29
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Diagram Alir Metodologi Penelitian
Didalam melakukan penelitian diperlukan beberapa tahapan agar dapat berjalan lancar, sistematis dan sesuai dengan prosedur dan literatur yang ada.
Gambar 3.1 Diagram alir metodologi penelitian.
Keterangan: Bekerja baik : karena alat venturi scrubber pada penelitian ini dapat berfungsi dengan
baik dalam menurunkan temperatur yang diinginkan.
Mulai
Tidak
Ya
Referensi Pendukung
Selesai
Pengolahan Data dan Pembahasan Persiapan Pengujian
Pelaksanaan Pengujian dan Pengambilan Data
Kesimpulan dan Saran Penbuatan dan Perakitan
Sistem Venturi Scrubber EGR
Validasi Alat Ukur Pengetesan Sistem Kerja dan mesin Diesel
Desain dan Persiapan Komponen Sistem Venturi Scrubber
EGR beserta alat ukur Alat Ukurnya
Studi Pustaka Desain
Venturi Scrubber
Bekerja Baik
3.2. Deskripsi Alat
Alat uji yang di dinamometer, dan ala
skema di bawah :
Keterangan gamb 1.
Mesin 2.
Ventur 3.
Termok 4.
Heater 5.
Termok 6.
EGR o 7.
Termok 8.
Manom
at-Alat Uji
digunakan dalam pengijian bahan bakar solar alat ukur lainnya. Susunan dari alat uji adalah
Gambar 3.2 Deskripsi alat-alat uji
mbar: in diesel
9. Ka turi scrubber
10. Din okopel T
3
11. Bu ter
12. Ter okopel T
1
13. Ma orifice
14. Ter okopel T
2
15. In ometer EGR
16. Ka
30
lar terdiri dari mesin uji, lah seperti tampak pada
Katup EGR Dinamometer
Buret Termokopel T
4
Manometer intake Termokopel T
5
Intake orifice Katup
31
3.2.1. Mesin Uji
Gambar 3.3 Mesin uji
32
Tabel 3.1 Spesifikasi mesin
Isuzu zirang semarang Uraian
C223 Tipe Mesin
Pendinginan air,4 langkahsejajar tipe katup atas
Tipe ruang bakar Tipe ruang pusar
Tipe pelapis dalam silinder kering cromard liner
Sisitim gigi timing Roda gigi
Jumlah ringpiston Ring kompresi 2 ring minyak 1
Jumlah silinder - garis tengah x langkah
mm 4 - 88 x 92
Isi silinder cc
2.238 Perbandingan kompresi
21:01 Ukuran mesin :
panjang x lebar x tinggi mm
741 x 546 x 716 Berat mesin
kg 220
Urutan injeksi bahan bakar 1-3-4-2
Timing injeksi bahan bakar 10°
Tipe pompa injeksi Bosch distributor
Tipe alat pengabut Tipe throttle
Tekanan awalinjeksi kgcm2
105 Tekanan kompresi
kgcm2 31 pada 200 rpm
Putaran tanpa beban rpm
675-725 Celah katupisap dan buang
rpm dingin0.45
Katup isap terbuka pada 11° sb TMA
tertutup pada 49° sd TMB
Katup buang terbuka pada 51° sb TMB
tertutup pada 9° sd TMA
Metode pelumasan Sirkulasi bertekanan
Kapasitas minyak pelumas liter
6.0 Metode pendinginan
Sirkulasi bertekanan Kapasitas air pendinginan
liter 9.0
Tipe baterai - tegangan V NS70 - 12
Kapasitas dinamo pengisi V - ah
12 - 40 Kapasitas stater
V -Kw 12 - 2.0
Tahun produksi 1991
33
3.2.2. Alat Uji Gas Buang
Gambar 3.4 Alat uji gas buang
Tabel 3.2 Spesifikasi alat uji gas buang
Uraian Stargass
Power 270V 50-60Hz
Battery 16V 5A fuse
Max consumption 70Wr
Display LCD 320x240
Printer Thermal bi-color blackred,24
columns Serial ports
COM1, COM2, RS232, RS485 Video plug VGA
PALor NTSC Parameters Abient temperature
-40 - +60 celcius Ambient pressure
750 - 1060 hPa Ambient relative humidity
0 - 100 Refresh rate
20 times per second Flow Rate
10 liter per minute Working temperature
+5 - +40celcius Feature
Clock, date and time print Size
400x180x450 Weight
8,6 kgs Instrumen ini didesain untuk mengukur CO, CO
2
, HC, O
2
untuk mesin bensin, sedangkan untuk mesin diesel hanya bisa digunakan untuk mengukur opasitas.
