Kajian Performansi Mesin Genset Diesel Satu Silinder Dengan Bahan Bakar Campuran Solar Dan Serbuk Kulit Padi

KAJIAN PERFORMANSI MESIN GENSET DIESEL SATU
SILINDER DENGAN BAHAN BAKAR CAMPURAN SOLAR
DAN BIOMASSA SERBUK KULIT PADI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RIKY STEPANUS SITUMORANG
NIM : 090401040

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2014

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Ketergantungan masyarakat terhadap bahan bakar minyak sangat tinggi.
Disamping itu kelangkaan bahan bakar minyak dan harga minyak yang tinggi juga
memperkeruh keadaan ini. Pemanfaatan biomassa sebagai energi alternatif
campuran bahan bakar merupakan hal yang tepat untuk menghemat penggunaan
minyak. Oleh karena itu, penulis melakukan pengujian menggunakan bahan bakar
campuran solar dan biomassa serbuk kulit padi pada generator set Dong Fa model

R 175 A. Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui perbandingan
unjuk kerja mesin diesel menggunakan bahan bakar solar dan campuran serbuk
kulit padi sehingga akan terlihat pengaruhnya terhadap parameter performansi
mesin diesel. Penelitian ini juga untuk melihat kadar emisi gas buang mesin
diesel.
Dari hasil penelitian diperoleh bahwa nilai kalor, AFR, dan efesiensi
thermal brake semakin menurun. Nilai Opasitas, Daya, Torsi, dan SFC semakin
meningkat.

Kata kunci : Mesin Diesel, Bahan Bakar Diesel, Serbuk Kulit Padi, Performansi
Mesin Diesel

i
Universitas Sumatera Utara

ABSTRACT
Society 's dependence on fuel is very high . Besides, the scarcity of fuel
and its prices also worsen the situation. Utilization of biomass as an alternative
energy fuel mix is the right thing to save the use of fuel . Therefore , the authors
conducted a test using a mixture of diesel fuel and biomass bran powder on Dong

Fa generator set models R 175 A. The purpose of this study is to compare the
performance of a diesel engine using diesel fuel and a mixture of bran powder so
it will look its effect on diesel engine performance parameters . This study is also
to look at the levels of exhaust emissions of diesel engines .
The result showed that the calorific value , AFR , and brake thermal
efficiency decreases. Opacity value , Power , Torque , and SFC is increasing
.
Keywords : Diesel Engines , Diesel Fuel , Skin Rice Powder , Diesel Engine
Performance

ii
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas
berkat, kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi
ini, sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan

untuk

mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu

“Kajian

Performansi Mesin Genset Diesel Satu Silinder Dengan Bahan Bakar
Campuran Solar Dan Serbuk Kulit Padi”
Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh
penulis. Untuk itu penulis secara khusus menyampaikan terima kasih kepada
dosen pembimbing Bapak Dr. Eng Himsar Ambarita ST. MT , yang telah
bersedia meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta
sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.
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 J. Situmorang dan H. Br. Manihuruk yang
mendoakan dan mendukung penulis dalam pengerjaan Skripsi ini

2.

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

3.

Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT dan Bapak Ir. A. Halim Nasution
M.Sc.

sebagai

dosen

Pembanding

saya

yang

membantu

saya

menyempurnakan tugas akhir ini.
4.

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

5.

Saudaraku yang tercinta, kakak Widya Yanti Situmorang. Abang saya
Jimmy Perianto Situmorang Dan Luhut Adi Situmorang Untuk doa-doa,
dana, dan dukungan dalam menyelesaikan skripsi ini.

6.

Seluruh teman-teman penulis, baik teman satu angkatan 2009 juga temanteman yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani
dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis

iii
Universitas Sumatera Utara

7.

Teman-teman Tim Horas USU yang sama-sama berjuang dalam pengerjaan
mobil mesin USU.

8.

Teman-Teman Kelompok Kecil Saya HTW, SINCERA, dan JEFLO yang
mendorong, memotivasi dan mendoakan penulis dalam penyelesaian Skripsi
ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi
penyempurnaan dimasa mendatang.
Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.

