Pengaruh Besar Medan Magnet Terhadap Prestasi Mesin Diesel Stasioner Satu Silinder

PENGARUH BESAR MEDAN MAGNET TERHADAP

PRESTASI MESIN DIESEL STASIONER SATU

SILINDER

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

NUGRAHA MUNTHE (100401065)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

ABSTRAK

Objek dalam penelitian ini adalah mesin diesel stasioner satu silinder, Smart Engine Test Bed TD 111 MK II dengan pengaruh medan magnet, dimana magnet dipasangkan disaluran pompa minyak. Adapun variasi medan magnet yang digunakan dalam pengujian ini adalah magnet X (2500 Gauss), magnet Y (2000 Gauss) dan magnet Z (350 Gauss). Tujuan dilakukan pengujian ini adalah untuk mengetahui pengaruh besar medan magnet terhadap prestasi mesin diesel stasioner satu silinder. Penelitian ini menggunakan serangkaian pengujian prestasi mesin diesel satu silinder dengan pembacaan instrumentasi secara langsung dan perhitungan menurut Willard Pulkrabek. Variasi beban yang digunakan adalah 3,5 kg dan 4,5 kg dengan kombinasi variasi putaran 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm dengan mengunakan bahan bakar solar. Dari hasil pengujian diperoleh dengan menggunakan magnet X pada pembebanan 4,5 kg putaran 2600 rpm didapat daya poros yaitu : 3,28 kW, nilai SFC terendah yaitu : 93 g/kWh, nilai AFR tertinggi diperoleh yaitu : 52,80, nilai efisiensi termal tertinggi yaitu : 21,72 % dan heat loss tertinggi yaitu 24,98%.

ABSTRACT

The object of this research is a stationary diesel engine with one cylinder, Smart Engine Test Bed TD 111 MK II, which was influenced by a magnetic field. The magnet was mounted at the fuel pump channel. The variations of the magnetic flux that use in this experiment are : magnet X (2500 Gauss), magnet Y (2000 Gauss), and magnet Z (350 Gauss). The purpose of this study is to find about the effect of the magnetic field to the performance of the engine. This method of this research is collect the input data by reading all the instrumentation directly, and then calculate it by using Willard Pulkrabek reference. Variations of the static load are : 3,5 kg and 4,5 kg. Variations of the rotation : 1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm, 2600 rpm; where the engine use diesel fuel. From the experiment, it was found that magnet X brings the largest effect to

the performance of the engine. The magnet X experiment’s result by using 4,5kg static load and 2600 rpm engine rotation: power brake obtained is 3,28 kW, SFC value at 93 g/kWh, AFR value at 52,80, thermal efficiency obtained 21,72% , and heat loss obtained 24,98%.

Keyword: engine performance, magnet, magnetic field, engine rotation, static load, Gauss.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, dan kasih karuniaNyayang 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 “Pengaruh Besar Medan Magnet Terhadap Prestasi Mesin Diesel 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. Kedua orang tua saya Ayahanda P. Munthe dan Ibunda R. Sagala yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan moril, materi serta motivasi kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

2. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara dan selaku dosen pembimbing yang banyak meluangkan waktu membimbing penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Abang Hotdi E.Munthe, Kakak Ira M. Munthe dan Abang Hengki S. Munthe dimana mreka memberikan semangat, dukungan serta motivasi kepada penulis.

5. Tandem TA saya Kaprianto B.P Manullang.

6. Laboran Laboratorium Prestasi Mesin Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah banyak memberikan arahan kepada penulis selama pengujian berlangsung.

7. Seluruh teman-teman penulis, khususnya teman-teman seangkatan 2010 dan terutama “DAMAI 2012” yang tidak dapat penulis sebutkan satu -persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis. Salam SOLIDARITY MACHINE FOREVER!! MESIN JAYA !!

8. Seluruh staf pengajar dosen dan staf tata usaha kak Sonta Sihotang Departemen Teknik Mesin yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam penulisan skripsi ini. Oleh karena itu penulis akan sangat berterima kasih dan dengan senang hati menerima saran dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca. Terima kasih.

Medan, Februari 2014 Penulis

Nugraha Munthe Nim. 100401065

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR NOTASI... xiv

BAB I ... 1

PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Pengujian ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

1.4 Manfat Pengujian ... 3

1.5 Metodologi Penulisan ... 4

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Motor Bakar ... 5

2.1.1 Motor Siklus 4 langkah ... 7

2.2 Mesin Diesel ... 8

2.2.1 Siklus Ideal Diesel ... 9

2.2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel ... 10

2.2.4 Penyemprotan Bahan Bakar ... 12

2.2.5 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar ... 13

2.2.6 Prestasi Motor Diesel ... 18

2.2 Bahan Bakar Diesel ... 21

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Solar ... 22

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar ... 26

2.5 Magnet ... 28

2.5.1 Asal Kemagnetan ... 27

2.5.2 Medan Magnet ... 29

2.5.4 Magnetic Flux Density ... 31

2.6 Efek Magatasi Pada Bahan Bakar Solar 2.6.1 Reaktifitas Molekul ... 32

2.6.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar ... 33

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat ... 35

3.2 Alat dan Bahan ... 34

3.2.1 Alat ... 34

3.2.2 Bahan.... ... 38

3.3 Metode Pengumpulan data ... 38

3.4 Metode Pengolahan data ... 37

3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ... 39

3.6 Prosedur Pengujian Prestas Mesin Diesel ... 39

3.7 Prosedur Pengujian Prestas Mesin Diesel Menggunakan Magnet 40 3.8 Diagram Alir Penelitian ... 41

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN 4.1 Pengujian Prestasi Mesin Diesel ... 42

4.2 Hasil Pengujian Engine Tes Bed TD -111 ... 42

4.2.1 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Tanpa Menggunakan Magnet ... 43

4.2.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Magnet X ... 43

4.2.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Y ... 44

4.2.4 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Z ... 45

4.3 Pengujian Prestasi Motor Diesel ... 46

4.3.1 Daya Poros (Power Brake) ... 46

4.3.2 Laju Aliran Massa Bahan Bakar (mf) ... 49

4.3.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (Specifik Fuel Consumption /sfc)... 52

4.3.5 Efisiensi volumetris ... 59

4.3.6 Efisiensi termal ... 62

4.3.7 Heat loss ... 67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 69

5.2 Saran ... 70

DAFTAR PUSTAKA ... xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Asal Mula Tenaga ... 7

Gambar 2.2 Gambar 2.2 Siklus 4 Langkah ... 8

Gambar 2.3 Gambar Diagram P-v Mesin Diesel……….. .9

Gambar 2.4 Diagram T-S Mesin Diesel... 10

Gambar 2.5 Langkah kerja mesin diesel 4 langkah ... 12

Gambar 2.6 Grafik tekanan versus sudut engkol……….. 14

Gambar 2.7 C16H34 (hidrokarbon rantai lurus)………... 16

Gambar 2.8 alpha-methylnaphtalene………17

Gambar 2.9 Kutub-kutub magnet………..28

Gambar 2.10 Fluks Medan Magnet ... 29

Gambar 2.11 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet……….. ... 30

Gambar 2.12 Mekanisme kerja magnet...……..…..30

Gambar 3.1 Small Test Engine Bed TD111 MKII……….... 35

Gambar 3.2 IC Engine Instrumentation TD 114 ... 35

Gambar 3.3 Tecquipment TD115 MK II………..……… ... 35

Gambar 3.4 Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss)... 37 Gambar 3.5 Magnet Y (berkekuatan 2000 Gauss)... 38