34
3.2.3. Smoke Analysis Chamber
Gambar 3.5 Smoke analysis chamber
Tabel 3.3
Spesifikasi smoke analysis chamber Uraian
Keterangan Power
270V 50-60Hz Battery
16V 5A fuse Max consumption
70W Display
LCD 320x240 Printer
Thermal bi-color blackred,24 columns
Serial ports COM1, COM2, RS232, RS485
Video plug VGA PALor NTSC
Parameters Abient temperature -40 - +60 celcius
Ambient pressure 750 - 1060 hPa
Ambient relative humidity 0 - 100
Refresh rate 20 times per second
Flow Rate 10 liter per minute
Working temperature +5 - +40celcius
Feature Clock, date and time print
Size 400x180x450
Weight 8,6 kgs
35
Smoke Analysis Chamber akan menganalisa kandungan gas buang dan menghitung
campuran udara-bahan bakar lambda berdasarkan rpm mesin. Gas buang diukur dengan memasukkan probe ke dalam gas buang kendaraan. Gas buang yang dianalisa
telah dipisahkan dari kandungan airnya melalui saringan kondensasi yang lalu diteruskan ke sel pengukuran.
Pemancar akan menghasilkan sinar infra merah yang dikirim melalui filter optics ke penerima sinar infra merah untuk menganalisa kandungan gas buang berupa CO, HC,
CO
2
, yang lalu diteruskan ke amplifier dan selanjutnya ditampilkan di display. Gas yang terdapat pada sel ukur akan menyerap sinar infra merah dengan panjang gelombang
yang berbeda tergantung dari masing-masing konsentrasi gas. Gas H
2
, N
2
, dan O
2
memiliki nomor atom yang sama akan membentuk komposisi molekul dan tidak menyerap sinar infra merah. Sehingga pengukuran ketiga komponen tersebut melalui
sensor kimia. Dalam hal ini alat gas analyzer stargas 898 hanya digunkan untuk mengetahui opasity gas buang dari mesin diesel saja.
3.2.4. Buret
Gambar 3.6 Buret
36
Digunakan untuk menghitung volume bahan bakar yang dikonsumsi oleh mesin uji selama pengujian. Pemakaian bahan bakar dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan
untuk menghabiskan tiap 20 ml bahan bakar. Buret yang digunakan disini adalah pada waktu pedal rem ditekan dan menunjukkan putaran yang diinginkan maka katup bahan
bakar ditutup sehingga pemakaian bahan bakar dihitung berdasarkan waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan tiap 20 ml bahan bakar. Setelah itu katup dibuka
kembali dan seterusnya.
3.2.5. Stopwatch
Alat pencatat waktu disini digunakan untuk mengukur waktu konsumsi bahan bakar. Stopwatch yang digunakan sebanyak 3 buah dengan spesifikasi teknis sebagai
berikut
Buterfly stopwatch : range 0 sd 60 s
Gambar 3.7
Stopwatch
3.2.6 Termokopel
Gambar 3.8 Termokopel Tipe K
34
37
Tabel 3.4 spesifikasi termokopel
Thermocouple type
Overall range °C
0,1°C resolution 0,025°C resolution
K -270 to 1370
-270 to 1370 -250 to 1370
Termokopel adalah alat untuk mengukur temperatur. Prinsip dari termokopel ini adalah dua buah metal yang berbeda digabungkan bersama, sehingga menimbulkan beda
potensial jika salah satu ujungnya diberi panas. Dalam pemakaian termokopel diperlukan adanya suatu display yang berfungsi untuk menampilkan nilai dari
temperatur yang terukur. Termokopel banyak digunakan sensor suhu untuk pengukuran dan pengendalian.
