally friendly than gasoline, in addition to LPG prices are much cheaper than gasoline prices.Keywords: LPG (Liquefied petroleum gas), modifying the carburator
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Ada pun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah “Kajian Eksperimental Perbandingan Performansi Mesin Otto Bahan
Bakar Premium dengan Bahan Bakar LPG ”. Dalam menyelesaikan skripsi
ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan ucapan terima kasih yang sebesar- besarnya kepada :
1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Rocket Angkasa yang menyediakan waktunya, supaya pemodifikasian karburator dapat diselesaikan.
6. Orang tua saya M. Sitorus dan D. Siagian, untuk doa dan kasih sayangnya kepada penulis.
7. Keluarga P. Siagian yang telah banyak memberikan bantuan baik moril dan materi kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.
8. Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terkhususnya kawan-kawan stambuk 2007. Juga untuk senior stambuk 2005, antaralain: Dicky Waldi Parlintongan Nababan, Henryanto sitanggang, Daniel Johannsen Sianturi, Davis Sidabutar, David
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Tambunan. Tidak lupa juga untuk anak-anak kos Gg. Kamboja No.57 antaralain : Desmonth Chrismanto Tarigan, Indra Sibuea, Janter Naibaho, Juliarto H. Siahaan, Lobeny Markus Sinaga, Melina Widyawati, Rico Raja Manurung, Sunarti Sinaga, Van Ryzal Purba, dan masih banyak lagi yang
Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.Terima kasih.
Medan, April 2012 Penulis,
Jefferson Sitorus NIM. 070 401 062
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR ISI ABSTRAK .................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................................. ii
DAFTAR ISI ................................................................................................................. iv
DAFTAR GAMBAR. ................................................................................................... vi
DAFTAR TABEL......................................................................................................... viii
DAFTAR NOTASI ....................................................................................................... x
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................................1 1.1. Latar Belakang ................................................................................................ 1 1.2. Tujuan ............................................................................................................. 2 1.3. Batasan Masalah Manfaat ............................................................................... 2 1.4. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3 1.5. Ruang lingkup pengujian ................................................................................ 3
1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 5 2.1. Pendahuluan ................................................................................................... 5 2.2. Motor Bensin .................................................................................................. 6
2.2.1 Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah. ................................................. 6
2.2.2 Performansi Motor Bensin ....................................................................... 9
2.2.3 Teori Pembakaran ..................................................................................... 11
2.2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................................... 11
2.3. Premium .................................................................................................................. 13
2.4. Liquified Petroleum Gas (LPG) ........................................................................... 13
2.4.1. Proses Pengolahan LPG ........................................................................... 14 2.4.2.
Sifat LPG
................................................................................................... 16
2.5. Generator Set .......................................................................................................... 16 2.5.1 . Tipe Generator Set ...................................................................................... 18
2.6. Emisi Gas Buang ................................................................................................... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................................... 22
3.1. Waktu Dan Tempat ................................................................................................ 22 UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
3.2. Bahan Dan Alat ...................................................................................................... 22
............................................................................ 33
5.2. Saran ........................................................................................................................ 67 DAFTAR PUSTAKA
5.1. Kesimpulan ............................................................................................................ 66
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 66
4.1.4 EfisiensiTermal Brake ................................................................................. 57 4.2. Pengujian Emisi Gas ............................................................................................. 64
4.1.3. Komsumsi Bahan Bakar ............................................................................. 49
............................................................................................................. 43
Tegangan ..................................................................................................... 35 4.1.2. Torsi
4.1.1 .
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................ 35
4.1. Pengujian Performansi Motor Bensin ................................................................. 35Memodifikasi Karburator
3.2.1. Bahan.
...................................................................................................... 31 3.7.2.
Karburator
3.7.1. Alat dan Bahan yang Digunakan dalam Memodifikasi
Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin Dengan menggunakan Bahan bakar Premium ........................................................................................... 30
28 3.7.
Prosedur Pengujian Emisi Gas ... ...................................................
3.5. Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto generator Set .............................. 23 3.6. .