Gambar 3.6 MagnetZ (berkekuatan 350 Gauss)...38

Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian prestasi mesin diesel …..………41 Gambar 4.1 Grafik Daya poros vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg……...48

Gambar 4.2 Grafik Daya poros vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg... 49

Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg...51

Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg... 54

Gambar 4.5 Grafik sfc vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg……… 54

Gambar 4.6 Grafik sfc vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg….………... 54

Gambar 4.7 Kurva Viscous Flow Meter Calibration……….56

Gambar 4.8 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 3,5 kg…..………….. 58

Gambar 4.9 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 4,5 kg………... 59 Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran (rpm) pada beban

3,5 kg………61 Gambar 4.11 Grafik Efisiensi Volumetris vs Putaran (rpm) pada beban

4,5 kg………. ... 62

Gambar 4.12 Grafik Efisiensi Termal Brake vs Putaran (rpm) pada beban

3,5 kg……… 64

Gambar 4.13 Grafik Efisiensi Termal Aktual vs Putaran (rpm) pada beban

3,5 kg……… 65

Gambar 4.16 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg……….. 68 Gambar 4.17 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg……….. 68

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi minyak solar sesuai Surat Keputusan Dirjen

Migas 3675K/DJM/2006……….24

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Mesin Disesl Tanpa Menggunakan Magnet...43

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet X ....………44

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet Y…………..…...45

Tabel 4.4 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet Z……….46

Tabel 4.5 Data Perhitungan Untuk Daya Poros... 47

Tabel 4.6 Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Massa bahan bakar (mf)...50

Tabel 4.7 Data Perhitungan Konsumsi Bahan Bakar (sfc)………...53

Tabel 4.8 Data Perhitungan Air Flow Ratio (AFR)………..…....57

Tabel 4.9 Data Perhitungan Efisiensi Volumetris (%)………..60

Tabel 4.10 Data Perhitungan Efisiensi Thermal Brake ………....63

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

PB Daya poros 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 ideal % Efisiensi termal aktual %

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

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi saat ini sangatlah pesat ditandai dengan munculnya berbagai teknologi tepat guna yang mempermudah manusia melakukan berbagai kegiatan. Perkembangan teknologi ini diikuti pula akan peningkatan akan konsumsi energi. Minyak bumi adalah salah satu sumber dari energi yang paling pokok yang dipakai di banyak negara.

Harga minyak dunia yang bersumber dari fosil saat ini semakin lama semakin meningkat, sementara itu cadangan minyak dunia semakin terbatas terutama cadangan minyak di Indonesia yang diperkirakan ketersediaannya sebanyak 86,9 milyar barel. Jumlah tersebut diperkirakan hanya akan dapat memenuhi kebutuhan energi dalam negeri selama 23 tahun ke depan (Anonim, Departemen Energi dan Sumber Daya Mineral, 2005) [8]

Laju pertumbuhan jumlah penduduk di Indonesia yang tinggi meningkatkan ketergantungan masyarakat Indonesia terhadap penggunaan minyak bumi sebagai sumber energi. Laju pertumbuhan jumlah penduduk berdampak pada peningkatan aktivitas industri dan sarana transportasi yang mengakibatkan terjadinya peningkatan kebutuhan dan konsumsi bahan bakar minyak nasional. Penggunaan konsumsi bahan bakar yang semakin tinggi ini menjadi masalah yang serius sekarang ini. Pada akhir-akhir ini negara kita mengalami kelangkaan bahan bakar minyak di berbagai daerah di Indonesia.

Keterbatasan bahan bakar yang terjadi ini dengan sendirinya menjadikan para akademisi serta ilmuawan mencari solusi dengan yang efektif dan ringkas, mengingat sumber bahan bakar minyak kita berasal dari fosil sudah sangat terbatas. Beberapa upaya dilakukan dalam penelitian guna mendapatkan bahan bakar alternatif yang mudah di dapatkan dan ekonomis tetapi hal itu juga mengalami banyak kekurangan karena penambahan bahan - bahan additif tersebut belum tentu tidak mempengaruhi struktur bahan bakar dan berakibat pada proses pembakaran di dalam ruang bakar yang kurang sempurna dan efisien. Sebab itu banyak juga perubahan yang dilakukan pada mesin guna pemakaian bahan bakar

yang mengalami perubahan struktur. Hal ini juga bersifat tidak ekonomis dan praktis, sehingga perlu dilakukan upaya yang lain seperti menemukan cara menekan konsumsi bakan bakar tanpa menambah atau mengurangi struktur molekul yang ada pada bahan bakar.

Salah satu cara alternatif yang dapat digunakan dalam menekan konsumsi bahan bakar tanpa mengesampingkan prestasi mesin tersebut dengan proses “ionisasi medan magnet” dimana pemasangan magnet pada saluran minyak dapat mempengaruhi struktur atom-atom dari bahan bakar sehingga struktur atomnya lebih rapi pada saat proses pembakaran. Pemakain dari magnet untuk penghemat bahan bakar ini lebih praktis ketimbang pergantian atau pun penambahan bahan-bahan adiktif pada bahan-bahan bakar. Pemakain dari magnet untuk menghemat bahan-bahan bakar ini menunjukan ada tidaknya pengaruh terhadap konsumsi bahan bakar dan tanpa mengesampingkan prestasi mesin perlu dilakukan suatu pengujian yang dapat menganalisa pengaruhnya.

1.2 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui prestasi mesin diesel satu silinder dengan menggunakan bahan bakar solar murni.

2. Mengetahui pengaruh besar medan magnet terhadap prestasi mesin diesel satu silinder dengan menggunakan bahan bakar solar murni.

. 1.3 Batasan Masalah

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

2. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja mesin Diesel adalah Small Engine Test Bed TD111 pada Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

3. Performansi mesin yang dihitung adalah :

 Daya Aktual (Brake Power)

 Torsi (Torsion)

 Konsumsi bahan bakar spesifik (Spesific Fuel Consumption)

 Efisiensi Thermal (Thermal Efficiency)

4. Beban pengujian adalah 3,5 kg dan 4,5 kg.

5. Magnet yang digunakan berasal dari pasaran dengan variasi Magnet X sebesar 2500 Gauss, Magnet Y sebesar 2100 dan Magnet Z sebesar 310 Gauss.

6. Pemasangan Magnet pada saluran injeksi bahan bakar saja.

1.4 Manfaat Pengujian

1. Untuk mengetahui pengaruh besar medan magnet terhadap prestasi mesin diesel stasioner satu silinder sebagai alat penghemat bahan bakar yang efesien dan praktis

2. Untuk memberikan masukkan terhadap dunia ilmu pengetahuan tetang pengaruh besar magnet terhadap prestasi mesin diesel.

3. Sebagai media penulis dalam pengaplikasian ilmu yang didapatkan pada saat perkuliahaan dengan pengujian langsung.

1.5 Metodologi Penulisan

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

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

b. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan. c. Metode studi lapangan, yaitu dengan mengambil data dari hasil

pengujian yang dilakukan di laboratorium motor bakar fakultas teknik. d. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk

oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

1.6Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan skripsi ini dibagi dalam beberapa bab dengan garis besar tiap bab adalah sebagai berikut :

 Bab I : Pendahuluan

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

 Bab II : Tinjauan Pustaka

Bab ini berisikan landasan teori yang digunakan yaitu mengenai bahan bakar, magnet, mesin diesel dan pembakaran mesin Diesel, persamaan persamaan yang digunakan, dan emisi gas buang mesin dan pengendaliannya.