Termokopel secara luas digunakan dalam ilmu pengetahuan dan industri; aplikasi meliputi pengukuran suhu untuk turbin gas buang, mesin diesel, dan proses industri
lainnya. Termokopel yang kita gunakan ini menggunakan tipe K.
3.2.7 Dinamometer
Gambar 3.9 Dinamometer
38
Tabel 3.5 spesifikasi dinamometer
Uraian Land and Sea
Hp 15 to 800 standart - single rotor
Hp option 1 to over10.000
Torque option 2 to over 5.000 lb-ft
RPM 1.000 to over 10.000standart- optional absorbers to
over 20.000
Dinamometer digunakan untuk mengukur torsi sebuah mesin. Jenis dinamometer yang digunakan adalah hidraulik dengan fluida air. Dinamometer hidraulik ini memiliki
dua komponen penting yaitu sudu gerak rotor dan sudu tetap stator. Rotor terhubung dengan poros dari mesin yang akan diukur, dimana putaran dari mesin tersebut memutar
rotor dinamometer. Rotor akan mendorong air didalam dinamometer, sehingga air akan terlempar menghasilkan tahanan terhadap putaran mesin dan menghasilkan panas.
Aliran air secara kontinu melalui rumahan casing sangat penting untuk menurunkan temperatur dan juga untuk melumasi seal pada poros. Sedangkan stator terletak
berhadapan dengan rotor dan terhubung tetap pada casing. Pada casing dipasang lengan, dimana pada ujung lengan terhadap alat ukur pembebanan sehingga torsi yang terjadi
dapat diukur. Dalam melakukan pengujian torsi kali ini, digunakan metode Constant Speed
Test yaitu metode untuk mengetahui karakteristik motor bakar yang beroperasi dengan
beban bervariasi, tapi putarannya konstan. Hal ini dilakukan dengan cara, pada bukaan gas tertentu diperoleh rpm tertingginya dan kemudian dilakuan pengeraman pada rpm
yang diinginkan hingga batas minimumnya. Dalam kondisi ini sudu gerak rotor akan tertahan oleh casing stator, pada casing dipasang lengan, dimana pda ujung lengan
terdapat alat ukur pembebanan sehingga torsi yang terjadi dapat diukur dan akan menekan batang besi sebesar beban yang tampil pada load dispay. Load display dapat
dilihat pada gambar 3.10.
39
Gambar 3.10 Display load
3.2.8 Proximity Sensor
Proximity Sensor adalah suatu alat yang digunakan untuk mengukur jumlah
putaran suatu poros yang berputar. Sensor ini mampu mendeteksi keberadaan benda di sekitarnya tanpa ada kontak fisik. Cara kerja sensor ini memancarkan medan
elektromagnetik atau listrik, atau sinar radiasi elektromagnetik inframerah, misalnya, dan mencari perubahan sinyal secara aktual.
Gambar 3.11 Proximity Sensor
40
Diperlukan display dalam penggunaan proximity sensor sebagai alat baca. Nantinya display akan menampilkan nilai RPM.