Medan,

Januari 2014

Penulis

Riky Stepanus Situmorang
NIM. 090401040

iv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................... ii
DAFTAR ISI ................................................................................................... iv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... vii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... viiii
DAFTAR NOTASI ......................................................................................... xiii

BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Tujuan Pengujian............................................................................ 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................. 2
1.4 Manfaat Penelitian.......................................................................... 3
1.5 Metodologi Penulisan ..................................................................... 3
1.6 Sistematika Pengujian .................................................................... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Biomassa ........................................................................................ 5
2.2 Komposisi Bahan Baku .................................................................. 6
2.3 Sejarah Penggunaan Bahan Bakar Padat Pada Mesin
Pembakaran Dalam ........................................................................ 7
2.4 Mesin Diesel ................................................................................... 11
2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel .................................................... 13
v
Universitas Sumatera Utara

2.3.2 Performansi Mesin Disel ....................................................... 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat ......................................................................... 20
3.2 Alat dan Bahan ............................................................................... 20
3.2.1 Alat ........................................................................................ 20
3.2.2 Bahan.... ................................................................................. 25
3.3 Metode Pengumpulan data ............................................................. 25
3.4 Metode Pengolahan data ................................................................ 25
3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian.................................................. 25
3.6 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel .............................. 26
3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ............................................ 28

BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1 Daya ............................................................................................... 30
4.1.1 Besarnya Daya Pada Bahan Bakar Solar Murni .................... 30
4.1.2 Daya Besarnya Daya Pada Bahan Bakar Solar 99%
+ SerbukPadi 1% .................................................................. 32
4.1.3 Daya Besarnya Daya Pada Bahan Bakar Solar 97,5%
+ SerbukPadi 2,5% ............................................................... 34
4.1.4 Daya Besarnya Daya Pada Bahan Bakar Solar 95%
+ SerbukPadi 5% .................................................................. 37

4.2 Torsi ............................................................................................... 41

vi
Universitas Sumatera Utara

4.2.1 Besarnya Torsi Pada Bahan Bakar Solar Murni .................... 41
4.2.2Besarnya Torsi Pada Bahan Bakar Solar 99%
+ Serbuk Padi 1% .................................................................. 43
4.2.3 Torsi 2Besarnya Torsi Pada Bahan Bakar Solar 97,5%
+ Serbuk Padi 2,5% ............................................................... 45
4.2.4 2Besarnya Torsi Pada Bahan Bakar Solar 95%
+ Serbuk Padi 5% .................................................................. 47
4.3 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................ 62
4.3.1 Besarnya SFC Pada Bahan Bakar Solar Murni ..................... 62
4.3.2 Besarnya SFC Pada Bahan Bakar Solar 99 %+ Serbuk
Padi 1% ................................................................................. 64
4.3.3 Besarnya SFC Pada Bahan Bakar Solar 97,5% + Serbuk
Padi 2,5% .............................................................................. 66
4.3.4 Besarnya SFC Pada Bahan Bakar Solar 95%+ Serbuk
Padi 5% ................................................................................. 69
4.4 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ................................................... 65
4.4.1 Besarnya AFR Pada Bahan Bakar Solar Murni..................... 67
4.4.2 Besarnya AFR Pada Bahan Bakar Solar 99%+ Serbuk
Padi 1% ................................................................................. 70
4.4.3 Besarnya AFR Pada Bahan Bakar Solar 97,5%+ Serbuk
Padi 2,5% .............................................................................. 73
4.4.4 Besarnya AFR Pada Bahan Bakar Solar 95%+ Serbuk
Padi 5% ................................................................................. 75
4.5 Efisiensi Thermal Brake ................................................................. 80

vii
Universitas Sumatera Utara

4.5.1 Besarnya Efesiensi Thermal Brake Pada Bahan Bakar
Solar Murni ........................................................................... 80
4.5.2 Besarnya Efisiensi Thermal Brake Pada Bahan Bakar
Solar 1%+ Serbuk Kulit Padi 1 %......................................
82
4.5.3 Besarnya Efisiensi Thermal Brake Pada Bahan Bakar
Solar 97,5%+ Serbuk Kulit Padi 2,5 %................................
84
4.5.4 Besarnya Efisiensi Thermal Brake Pada Bahan Bakar
Solar 95%+ Serbuk Kulit Padi 5 %......................................
87
4.6 Hasil Pembakaran ........................................................................... 90
4.7 Emisi Gas Buang ............................................................................ 94

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan..................................................................................... 96
5.2 Saran ............................................................................................... 97
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xvii
LAMPIRAN .................................................................................................... xviii

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1

Teknologi Konversi Biomassa ................................................. 6

Gambar 2.2

Diagram P-V............................................................................. 12

Gambar 2.3

Diagram T-S ............................................................................. 13