 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 Motor Bakar

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Sejarah motor bakar mengalami perkembangan yang menggembirakansejaktahun 1864. Pada tahun tersebut Lenoir mengembangkan mesin pembakaran dalam tanpa proses kompresi. Campuran bahan bakar dihisap masuk silinder dan dinyalakan sehingga tekanan naik, selanjutnya gas pembakaran berekspansi yang mendorong piston, langkah berikutnya gas pembakaran dibuang. Piston kembali bergerak menghisap campuran bahan bakar udara dengan menggunakan energi yang tersimpan dalam roda gila. Mesin Lenoir pada tahun 1865 diproduksi sebanyak 500 buah dengan daya 1,5 hp pada putaran 100 rpm.

Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar.Sebagai contoh mesin uap,dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah.

Keuntungan dari mesin pembakaran dalam dibandingkan dengan mesin pembakaran luar adalah kontruksinya lebih sederhana, tidak memerlukan fluida kerja yang banyak dan efisiensi totalnya lebih tinggi. Sedangkan mesin pembakaran luar keuntungannya adalah bahan bakar yang digunakan lebih beragam, mulai dari bahan bakar padat sampai bahan-bakar gas, sehingga mesin pembakaran luar banyak dipakai untuk keluaran daya yang besar dengan bahan bakar murah. Pembangkit tenaga listrik banyak menggunakan mesin tenaga uap. Untuk kendaran transport, mesin uap tidak banyak dipakai dengan pertimbangan kontruksinya yang besar dan memerlukan fluida kerja yang banyak.

Mesin pembakaran luar mempunyai konsruksi yang lebih rumit dan kompleks sehingga membutuhkan tempat atau ruang instalasi yang cukup besar. Akan tetapi, mesin pembakaran luar mempunyai keuntungan yakni mempunyai getaran yang cukup kecil, dapat mengkonsumsi bakar bakar beragam mulai dari bahan bakar padat, cair sampai bahan bakar gas dengan kualitas yang rendah sekalipun sehingga banyak digunakan sebagai pusat pembangkit tenaga yang membutuhkan keluaran daya yang besar dengan bahan bakar murah.

Misalnya : Mesin uap torak, turbin gas, turbin uap, dan sebagainya. 2. Mesin Pembakaran Dalam (Internal Combustion Engine)

Motor pembakaran dalam dikembangkan oleh Motos Otto, atau Beau de Roches merupakan mesin pengonversi energi tak langsung, yaitu dari energi bahan bakar menjadi energi panas dan kemudian baru menjadi energi mekanis. Energi kimia bahan bakar tidak dikonversikan langsung menjadi energi mekanis. Bahan bakar standar motor premium adalah isooktan (C8H18). Efisiensi dalam mengkonversi energinya berkisar 30%. Hal ini karena kerugian 50% (panas, gesek / mekanis, dan pembakaran tak sempurna). Contohnyamesin otto dengan menggunakan busi sebagai pemantik bunga api, mesin diesel yang memampatkan udara dengan rasio kompresi yang tinggi, mesin wankel (rotary) dengan gerak torak berputar. Kelebihan mesin pembakaran dalam :

1. Konstruksi yang lebih sederhana

2. Bahan bakar lebih irit dan biaya awal lebih murah 3. Tidak memerlukan fluida kerja yang banyak

4. Cocok untuk tenaga penggerak pada kendaraan karena hanya membutuhkan ruang lebih ringkas

Gambar 2.1 Asal Mula Tenaga[12]

2.1.1. Mesin Siklus 4 Langkah

Motor bakar bekerja melalui mekanisme langkah yang terjadi berulang-ulang atau periodik sehingga menghasilkan putaran pada poros engkol. Sebelum terjadi proses pembakaran di dalam silinder, campuran udara dan bahan-bakar harus dihisap dulu dengan langkah hisap. Pada langkah ini, piston bergerak dari TMA menuju TMB, katup isap terbuka sedangkan katup buang masih tertutup.

Setelah campuran bahan-bakar udara masuk silinder kemudian dikompresi dengan langkah kompresi, yaitu piston bergerak dari TMB menuju TMA, kedua katup isap dan buang tertutup. Karena dikompresi volume campuran menjadi kecil dengan tekanan dan temperatur naik, dalam kondisi tersebut campuran bahan-bakar udara sangat mudah terbakar. Sebelum piston sampai TMA campuran dinyalakan terjadilah proses pembakaran menjadikan tekanan dan temperatur naik, sementara piston masih naik terus sampai TMA sehingga tekanan dan temperatur semakin tinggi. Setelah sampai TMA kemudian torak didorong menuju TMB dengan tekanan yang tinggi, katup isap dan buang masih tertutup.

Selama piston bergerak menuju dari TMA ke TMB yang merupakan langkah kerja atau langkah ekspansi. volume gas pembakaran bertambah besar dan tekanan menjadi turun. Sebelum piston mencapai TMB katup buang dibuka, katup masuk masih tertutup. Kemudian piston bergerak lagi menuju ke TMA mendesak gas pembakaran keluar melalui katup buang.

Proses pengeluaran gas pembakaran disebut dengan langkah buang. Setelah langkah buang selesai siklus dimulai lagi dari langkah isap dan seterusnya. Piston bergerak dari TMA-TMB TMA-TMB-TMA membentuk satu siklus. Ada satu langkah tenaga dengan dua putaran poros engkol. Motor bakar yang bekerja dengan siklus lengkap tersebut diklasifikasikan masuk golongan motor 4 langkah.

Gambar 2.2 Siklus 4 Langkah[13]

2.2 Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sejenis mesin pembakaran dalam; lebih spesifik lagi, sebuah mesin pemicu kompresi, dimana bahan bakardinyalakan oleh suhu tinggi gas yang dikompresi, dan bukan oleh alat berenergi lain (seperti busi).

Mesin diesel dikategorikan dalam motor bakar torak dan mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).Prinsip kerja motor diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis. Energi kimia di dapatkan melalui proses reaksi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar) dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar). Pembakaran pada mesin diesel terjadi karena kenaikan temperatur campuran udara dan bahan bakar akibat kompresi torak hingga mencapai temperatur nyala.

Cara kerja mesin diesel ini adalah udara masuk ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat, jauh lebih tinggi dari rasio kompresi dari mesin otto. Beberapa saat sebelum piston pada posisi Titik Mati Atas (TMA) atau BTDC

(Before Top Dead Center), bahan bakar diesel diijeksikan ke ruang bakar dalam tekanan tinggi melalui nosel supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Hasil pencampuran ini menyala dan membakar dengan cepat, ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Siklus diesel (ideal) pembakaran tersebut dimisalkan dengan pemasukan panas pada tekanan konstan.

2.2.1 Siklus Ideal Diesel

Siklus Diesel adalah siklus ideal untuk mesin torak pengapian-kompresi yang pertama kali dinyatakan oleh Rudolph Diesel tahun 1890. Prinsip kerjanya sama halnya dengan mesin torak pengapian-nyala, yang dinyatakan oleh Nikolaus A. Otto tahun 1876, hanya perbedaan utamanya dalam hal metode inisiasi pembakarannya. Pada mesin torak pengapian-nyala (disebut juga mesin bensin) campuran udara-bahan bakar dikompresi ke temperatur di bawah temperatur pembakaran-sendiri (auto-ignition) dari bahan bakarnya, kemudian proses pembakarannya diinisiasi oleh percikan bunga api dari busi. Sedangkan pada mesin torak pengapian kompresi (disebut juga mesin diesel), udara dikompresi ke temperatur di atas temperatur auto-igniton dari bahan bakarnya, kemudian pembakaran dimulai saat bahan bakar yang diinjeksikan kontak dengan udara panas tersebut. Jadi, pada mesin diesel, busi dan karburator digantikan oleh peranan penginjeksi bahan bakar (fuel-injector).