Gambar 3.12 Display proximity sensor
3.2.9 Thermostat
Thermostat adalah perangkat untuk mengatur suhu sistem sehingga suhu sistem
dipertahankan dekat suhu setpoint yang diinginkan. Thermostat melakukan pemanasan atau pendinginan atau menonaktifkan perangkat, atau mengatur aliran cairan
perpindahan panas yang diperlukan, untuk mempertahankan suhu yang tepat. Thermostat
bisa digunakan dalam banyak cara dan dapat menggunakan berbagai sensor untuk mengukur suhu. Output dari sensor kemudian mengontrol aparatus pemanasan
atau pendinginan.Thermostat dalam penelitian ini digunakan untuk mengatur suhu heater
yang disesuiakan dengan variasi.
Gambar 3.13 Thermostat autonic
41
3.2.10 Orifice Plate Flowmeter
Orifice plate adalah salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengukur laju
aliran masa dari aliran, prinsip kerjanya aliran melewati orifice plate kemudian akan mengecil dan membentuk suatu daerah yang disebut vena contracta selanjutnya akan
terjadi perbedaan tekanan aliran antara sebelum dan setelah melewati orifice plate, dan setelah itu laju aliran masa dari aliran dihitung menggunakan persamaan bernouli dan
persamaan kontinyuitas.
Gambar 3.14
Orifice plate
3.2.11 Heater
Heater yang kita gunakan memiliki daya 3000 watt, digunakan untuk memanaskan
udara setelah masuk ke katub EGR. Udara ini dipanaskan dengan 4 variasi berbeda, yaitu 37
C, 40 C
, 50 C, 60
C. Pemanasan udara ini tidak langsung masuk ke intakemanifold
, tapi masih di dalam sistem EGR, seperti nanti bisa kita lihat di hasil penelitian, dimana udara ini akan bercampur dahulu dengan udara luar sebelum masuk
ke intake manifold.
Gambar 3.15
Heater 3000 watt
42
3.2.12 Venturi Scrubber
Outlet exhaust gas
Nozzle
Poros media
Inlet exhaust gas
Gambar 3.16 Venturi Scrubber yang digunakan pada Cold EGR
Pada penelitian ini dibutuhkan sebuah Venturi Scrubber yang dapat berfungsi untuk mendinginkan udara yang bergerak didalam pipa exhaust yang akan dimasukan ke
dalam intake, oleh sebab itu Venturi Scrubber ini kita desain agar sesuai dengan hasil yang akan kita inginkan
Pendingin disini menggunakan fluida berupa air untuk mendinginkan udara panas gas buang yang mengalir. Pada intinya udara akan masuk ke HE atau Heat Exchanger
43
yang berisi poros media dan nozzle. Adapun fungsi poros media tersebut sebagai filter gas buang, sedangkan fungsi dari nozzle sebagai pendingin gas buang yang akan masuk
ke intake manifold dengan sistem pendinginan kontak langsung Direct contact. Fluida air akan mengalir berlawanan counter flow dengan arah fluida gas tersebut di dinding
dalam pipa Venturi Scrubber yang berisi gas buang, sehingga fluida air dapat menyerap panas saat terjadi Direct contact antara gas buang dan fluida air yang keluar melalui
nozzle dalam bentuk pengkabutan.
Pendinginan gas buang tadi memiliki 4 variasi suhu yaitu 37 C, 40
C , 50
C, 60 C. udara yang telah di dinginkan tadi tidak langsung masuk ke intake manifold, tapi
masih di dalam sistem EGR, seperti nanti bisa kita lihat di hasil penelitian, dimana udara ini akan bercampur dahulu dengan udara luar sebelum masuk ke intake manifold.
3.3. Kalibrasi Alat Uji
Kalibrasi adalah kegiatan untuk menentukan sifat-sifat metrologi suatu alat ukur dengan membandingkannya terhadap standar ukur sehingga menyakini nilai yang
ditunjukkan oleh alat ukur adalah benar. Proses kalibrasi sangat penting dalam suatu pengukuran untuk menjamin validitas data pengujian. Hal ini karenakan alat ukur akan
mengalami perubahan setelah pemakaian yang lama, sehingga hasil yang ditunjukkan pada alat tersebut belum tentu menunjukkan data yang sebenarnya. Berikut ini adalah
hasil kalibrasi alat uji: 1.