3.3. Metode Pengumpulan Data .................................................................................. 22 3.4. ......................................................................... 23
3.2.2. Alat. .............................................................................................................. 22
.......................................................................................................... 22
........................................................................................................... 68 LAMPIRAN UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram P-V Siklus Otto Ideal .............................................................. 7Gambar 2.2 Cara kerja motor bensin 4 langkah ......................................................... 8Gambar 2.4 Generator Set .......................................................................................... 17Gambar 3.1 Generator set yang akan diuji ................................................................. 23Gambar 3.2 Multimeter .............................................................................................. 24Gambar 3.3 Tachometer ............................................................................................. 25Gambar 3.4 Bola lampu ............................................................................................. 26Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar .................................. 27Gambar 3.6 Gas Logic Gas Analizer ......................................................................... 28Gambar 3.7 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar............................ 29Gambar 3.8 Karburator yang akan dimodifikasi ........................................................ 30Gambar 3.9 Selang Regulator .................................................................................... 32Gambar 3.10 Tabung LPG ......................................................................................... 32Gambar 3.11 Kran ...................................................................................................... 32Gambar 3.12 Selang minyak Vesva ........................................................................... 33Gambar 3.13Pelampung dan Jarum Pelampung (Float and Float Valve) .............................................................................. 33
Gambar 3.14 Selang Regulator yang telah dihubungkan DenganKarburator .................................................................................................. 34 Gambar 4.1Grafik Putaran vs Tegangan tanpa beban dengan bahan
Bakar Premium .......................................................................................... 36
Gambar 4.2 Grafik Putaran vs Tegangan tanpa beban dengan bahan bakar LPG ....................................................................................... 37Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar Premium ................................................................... 38Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 400 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 39
Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 800 Watt denganBahan bakar Premium ............................................................................... 40
Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 800 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 41
Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Tegangan dengan menggunakan bahan bakarPremuim..................................................................................................... 42
Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 400 Watt denganBahan bakar Premium ............................................................................... 44
Gambar 4.10 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 400 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 45
Gambar 4.11 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 800 Watt denganBahan bakar Premium ............................................................................... 46
Gambar 4.12 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 800 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 47
Gambar 4.13 Grafik Putaran vs Torsi dengan menggunakan bahan bakarPremuim..................................................................................................... 48
Gambar 4.14 Grafik Putaran vs Torsi dengan menggunakan bahan bakar LPG ....... 49Gambar 4.15 Grafik Putaran vs sfc pada beban 400 Watt denganBahan bakar Premium ............................................................................... 51
Gambar 4.16 Grafik Putaran vs sfc pada beban 400 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 52
Gambar 4.17 Grafik Putaran vs sfc pada beban 800 Watt denganBahan bakar Premium ............................................................................... 54
Gambar 4.18 Grafik Putaran vs sfc pada beban 800 Watt denganBahan bakar LPG....................................................................................... 55
Gambar 4.19 Grafik Putaran vs sfc dengan menggunakan bahan bakar Premuim .... 56Gambar 4.20 Grafik Putaran vs sfc dengan menggunakan bahan bakar LPG ........... 57Gambar 4.21 Grafik Putaran vs EfisiensiTermal Brake ( b ) pada bebanη
400 Watt dengan bahan Premium .............................................................. 59
Gambar 4.22 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake ( ) pada bebanη b
400 Watt dengan bahan LPG ..................................................................... 60
Gambar 4.23 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake ( b ) pada bebanη
800 Watt dengan bahan Premium .............................................................. 61
Gambar 4.24 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake ( b ) pada bebanη
800 Watt dengan bahan LPG ..................................................................... 62
Gambar 4.25 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake ( ) dengan menggunakanη b
bahan Premium .......................................................................................... 63
η
bahan bakar LPG ....................................................................................... 64
Gambar 4.19 Grafik Emisi Gas Buang ...................................................................... 65DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian tanpa beban dengan Bahan Bakar Premium............ 35Tabel 4.2 Data hasil pengujian tanpa beban dengan Bahan Bakar LPG .................. 36Premium..................................................................................................... 37
Tabel 4.4 Hasil pengujian untuk beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG. ......... 38Tabel 4.5 Hasil pengujian untuk beban 800 Watt dengan Bahan BakarPremium..................................................................................................... 39
Tabel 4.6 Hasil pengujian untuk beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG. .......... 40Tabel 4.7 Torsi yang dihasilkan pada beban 400 Watt dengan BahanBakar Premium .......................................................................................... 44
Tabel 4.8 Torsi yang dihasilkan pada beban 400 Watt dengan Bahan BakarLPG. ........................................................................................................... 45
Tabel 4.9 Torsi yang dihasil pada beban 800 Watt dengan Bahan BakarPremium..................................................................................................... 46
Tabel 4.10 Torsi yang dihasil pada beban 800 Watt dengan Bahan BakarLPG ............................................................................................................ 47
Tabel 4.11 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 400 Watt denganBahan Bakar Premium (Sfc) ...................................................................... 51
Tabel 4.12 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 400 Watt denganBahan Bakar LPG (Sfc). ............................................................................ 52
Tabel 4.13 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 800 Watt denganBahan Bakar Premium (Sfc) ...................................................................... 54
Tabel 4.14 Bahan Bakar Spesifik pada beban 800 Watt dengan BahanBakar LPG (Sfc) ........................................................................................ 55
Tabel 4.15 Efisiensi Termal Brake ( b ) pada beban 400 Watt dengan Bahanη
Bakar Premium .......................................................................................... 58
Tabel 4.16 Efisiensi Termal Brake ( ) pada beban 400 Watt dengan Bahanη b
Bakar LPG ................................................................................................. 59
Tabel 4.17 EfisiensiTermal Brake ( b ) pada beban 800 Watt dengan Bahanη
Bakar Premium .......................................................................................... 60
Tabel 4.18 Efisiensi Termal Brake ( b ) pada beban 800 Watt dengan Bahanη
Bakar LPG ................................................................................................. 62
Tabel 4.19 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang .......................................................... 64DAFTAR NOTASI SIMBOL KETERANGAN SATUAN
C Persentase karbon dalam bahan bakar H
2 Persentase hidrogen dalam bahan bakar
HHV Nilai kalor atas kJ/kg k Perbandingan kalor spesifik LHV Nilai kalor bawah kJ/kg
Massa udara kg Laju aliran massa udara kg/s
̇ Massa bahan bakar kg Laju aliran bahan bakar kg/jam
̇ n Putaran mesin rpm Effisiensi termal brake %
O
2 Persentase oksigen dalam bahan bakar Watt
Daya Torsi
3 Kerapatan udara kg/
S Persentase sulfur dalam bahan bakar Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h t Interval waktu pengukuran konsumsi bahan bakar s
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume yang diuji s T Torsi keluaran mesin N.m
Konsumsi bahan bakar selama t detik ml Volume bahan bakar yang diuji ml