Siklus Diesel terdiri dari : 1-2 Proseskompresiisentropik.

2-3 Prosespemasukankalorpadatekanankonstan. 3-4 Prosesekspansi isentropik

Gambar 2.3 Diagram P-v Mesin Diesel[6]

Keterangan Gambar: P = Tekanan (atm)

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

qout = Kalor yang dibuang (kJ)

2.2.2 Efisiensi Termal Siklus Diesel (dengan menggunakan asumsi udara dingin standard)

Gambar 2.4 Diagram T-S Mesin Diesel

Keterangan Gambar : T = Temperatur (K) S = Entropi (kJ/kg.K) qin = Kalor yang masuk (kJ)

qout = Kalor yang dibuang (kJ

Keterangan siklus : 1-2 Kompresi Isentropik

2-3 Pemasukan Kalor pada Tekanan Konstan 3-4 Ekspansi Isentropik

4-1 Pengeluaran Kalor pada Volume Konstan

2.2.3Prinsip 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 di semprotkan langsung ke ruang bakar dengan menggunakan injector. Dibawah ini adalah langkah dalam proses mesin diesel 4 langkah :

a). Langkah Hisap

Piston bergerak dari TMA (titik mati atas) ke TMB (titik mati bawah), katup masuk terbuka. Udara murni terhisap melalui filter udara, masuk ke dalam selinder akibat terjadinya kevakuman dalam ruang silinder karena terjadi pembesaran volume ruang di atas torak (gerak dari TMA ke TMB).

b). Langkah Kompresi

Poros engkol terus berputar, pistonbergerak dari TMBke 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).

c). 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.

d). Langkah Buang

Poros engkol masih terus berputar, piston bergerak dari TMB ke TMA, katup buang terbuka. Gas sisa hasil pembekaran terdorong keluar dari ruang bakar (ruang silinder di atas torak) menuju udara luar melalui katup buang yang terbuka. Karena gas sisa tersebut masih bertekanan tinggi.

Begitu seterusnya sehingga terjadi siklus pergerakan piston yang tidak berhenti. Siklus ini tidak akan berhenti selama faktor yang mendukung siklus tersebut tidak ada yang terputus. Untuk lebih jelas, prinsip kerja mesin diesel dapat dilihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Langkah kerja mesin diesel 4 langkah[14]

2.2.4 Penyemprotan Bahan Bakar

Penyemprotan bahan bakar ke dalam silinder dilaksanakan dengan menggunakan sebuah alat yang dinamai penyemprot bahan bakar. Di samping beberapa persyaratan lain yang diperlukan, bahan bakar yang disemprotkan itu harus habis terbakar sesuai dengan prestasi yang diharapkan. Dapat dikatakan fungsi penyemprot bahan bakar adalah :

1. Memasukkan bahan bakar ke dalam silinder sesuai dengan kebutuhan 2. Mengabutkan bahan bakar sesuai dengan derajat pengabutan yang diminta;

3. Mendistribusikan bahan bakar untuk memperoleh pembakar sempurna dalam waktu yang ditetapkan.

Tekanan udara di dalam silinder sudah sangat tinggi (35-50 atm) ketika bahan bakar disemprotkan. Dengan sendirinya tekanan penyemprotan haruslah lebih tinggi dari tekanan udara tersebut. Kelebihan tekanan itu juga diperlukan untuk memperoleh kecepatan penyemprotan (kecepatan bahan bakar ke luar dari penyemprot) tertentu, yaitu sesuai dengan derajat pengabutan yang diinginkan. Makin besar kecepatan penyemprotan makin tinggi derajat pengabutannya. Kecepatan tersebut dapat mencapai 400 m/detik dengan tekanan penyemprotan 70-1000 kg/cm2.

Komponen penyemprot yang mengatur bentuk pancaran bahan bakar dinamai nosel. Tekanan penyemprotan dihasilkan oleh pompa bahan bakar tekanan tinggi yang berdiameter antara 1,5 - 4 mm (bergantung pada jumlah bahan bakar yang disemprotkan) bahan bakar mengalir ke penyemprot dan akhirnya masuk ke ruang tekanan di dalam nosel. Di dalam nosel, katup menutup lubang nosel karena adanya gaya pegas yang besarnya dapat diatur sesuai dengan tekanan penyemprotan yang dikehendaki. Apabila gaya bahan bakar yang ada di dalam ruang tekanan tersebut lebih besar daripada gaya pegas, katup nosel akan terangkat sehingga lubang nosel terbuka. Dengan kecepatan tinggi, mengalirlah bahan bakar ke dalam silinder melalui lubang nosel. Jadi, bahan bakar barulah dapat masuk ke dalam ruang bakar apabila tekanannya cukup besar untuk melawan gaya pegas yang menekan katup nosel itu.

2.2.5 Proses Pembakaran dan Bahan Bakar

Proses pembakaran adalah suatu reaksi kimia cepat antara bahan bakar (hidrokarbon) dengan oksigen dari udara. Proses pembakaran ini tidak terjadi sekaligus tetapi memerlukan waktu dan terjadi dalam beberapa tahap.

Laju kenaikan tekanan yang terlalu tinggi tidaklah dikehendaki karena dapat menyebabkan beberapa kerusakan. Maka haruslah diusahakan agar periode persiapan pembakaran terjadi sesingkat-singkatnya sehingga belum terlalu banyak bahan bakar yang siap untuk terbakar selama waktu persiapan pembakaran.

Karena itu segenap usaha haruslah ditujukan untuk mempersingkat periode persiapan pembakaran, antara lain dengan cara sebagai berikut :

1. Menggunakan perbandingan kompresi yang tinggi 2. Memperbesar tekanan dan temperatur udara masuk

3. Memperbesar volume silinder sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh perbandingan luas dinding terhadap volume yang sekecil-kecilnya untuk mengurangi kerugian panas

4. Menyemprotkan bahan bakar pada saat yang tepat dan mengatur pemasukan jumlah bahan bakar yang sesuai dengan kondisi pembakaran

5. Menggunakan jenis bahan bakar yang sebaik-baiknya

6. Mengusahakan adanya gerakan udara yang turbulen untuk menyempurnakan proses pencampuran bahan bakar udara

7. Menggunakan jumlah udara untuk memperbesar kemungkinan bertemunya bahan bakar dengan oksigen dari udara.

Pada gambar dapat dilihat tekanan udara akan naik selama langkah kompresi berlangsung. Beberapa derajat sebelum torak mencapai TMA bahan bakar mulai disemprotkan. Bahan bakar akan segera menguap dan bercampur dengan udara yang sudah bertemperatur tinggi. Oleh karena temperaturnya sudah melebihi temperatur penyalaan bahan bakar, bahan bakar akan terbakar sendiri dengan cepat. Waktu yang diperlukan antara saat bahan bakar mulai disemprotkan dengan saat mulai terjadinya pembakaran dinamai periode persiapan pembakaran(1). Sesudah melampaui periode persiapan pembakaran, bahan bakar akan terbakar dengan cepat, hal tersebut dapat dilihat pada grafik sebagai garis lurus yang menanjak, karena proses pembakaran tersebut terjadi dalam suatu proses pengecilan volume (selama itu torak masih bergerak menuju TMA). Sampai torak bergerak kembali beberapa derajat sudut engkol sesudah TMA, tekanannya masih bertambah besar tetapi laju kenaikan tekanannya berkurang. Hal ini disebabkan karena kenaikan tekanan yang seharusnya terjadi dikompensasi oleh bertambah besarnya volume ruang bakar sebagai akibat bergeraknya torak dari TMA ke TMB.