Orifice meter Orifice
yang digunakan dalam pengujian ini di validasi dengan anemometer digital. Cara memvalidasinya adalah membandingkan kecepatan udara yang masuk ke
intake manifold setelah melewati orifice dengan mengukur kecepatan udara
menggunakan anemometer digital. Anemometer diletakkkan diatas pipa udara yang digunakan sebagai jalur udara luar masuk ke intake manifold, sedangakan orificenya
sendiri berada didalam pipa tersebut. Pengukuran dengan anemometer dilakukan sebanyak 3 kali.
44
0 1200 1500
1800 2100
2400 2700
2 4
6 8
10 12
14
V m
s
N rpm
Anemometer Orifice meter F0 0 EGR
F0 0 EGR F25 12,1 EGR
F25 12,1 EGR F100 12,5 EGR
F100 12,5 EGR
Tabel 3.6 Pengambilan data menggunakan anemometer digital
Tabel 3.7 Perhitungan dengan menggunakan orifice meter
Gambar 3.17
Grafik hubungan antara kecepatan ms dengan Putaran mesin rpm yang menyatakan perbandingan hasil pengukuran dari anemometer
dengan orifice meter.
RPM F 0 EGR 0
F 25 EGR 75 F 100 EGR 100
Δ Δ
Δ 1300
3,3 3,2
3 3,17
7,4 7,1
7,3 7,27
6,9 7
6,8 6,9
1700 3,6
3,7 3,9
3,73 8,8
8,9 9
8,90 8,6
8,4 8,5
8,50 2100
4,8 4,8
4,9 4,83
11,1 11,1
10,7 10,97
10,3 10,4
10,5 10,40
2500 5,8
5,6 5,7
5,70 13,5
13,4 12,9
13,27 12,5
12,7 12,3
12,5
F 25
100 EGR
75 100
RPM 1300
2,93 7,5
7,14 1700
3,75 9,1
8,7 2100
4,52 10,9
10,6 2500
5,41 13,1
12,85
45
2. Termokopel
Termokopel pada pengujian ini dikalibrasi dengan termometer ruangan. Cara mengkalibrasinya dengan meletakkan ke-5 termokopel dan termometer pada suatu
ruangan tertentu. Termokopel dihubungakn dengan display untuk mengetahi nilai temperatur ruangan.
Tabel 3.8 Pengambilan data menggunakan termometer
Temperatur
ᵒC
Termometer 1
10 20
30 40
50 60
70 80
90 100
T1 2
11 22
32 40
51 60
69 80
91 99
T2 2
12 21
31 41
49 60
70 81
91 100
T3 3
11 22
30 41
50 61
70 81
90 99
T4 1
11 21
31 41
51 61
71 80
92 101
T5 2
12 20
30 42
51 60
69 79
92 100
3. Dinamometer
Dinamometer pada pengujian ini dikalibrasi dengan keluaran debit air. Cara mengkalibrasinya dengan melakukan beberapa variasi bukaan debit air, pada putaran
mesin 2500 rpm. Dengan menggunakan stopwatch, dihitung waktu yang digunakan air yang keluar dari dynanmometer untuk memenuhi gelas ukur sebesar 5 L. Percobaan ini
dilakukan 3 kali.
Tabel 3.9
Pengambilan data menggunakan dynamometer
Bukaan Volume
Waktu I Waktu II
Waktu III Rata-rata
Debit L
s s
s s
Ls 25
5 33,15
33,28 34,44
33,62 0,1487
50 5
28,87 28,35
27,69 28,30
0,1767 75
5 23,8
23,79 23,43
23,67 0,2112
100 5
18,73 19,23
19,17 19,04
0,2626
46
Gambar 3.18 Grafik hubungan antara QLs dengan Load pada putaran mesin 2500
rpm.
3.4. Prosedur Pengujian