Gambar 2.4

Prinsip Kerja Mesin Diesel....................................................... 15

Gambar 3.1

Genset Dong Fa Model R 175 .................................................. 20

Gambar 3.2

OTC Tecnotest Smokemeter .................................................... 21

Gambar 3.3

Tachometer ............................................................................... 22

Gambar 3.4

Multimeter ................................................................................ 23

Gambar 3.5

Mesin Pengayak........................................................................ 24

Gambar 3.6

Diagram Alir Pengujian Performansi Mesin Diesel ................. 27

Gambar 3.7

Diagram Alir Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ............... 30

Gambar 4.1

Grafik Daya Vs Putaran pada beban 400 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 39

Gambar 4.2

Grafik Daya Vs Putaran pada beban 800 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 40

Gambar 4.3

Grafik Torsi Vs Putaran pada beban 400 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 50

Gambar 4.4

Grafik Torsi Vs Putaran pada beban 800 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 50

Gambar 4.5

Grafik SFC Vs Putaran pada beban 400 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 64

ix
Universitas Sumatera Utara

Gambar 4.6

Grafik SFC Vs Putaran pada beban 800 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 64

Gambar 4.7

Grafik AFR Vs Putaran pada beban 400 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 78

Gambar 4.8

Grafik AFR Vs Putaran pada beban 800 Watt untuk
setiap bahan bakar .................................................................... 79

Gambar 4.9

Grafik Efisiensi Thermal Brake Vs Putaran pada beban
400 Watt untuk setiap bahan bakar .......................................... 89

Gambar 4.10 Grafik Efisiensi Thermal Brake Vs Putaran pada beban
800 Watt untuk setiap bahan bakar .......................................... 90
Gambar 4.11 Kondisi awal nozel sebelum digunakan dalam pengujian........ 91
Gambar 4.12 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan
bahan bakar solar murni .......................................................... 91
Gambar 4.13 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan
bahan bakar solar 99% + Serbuk Kulit Padi 1% ...................... 92
Gambar 4.14 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan
bahan bakar solar 97,5% + Serbuk Kulit Padi 2,5% ................ 93
Gambar 4.14 Nozel yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan
bahan bakar solar 95% + Serbuk Kulit Padi 5% ...................... 94

x
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1

Komposisi Kimia Kulit Biji Padi Secara Teori ........................ 7

Tabel 2.2

Standart Emisi Gas Buang ....................................................... 19

Tabel 4.1

Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar Solar Murni
Beban 400 Watt ........................................................................ 31

Tabel 4.2

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar Solar
Murni Beban 800 Watt ............................................................. 32

Tabel 4.3

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar Solar 99%
+ Serbuk kulit padi 1% Beban 400 Watt .................................. 33

Tabel 4.4

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar Solar 99%
+Serbuk kulit padi 1% Beban 800 Watt ................................... 34

Tabel 4.5

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar
Solar 97,5% +Serbuk kulit padi 2,5% Beban 400 Watt ........... 35

Tabel 4.6

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar
Solar 97,5% +Serbuk kulit padi 2,5% Beban 800 Watt ........... 36

Tabel 4.7

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar
Solar 95%+Serbuk kulit padi 5% Beban 400 Watt .................. 37

Tabel 4.8

Tabel Hasil Perhitungan Daya Pada Bahan Bakar
Solar 95%+Serbuk Kulit Padi 5% Beban 800 Watt ................. 38

Tabel 4.9

Hasil Perhitungan Torsi Untuk Bahan Bakar Solar Murni
Pada Variasi Putaran Dan Beban Tetap 400 Watt ................... 42

Tabel 4.10

Hasil Perhitungan Torsi Untuk Bahan Bakar Solar Murni

xi
Universitas Sumatera Utara

Pada Variasi Putaran Dan Beban Tetap 800 Watt ................... 43
Tabel 4.11

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Solar 99%+
Serbuk kulit padi 1 % Beban 400 Watt .................................... 44

Tabel 4.12

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Solar 99% +
Serbuk kulit padi 1 % Beban 800 Watt .................................... 45

Tabel 4.13

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Bakar
Solar 97,5%+ Serbuk kulit padi 2,5% ...................................... 46

Tabel 4.14

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Bakar
Solar 97,5%+ Serbuk kulit padi 2,5% ...................................... 47

Tabel 4.15

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Bakar
Solar 95% + Serbuk kulit padi 5 % Beban 400 Watt ............... 48