Periode pembakaran. Ketika terjadi kenaikan tekanan yang berlangsung dengan cepat (garis tekanan yang curam dan lurus, garis BC pada grafik) dinamai periode pembakaran cepat (2). Periode pembakaran ketika masih terjadi kenaikan tekanan sampai melewati tekanan yang maksimum dalam tahap berikutnya (garis CD), dinamai periode pembakaran terkendali (3). Dalam hal terakhir ini jumlah bahan bakar yang masuk ke dalam silinder sudah mulai berkurang, bahkan mungkin sudah dihentikan. Selanjutnya dalam periode pembakaran lanjutan (4) terjadi proses penyempurnaan pembakaran dan pembakaran dari bahan bakar yang belum sempat terbakar.

Hal tersebut terakhir merupakan persyaratan mutlak bagi motor Diesel karena proses pencampuran bahan bakar-udara hanya terjadi dalam waktu yang singkat. Jadi, bahan bakar yang sebaiknya digunakan pada motor Diesel adalah jenis bahan bakar yang dapat segera terbakar (sendiri), yaitu yang dapat memberikan periode persiapan pembakaran yang pendek. Sebagai bahan bakar standar dipergunakan bahan bakar hidrokarbon rantai lurus, yaitu hexadecane atau cetane (C16H34) dan alpha-methylnaphtalene.

Gambar 2.7 C16H34 (hidrokarbon rantai lurus)

[15]

Gambar 2.8alpha-methylnaphtalene[16]

C16H34 adalah bahan bakar dengan periode persiapan pembakaran yang

pendek, kepadanya diberikan angka 100 (bilangan setana = 100). Sedangkan alpha-methylnaphtalene mempunyai periode pembakaran yang panjang, jadi tidak baik dipergunakan sebagai bahan bakar motor Diesel, kepadanya diberikan angka 0 (bilangan setana = 0).

Bahan bakar dengan bilangan setana yang lebih tinggi menunjukkan kualitas bahan bakar yang lebih baik untuk motor diesel. Bahan bakar motor Diesel komersial yang diperdagangkan mempunyai bilangan setana antara 35-55. Pada umumnya boleh dikatakan bahan bakar hidrokarbon dengan struktur atom rantai lurus mempunyai bilangan setana lebih tinggi daripada bahan bakar dengan struktur atom yang rumit. Motor Diesel kecepatan tinggi sebaiknya menggunakan bahan bakar dengan bilangan setana yang tinggi.

Demikianlah secara umum boleh dikatakan bahwa bahan bakar yang baik untuk motor Diesel adalah bahan bakar yang memiliki bilangan setana tinggi; viskositas yang rendah untuk mengurangi tekanan penyemprotan; sifat melumas

yang baik supaya tidak merusak pompa tekanan tinggi; bulk modulus yang tinggi untuk memudahkan penyemprotan, dan titik didih yang tinggi supaya tidak mudah menguap. Selain itu diusahakan agar kadar belerang dan aromatiknya rendah serta adanya aditif untuk meningkatkan mutu bahan bakar.

2.2.6 Prestasi Motor Diesel

Bagian ini membahas tentang prestasi mesin pembakaran dalam. Parameter mekanik yang termasuk dalam subbab ini adalah :

a. Torsi

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan dinamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat dinamometer yang bertindak seolah-olah seperti sebuah rem dalam sebuah mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering juga disebut dengan brake power. Torsi didefinisikan sebagai gaya yang bekerja pada jarak momen dan memiliki satuan N-m atau lbf-ft.

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 .( .� )

60 ... (2.1) T = .60

2 . ... (2.2)

b. 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 :

= 2 .( .�)

60 ... (2.3) Dimana :

PB = daya ( W )

T = torsi ( Nm )

n = putaran mesin ( Rpm )

c. 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 = 10 3

... (2.4) ṁf =

8 10−3

3600 ... (2.5) Dimana :

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

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

d. Air Fuel Ratio (AFR)

Di dalam mesin, bahan bakar dibakar oleh udara. Udara kering merupakan sebuah campuran berbagai gas yang memiliki komposisi representatif 20% oksigen, 78,09% nitrogen, 0,93% argon, dan beberapa kandungan karbon

dioksida, neon, helium, metana, dan gas-gas lainnya. Pada pembakaran, oksigen merupakan komponen reaktif dari udara. Bahan bakar yang digunakan di dalam motor bakar merupakan campuran dari berbagai komponen hidrokarbon yang didapat melalui proses penyulingan minyak maupun minyak kasar. Bahan bakar ini didominasi oleh karbon dan hidrogen (sekitar 86% karbon, dan 14% hidrogen) walaupun demikian bahan bakar diesel bisa mengandung kadar sulfur hingga 1%. Pada pengujian mesin, aliran massa udara dan aliran massa bahan bakar biasanya diukur. AFR merupakan rasio aliran massa udara dengan aliran massa bahan bakar yang terjadi di dalam ruang bakar.

� = =ṁ

ṁ ………...………(2.6) Dimana :

ṁ = Laju aliran massa udara ( kg/jam )

ṁ = Laju aliran masa bahan bakar ( kg/jam )

Rentang AFR yang normal untuk mesin berpenyalaan kompresi (mesin diesel) dengan bahan bakar diesel adalah 18 ≤ AFR ≥ 70(Pulkrabek, 1997) [5]

e. 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 (thermal efficiency, ηb).

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

satuan kg/jam, maka: ηb =

.

3600 ... (2.7)

f. Efisiensi Volumetris

Efisiensi thermal efektif merupakan daya poros dibagi oleh hasil kali jumlah bahan bakar terpakai per satuan waktu dan nilai kalor bawah bahan bakar tersebut (Arismunandar dan Koichi, 1979). Kerja berguna yang dihasilkan selalu

lebih kecil dari pada energi yang dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi-rugi mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar. Efisiensi ini disebut juga sebagai efisiensi termal brake. Jika daya keluaran PB dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar mf dalam satuan kg/jam, maka:

ηb = 3600 x ηm...(2.8) g. Heat Loss pada Saluran buang

Heat loss in exhaust atau dapat dikatakan sebagai besar kehilangan energi yang terjadi akibat adanya aliran gas panas buang dari exhaust manifold ke lingkungan. Gas buang ini berupa aliran gas panas.

Besarnya Heat Loss dapat dihitung dengan menggunakan persamaan 2.9 di bawah ini.

% Heat Loss = (ma x mf)x (Te – Ta )………...(2.9) dimana:

Te = suhu gas keluar exhaust manifold Ta = Suhu lingkungan (27oC)

Untuk mengetahui persentase heat loss, maka dilakukan perbandingan antara besarnya heat loss dengan energi yang dihasilkan dalam pembakaran bahan bakar.

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 so lar ini biasa disebut juga Gas Oil, Automotive Diesel Oil, High Speed Diesel (Pertamina: 2005).

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. Minyak solar yang sering digunakan adalah hidrokarbon rantai lurus hetadecene (C16H34) dan alpha-methilnapthalene (Darmanto, 2006).

2.3 Karakteristik Bahan Bakar Solar

Untuk dapat menyala dan terbakar bahan bakar solar harus 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 dan (Mathur, Sharma, 1980).

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. . CN yang tinggi berarti waktu tunda penyalaan lebih singkat. Bahan bakar diesel (solar) memiliki 3 jenis kategori, yaitu :

1. Solar kategori I: memiliki CN minimum 48 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 5000 ppm.

2. Solar kategori II: memiliki CN minimum 52 dengan kandungan sulfur maksimum adalah 300 ppm.

3. Solar kategori III: memiliki CN minimum 54 serta bebas kandungan sulfur.

b. 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.Jika viskositas semakin tinggi, maka tahanan untuk mengalir akan semakin tinggi. Karakteristik ini sangat penting karena mempengaruhi kinerja

injektor pada mesin diesel. Atomisasi bahan bakar sangat bergantung pada viskositas, tekanan injeksi serta ukuran lubang injektor. Viskositas yang lebih tingi akan membuat bahan bakar teratomisasi menjadi tetesan yang lebih besar dengan momentum tinggi dan memiliki kecenderungan untuk bertumbukan dengan dinding silinder yang relatif lebih dingin.Bahan bakar dengan viskositas lebih rendah memproduksi spray yang terlalu halus dan tidak dapat masuk lebih jauh ke dalam silinder pembakaran, sehingga terbentuk daerah fuel rich zone yang menyebabkan pembentukan jelaga. Viskositas juga menunjukkan sifat pelumasan atau lubrikasi dari bahan bakar. Viskositas yang relatif tinggi mempunyai sifat pelumasan yang lebih baik. Pada umumnya, bahan bakar harus mempunyai viskositas yang relatif rendah agar dapat mudah mengalir dan teratomisasi Hal ini dikarenakan putaran mesin yang cepat membutuhkan injeksi bahan bakar yang cepat pula. Namun tetap ada batas minimal karena diperlukan sifat pelumasan yang cukup baik untuk mencegah terjadinya keausan akibat gerakan piston yang cepat.

c. Titik nyala( flash point).

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

o

C.

d. Berat Jenis

Berat jenis menunjukkan perbandingan berat per satuan volume, karakteristik ini berkaitan dengan nilai kalor dan daya yang dihasilkan oleh mesin diesel per satuan volume bahan bakar. Berat jenis bahan bakar diesel diukur dengan menggunakan metode ASTM D287 atau ASTM D1298 dan mempunyai satuan kilogram per meter kubik (kg/m3).

e. Mutu penyalaan.

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.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. Bahan bakar dengan mutu penyalaan yang baik akan memberikan mutu operasi mesin yang lebih halus, tidak bising, terutama akan menonjol pada beban ringan.

f. 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 %. Kadar sulfur dalam bahan bakar diesel dari hasil penyulingan pertama (straight-run) sangat bergantung pada asal minyak mentah yang akan diolah. Pada umumnya, kadar sulfur dalam bahan bakar diesel adalah 50-60% dari kandungankandungan dalam minyak mentahnya. Kandungan sulfur yang berlebihan dalam bahan bakar diesel dapat menyebabkan terjadinya keausan pada bagian-bagian mesin. Hal ini terjadi karena adanya partikel-partikel padat yang terbentuk ketika terjadi pembakaran dan dapat juga disebabkan karena keberadaan oksida belerang seperti SO2 dan SO3. Karakteristik ini ditentukan dengan menggunakan metode ASTM D1551.

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 Spesifukasi 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 Setana 48 - D4737

3 Berat Jenis pada 15oC kg/m3 815 870 1298 / D-4737 4 Viskositas pada 40 oC Mm/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 1 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 1 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-227

20 Penampilan Visual - Jernih dan terang

21 Warna No. ASTM - 3,0 D-1500

g.Titik Tuang.

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

h. Sifat korosif.

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

i. 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%.

j. Residu karbon.

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

k. Indeks Diesel

Indeks diesel adalah suatu parameter mutu penyalaan pada bahan bakar mesin diesel selain angka setana. Mutu penyalaan dari bahan bakar diesel dapat diartikan sebagai waktu yang diperlukan untuk bahan bakar agar dapat menyala di ruang pembakaran dan diukur setelah penyalaa. Nilai indeks diesel dipengaruhi oleh titik anilin dan berat jenisnya.

2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar.

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

a. 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- 2

8) + 9400 S ... (2.9) 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

b. 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) ... (2.10)

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).

2.5. Magnet

2.5.1 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 berikut memperlihatkan peristiwa ini.

Gambar 2.9 Kutub-kutub magnet[17]

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.

2.5.2 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 medan magnet dan garis gaya magnet.

.Gambar 2.10 Fluks Medan Magnet[18]

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 2.11 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet.[19]

Serbuk besi nampaknya tersebar disepanjang garis-garis yang tidak terlihat. Garis-garis ini disebut Garis-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.

2.5.3 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.

2.5.4 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.

2.6 Efek Magnetisasi Pada Bahan Bakar Solar

2.6.1 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. Ketika solar 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.

2.6.2 Prinsip Kerja Magnet Pada Saluran Bahan Bakar

Penggunaan magnet ditujukan untuk menghemat bahan bakar dikarenakan di dalamsaluran 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 2.12 Mekanisme kerja magnet[21]

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.

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara selama lebih kurang 3 bulan.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari:

1. Small Test Engine Bed TD 115 MK II

Gambar 3.1 Small Test Engine Bed TD111 MKII Spesifikasi:

Model : TD 111 MKIIFour-Stroke Diesel Engine Type : ROBIN-FUJI DY23D

Valve Position : Overhead

Bore : 70

Stroke : 60

Compression Ratio : 21 Number of Cylinder : 1 Maximum Speed : 3600

2. I.C Engine Instrumentation TD 114

Gambar 3.2 IC Engine Instrumentation TD 114

Disambungkan ke Small Test Engine Bed TD111 untuk mengukur torsi, temperatur gas buang, dan putaran mesin (RPM).

3. Tecquipment Small Test Engine Bed TD115 MKII

Gambar 3.3Tecquipment TD115 MK II

Model : TD 115 MK II

Type : Dynamometer

Max output : 7,5 Kw Rated output : 5 Kw Rated speed : 6000 rpm

4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, obeng, tang, dan palu.

5. Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk

menghabiskan bahan bakar.

6. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci ring, obeng, tang, dan palu.

7. Stopwatch untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin untuk

menghabiskan bahan bakar.

8. Beaker glass digunakan untuk menentukan jumlah bahan bakar yang akan dipakai.

9.Magnet

Magnet yang digunakan ada 3 jenis yaitu :

 Magnet XMerek = EF-1 EVINDO = gauss

Gambar 3.4 Magnet EV 1

Gambar 3.5 Magnet Batangan

 Magnet Z : Magnet New Femax silver = 350 gauss

Gambar 3.6 Magnet New Femax silver 3.2.2 Bahan

Solar murni

Bahan bakar solar murni sebanyak 10 liter.

3.3 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 masing – masing pengujian.

2. Data sekunder, merupakan data tentang uji komposisi bahan bakar yang digunakan dalam pengujian.

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari hasil pengujian diolah menggunakan rumus yang ada, kemudian hasil dari peritungan disajikan dalam bentuk tabulasi dan grafik. 3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian

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

2. Torsi mesin ( T )

3. Konsumsi bahan bakar spesifik ( sfc ) 4. Air Fuel Ratio (AFR)

5. Efisiensi termal 6. Efisiensi Volumetris 7. Heat Loss

Prosedur pengujian dibagi menjadi beberapa tahap, yaitu :

1. Pengujian mesin diesel tanpa magnet menggunakan bahan bakar solarmurni

2. Pengujian mesin diesel menggunakan Magnet X berbahan bakar solar murni

3. Pengujian mesin diesel menggunakan Magnet Yberbahan bakar solar murni

4. Pengujian mesin diesel menggunakan Magnet Z berbahan bakar solar murni.

3.6 Prosedur Pengujian Prestasi Mesin Diesel

Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Kalibrasi instrumentasi mesin diesel sebelum digunakan.