Tabel 4.16

Tabel Hasil Perhitungan Torsi Pada Bahan Bakar
Solar 95% + Serbuk kulit padi 5 % Beban 800 Watt ............... 49

Tabel 4.17

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar Solar
Beban 400 Watt ....................................................................... 53

Tabel 4.18

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar Solar
Beban 800 Watt ....................................................................... 54

Tabel 4.19

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar
Solar 99% + Serbuk padi 1 % Beban 400 Watt ....................... 56

Tabel 4.20

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar
Solar 99% + Serbuk padi 1 % Beban 800 Watt ....................... 57

Tabel 4.21

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar

xii
Universitas Sumatera Utara

Solar 97,5% + Serbuk padi 2,5 % Beban 400 Watt ................ 59
Tabel 4.22

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar
Solar 97,5% + Serbuk padi 2,5 % Beban 800 Watt ................ 60

Tabel 4.23

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar
Solar 95%+ Serbuk padi 5 % Beban 400 Watt ........................ 62

Tabel 4.24

Tabel Hasil Perhitungan SFC Pada Bahan Bakar
Solar 95%+ Serbuk padi 5 % Beban 800 Watt ........................ 63

Tabel 4.25

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar
Solar Murni Beban 400 Watt .................................................... 68

Tabel 4.26

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar
Solar Murni Beban 800 Watt .................................................... 69

Tabel 4.27

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar
Solar +Serbuk kulit Padi 1 % Beban 400 Watt ........................ 71

Tabel 4.28

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar
Solar +Serbuk kulit Padi 1 % Beban 800 Watt ........................ 74

Tabel 4.29

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar
Solar +Serbuk kulit Padi 2,5 % Beban 400 Watt ..................... 75

Tabel 4.30

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar Solar
+Serbuk kulit Padi 2,5 % Beban 800 Watt ............................... 76

Tabel 4.31

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar Solar +
Serbuk kulit Padi 5 % Beban 400 Watt .................................... 74

Tabel 4.32

Tabel Hasil Perhitungan AFR Pada Bahan Bakar Solar +

xiii
Universitas Sumatera Utara

Serbuk kulit Padi 5 % Beban 400 Watt.................................... 78
Tabel 4.33

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar Murni Beban 400 Watt.............................. 81

Tabel 4.34

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar Murni Beban 800 Watt.............................. 82

Tabel 4.35

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 99%+ Serbuk Kulit Padi 1%
pada Beban 400 Watt. .............................................................. 83

Tabel 4.36

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 99%+ Serbuk Kulit Padi 1%
pada Beban 800 Watt. .............................................................. 84

Tabel 4.37

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 97,5%+ Serbuk Kulit Padi 2,5%
pada Beban 400 Watt ............................................................... 85

Tabel 4.38

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 97,5%+ Serbuk Kulit Padi 2,5%
pada Beban 800 Watt ............................................................... 86

Tabel 4.39

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 5%+ Serbuk Kulit Padi 5%
pada Beban 400 Watt. .............................................................. 88

Tabel 4.40

Tabel Hasil Perhitungan Efisiensi Thermal Brake Pada
Bahan Bakar Solar 5%+ Serbuk Kulit Padi 5% pada

xiv
Universitas Sumatera Utara

Beban 800 Watt. ...................................................................... 94
Tabel 4.18

Tabel Hasil Opacity untuk Beban 400 Watt ............................. 95

Tabel 4.19

Tabel Hasil Opacity untuk Beban 800 Watt ............................. 92

xv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Lambang

Keterangan

Satuan

AFR

Rasio Udara dan bahan bakar

B

Bore of Cylinder (Diameter Silinder) mm

CV

Nilai Kalor

Kj/Kg

ṁ�

Laju massa udara dalam Silinder

Kg/jam

Laju Aliran Bahan Bakar

Kg/jam

n

Putaran

rpm

ηb

Efisiensi Thermal Brake

PB

Daya Keluaran

rc

Rasio Kompresi

S

Stoke Lenght (Panjang Langkah)

mm

SFC

Konsumsi Bahan Bakar Spesifik

g/w.jam

SFC

Konsumsi bahan bakar spesifik

g/kwh

t

Waktu

Jam

T

Torsi

N.m

Vc

Volume sisa di silinder

m3

Vd

Volume Silinder

m3

ṁ�

R

Watt

xvi
Universitas Sumatera Utara