2. Mengoperasikan mesin dengan menarik poros engkol mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5 menit, dan mengalirkan air ke dalam mesin. 3. Mengatur putaran mesin pada 1600 rpm dengan menggunakan tuas

kecepatan dan memastikan putaran mesin dengan melihat data analog pada instrumentachometer.

4. Meletakkan beban statis pada dynamometer, kemudian menggoyang beban statis dynamometer untuk memastikan nilai torsi stabil

5. Mengamati konsumsi bahan bakar yang akan diuji pada tabung kuantitas 56 mldan dihitung dengan stopwatch.

6. Mencatat hasil pengujian yang meliputi Torsi, tekanan udara pada manometer, temperatur gas buang, waktu menghabiskan 56 ml bahan bakar.

7. Mengulangi pengujian menggunakan variasi beban statis (3,5 kg dan 4,5 kg), variasi magnet (Magnet X, Magnet Y dan Magnet Z) sertaputaran mesin yang berbeda (1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm).

3.7 Prosedur Pengujian Prestasi Mesin Diesel Dengan Menggunakan Magnet Prosedur pengujian performansi motor dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Kalibrasi instrumentasi mesin diesel sebelum digunakan.

2. Mengoperasikan mesin dengan menarik poros engkol mesin, kemudian memanaskan mesin selama 5menit, dan mengalirkan air ke dalam mesin. 3. Memasang Magnet X / Magnet Y / Magnet Z pada saluran injeksi bahan

bakar solar pada mesin diesel.

4. Mengatur putaran mesin pada 1600 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan dan memastikan putaran mesin dengan melihat data analog pada instrumentachometer.

5. Meletakkan beban statis pada dynamometer, kemudian menggoyang beban statis dynamometer untuk memastikan nilai torsi stabil

6. Mengamati konsumsi bahan bakar yang akan diuji pada tabung kuantitas 56 mldan dihitung dengan stopwatch.

7. Mencatat hasil pengujian yang meliputi Torsi, tekanan udara pada manometer, temperatur gas buang, waktu menghabiskan 56 ml bahan bakar.

8. Mengulangi pengujian menggunakan variasi beban statis (3,5 kg dan 4,5 kg), variasi magnet, dan putaran mesin yang berbeda (1600 rpm, 1800 rpm, 2000 rpm, 2200 rpm, 2400 rpm dan 2600 rpm).

3.8 Diagram Alir Penelitian

_{Penelusuran literatur dan penyusunan skripsi}

Mulai

Pemasangan magnet pada saluaran minyak

2500 Gauss 2100 Gauss 310Gauss

Pencatatan lamanya waktu menghabiskan 56 ml

rpm torsi Suhu gas buang Aliran Udara

Ya

Kesimpulan

Selesai

Mengakalibrasi Mesin dan alat penelitian

 Mengatur putaran mesin : n rpm

 Pemberian beban statik : 3,5 kg / 4,5 kg

Pemasangan magnet pada saluran minyak

Data memenuhi

Tidak

BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Prestasi Mesin Diesel

Pengujiaan prestasi mesin diesel satu silinder TecQuipment TD 111 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.

 Waktu untuk menghabiskan 56 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan stopwatch.

 Torsi (N.m), melalui torquemeter.

 Tinggi Kolom Udara (mm H2O) melalui pembacaan padaair flow manometer.

 Temperaturgas buang (oC), melalui pembacaan exhaust temperaturemeter. Pengujian dilakukan dengan membuat asumsi dalam kondisi standard :

 Temperatur ambien = 27oC

 Specific gravity bahan bakar diesel = 0,84 (Tecquipment, 2000)  Tekanan ambien = 100 kPa

 Densitas udara = 1,181 kg/m3 (pulkrabek, 1997)

4.2 Hasil Pengujian Engine Tes Bed TD -111

Padaengine tes bed TD -111 di lakukan pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115. Pengujian dilakukan dengan variasi putaran mesin sebanyak 6 variasi, variasi magnet sebanyak 3 variasi dan variasi beban statis sebanyak 2 variasi yakni : 3,5 kg dan 4,5 kg.

4.2.1 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Tanpa Menggunakan Magnet Berikut hasil pembacaan instrument alat ukur mesin diesel engine tes bed TD -111 pada pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115 tanpa menggunakan magnet adalah sebagai berikut :

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Beban

Statis (kg)

Putaraan (rpm)

Waktu (detik)

Torsi (N.m)

Tekanan Udara (mmH2O)

Temp.Gas Buang (oC)

3,5

1600 865 6,6 8,5 150

1800 780 7,1 9,5 155

2000 675 8,3 11 160

2200 606 9,6 13 175

2400 483 11,3 16,5 210

2600 429 11,8 18,5 220

4,5

1600 776 11,4 9 160

1800 708 11,9 10,5 165

2000 628 12,3 12 170

2200 534 12,9 14 185

2400 481 13,5 15,5 205

4.2.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunakan Magnet X.

Berikut hasil pembacaan instrument alat ukur mesin diesel engine tes bed TD -111 pada pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115 + menggunakan Magnet X (bermedan magnet = 2500 Gauss) adalah sebagai berikut :

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet X Beban

Statis (kg)

Putaraan (rpm)

Waktu (detik)

Torsi (N.m)

Tekanan Udara (mmH2O)

Temp.Gas Buang (oC)

3,5

1600 865 6,9 9 140

1800 780 7,4 10 145

2000 675 8,6 11,5 150

2200 606 9,9 13,5 165

2400 483 11,5 17 200

2600 429 12 19 210

4,5

1600 776 11,7 9,5 155

1800 708 12,2 11 160

2000 628 12,6 12,5 165

2200 534 13,2 14,5 180

2400 481 13,8 16 200

2600 410 14,5 18,5 225

4.2.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Y.

Berikut hasil pembacaan instrument alat ukur mesin diesel engine tes bed TD -111 pada pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115 + menggunakan Magnet Y(bermedan magnet = 2000 Gauss) adalah sebagai berikut :

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel + Magnet Y Beban

Statis (kg)

Putaraan (rpm)

Waktu (detik)

Torsi (N.m)

Tekanan Udara (mmH2O)

Temp.Gas Buang

(oC)

3,5

1600 870 6,8 9 145

1800 785 7,3 10 150

2000 681 8,4 11,5 160

2200 610 9,8 14 175

2400 489 11,5 17 210

2600 433 11,9 18,5 220

4,5

1600 780 11,6 9,5 155

1800 718 12,1 11 160

2000 642 12,4 12,5 170

2200 554 13 14,5 185

2400 501 13,6 16 205

2600 431 14,3 18,5 230

4.2.4 Hasil Pengujian Prestasi Mesin Diesel Menggunkan Magnet Z.

Berikut hasil pembacaan instrument alat ukur mesin diesel engine tes bed TD -111 pada pengujian dan hasil uji diamati pada instrumentasi pembaca TD – 115 + menggunakan Magnet Z(bermedan magnet = 350 Gauss) adalah sebagai berikut :

Tabel 4.11 Data Perhitungan Heat Loss (%) Beban

Statis (kg)

Putaraan (rpm)

Tanpa magnet

(+) Magnet X (+) Magnet Y (+) Magnet Z

3,5

1600 13,460 13,669 14,135 13,888

1800 14,106 14,334 14,781 14,596

2000 14,693 14,956 16,128 15,238

2200 _{17,315 17,689 19,479 18,733}

2400 21,662 22,550 23,355 22,746

2600 22,735 23,723 23,957 23,245

4,5

1600 14,171 15,186 15,028 14,537

1800 15,286 16,314 16,166 15,687

2000 16,030 17,042 17,634 16,455

2200 17,928 19,032 19,588 18,443

2400 _{20,267 21,539 22,079 20,830}

2600 _{23,519 24,981 25,503 24,158}

 Pada pembebanan statis 3,5 kg Heat loss tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X pada putaran 2600 dan yaitu sebesar :23,245 %, sedangkan Heat Loss terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu : 13,669 % dengan menggunakan Magnet Z.

 Pada pembebanan statis 4,5 kg Heat loss tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X pada putaran 2600 yaitu sebesar :22,812 %, sedangkan Efisiensi Volumetris terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu : 14,214 % dengan menggunakan Magnet Z.

Perbandingan Efisiensi Volumetris untuk masing-masing pengujian dari setiap variasi beban, putaran mesin serta variasi magnet dapat dilihat pada gambar berikut :

Gambar 4.14 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg

Gambar 4.15 Grafik Heat Loss vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg Dari gambar grafik 4.14 dan gambar grafik 4.15 dapat dilihat efisiensi thermal braketertinggi terjadi pada penggunaan magnet X ( berkekuatan 2500 Gauss), sedangkanefisiensi volumetris terendah pada penggunaaan magnet Z ( berkekuatan 350 Gauss).

0 5 10 15 20 25 30

1600 1800 2000 2200 2400 2600

H ea t Lo ss (% ) rpm

Heat Loss pada pembebanan 3,5 kg

Tanpa Magnet Pakai Magnet X Pakai Magnet Y Pakai Magnet Z

0 5 10 15 20 25 30

1600 1800 2000 2200 2400 2600

H e a t lo ss (% ) rpm

Heat Loss pada pembebanan 4,5 kg

Tanpa Magnet Pakai Magnet X Pakai Magnet Y Pakai Magnet Z

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Daya poros (power brake) yang tertinggi dihasilkan dari besar pengaruh medan magnet terhadap mesin diesel ini adalah 3,238 kW pada putaran 2600 pada beban 4,5 kg dengan menggunakan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss). Daya yang terendah dihasilkan dari pengaruh medan magnet terhadap mesin diesel ini adalah 1,122 kW pada putaran 1600 rpm dengan beban 3,5 kg menggunakan magnet Z (berkekuatan 350 Gauss).

2. Laju bahan bakar (mf) tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss) pada putaran 2600 yaitu sebesar : 0.388 kg/jam pada pembebanan 4,5 kg, sedangkan laju bahan bakar (mf) terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu: 0,200 kg/jam dengan menggunakan Magnet X(berkekuatan 2500 Gauss) pada pembebanan 3,5 kg.

3. Konsumsi bahan bakar (sfc) tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss) pada putaran 1600 yaitu sebesar : 172 g/kWh pada pembebanan statis 3,5 kg, sedangkan sfc terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu : 113 g/kWh dengan menggunakan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss) pada pembebanan statis 3,5 kg.

5. AFR tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss) pada putaran 2400 yaitu sebesar : 54,58 pada pembebanan statis 3,5 kg, sedangkan AFR terendah diperoleh pada putaran1600 yaitu : 45,61 dengan menggunakan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss) pada pembebanan 4,5 kg.

6. Efisiensi Volumetris tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss) pada putaran 2400 dan yaitu sebesar : 94,61 % pada pembebanan statis 3,5 kg, sedangkan Efisiensi Volumetris terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu : 72,60 % dengan menggunakan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss).

7. Efisiensi Termal Brake tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss) pada putaran 2600 yaitu sebesar : 24,29 % pada pembebanan statis 4,5 kg, sedangkan efisiensi termal brake terendah diperoleh pada putaran 1600 yaitu : 13,13 % dengan menggunakan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss)..

8. Heat loss tertinggi diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet X (berkekuatan 2500 Gauss) pada putaran 2600 yaitu sebesar : 23,24 % pada pembebanan statis 4,5 kg, sedangkan Heat Loss terendah diperoleh dari pengaruh penggunaan Magnet Z (berkekuatan 350 Gauss) pada putaran 1600 yaitu : 13,53 % pada pembebanan 3,5 kg.

9. Penggunaan dari magnet pada saluran minyak dengan kekuatan medan magnet 350 Gauss, 2000 Gauss dan 2500 Gauss menunjukkan peningkatan prestasi dari mesin diesel stasioner satu silinder.

5.2 SARAN

1. Pada saat penyetingan rpm perhatikan jarum indikator sebelum memulai waktu konsumsi bahan bakar

2. Pada saat pengambilan data, baker glass pada volume bahan bakar yang akan digunakan haruslah diperhatikan dengan baik dan sesama, bila tidak akan mengakibatkan udara vakum dalam bahan bakar yang mengakibatkan mesin akan mati.

3. Pada pemasang magnet pada saluran minyak, perlu diperhatikan stabilitas dalam pemasangan.

4. Pada penelitian berikutnya agar mengambil variasi medan magnet yang lebih beragam dan dengan variasi beban juga.

DAFTAR PUSTAKA

1. Amir, Isril, Panduan Praktikum Bom Kalorimeter, Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan, 1996.

2. Arismunandar, Wiranto. 2002. Penggerak Mula Motor Bakar Torak. Edisi kelima. Bandung : ITB

3. Arismunandar, Wiranto. 2004. Motor Diesel Putaran Tinggi. Jakarta : Pradnya Paramita.

4. Heywood. John B. 1998. Internal Combustion Engines Fundamental. New York.

5. Pulkrabek, Willard W. 1997. Engineering Fundamental of the Internal Combustion Engine. New Jersey: Prentice Hall.

6. Y. A. Cengel and M. A. Boles. 2006. Thermodynamics An Engineering Approach, 5th ed: McGraw-Hill.

7. Manual book of TD 110-115 Test Bed And Instrumentation For Small Engines. TQ Education And Training Ltd,2000.

8. http://www.migas.esdm.go.id/show.php?fd=5&id=gerbang_260_1.jpg

diakses pada tanggal 14 Februari 2015

9. http://www.migas.esdm.go.id/download.php?fl=gerbang_152_7.pdf&fd=9

diakses pada tanggal 14 Februari 2015

10. http://www.dailymagnindo.com/ diakses pada tanggal 14 Februari 2015

11. http://www.magnetizer.com/ diakses pada tanggal 14 Februari 2015

12.

http://otomotif-1978.blogspot.com/2010/10/cara-kerja-motor-bensin-dan-diesel.html diakses pada tanggal 14 Februari 2015

13. http://qtussma.wordpress.com/2012/01/12/motor-2-tak-dan-motor-4-tak/

diakses pada tanggal 14 Februari 2015

14.

http://pustakadewa.blogspot.com/208/09/mesin-diesel-4-tak-four-stroke-cycle.html diakses pada tanggal 14 Februari 2015

15. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hexadecane3D.png diakses pada

16. http://en.wikipedia.org/wiki/1-Methylnaphthalene diakses pada tanggal 26 Januari 2015

17. http://wikis.engrae.com/magnetismphyicalpropert diakses pada tanggal 26

Januari 2015

18. http://www.met.reading.ac.id/pplato2/h-flap/phys42.html diakses pada

tanggal 26 Januari 2015

19. http://id.wikipedia.org/wiki/Magnet diakses pada tanggal 26 Januari 2015

20.

http://www.energyefficiencyasia.org/docs/ee_modules/indo/Chapter%20-%20Fuels%20and%20combustion%20(Bahasa%20Indonesia).pdf diakses

pada tanggal 26 Januari 2015

21. http://www.academia.edu/5614405/Aplikasi_Tek_Penghemat_BBM_dan_

Reduksi_Emisi_Makalah_Konfrensi_Kelautan_UGM_2010 diakses pada