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 2015

ABSTRAK

Objek dalam penelitian ini adalah mesin diesel stasioner satu silinder, Smart Engine Test

TD 111 MK II dengan pengaruh medan magnet, dimana magnet dipasangkan Bed

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%. Kata kunci : pretasi mesin, magnet, medan magnet, putaran, beban statik, Gauss.

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 ii ABSTRACT.............................................................................................

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 ................................................................

2.5.4 Magnetic Flux Density ....................................................

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 ................................

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 ...............................

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

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

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

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) .............................

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

52 4.3.4 Air Fuel Ratio (AFR)......................................................

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

LAMPIRAN ........................................................................................... xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Asal Mula Tenaga ...................................................................... 7Gambar 2.2 Gambar 2.2 Siklus 4 Langkah .................................................... 8Gambar 2.3 Gambar Diagram P- v Mesin Diesel…………………………….. .9Gambar 2.4 Diagram T-S Mesin Diesel......................................................... 10Gambar 2.5 Langkah kerja mesin diesel 4 langkah ........................................ 12Gambar 2.6 Grafik tekanan versus sudut engkol…………………………….. 14Gambar 2.7 C

16 H 34 (hidrokarbon rantai lurus)

……………………………... 16

Gambar 2.8 alpha-

methylnaphtalene………………………………………………17

Gambar 2.9 Kutub- kutub magnet……………………………………………..28Gambar 2.10 Fluks Medan Magnet ............................................................... 29Gambar 2.11 Formasi serbuk besi yang dipengaruhi medan magnet……………….. ................................................................................. 30Gambar 2.12 Mekanisme kerja magnet.............................................……..…..30Gambar 3.1 Small Test Engine Bed

TD111 MKII………………………….... 35

Gambar 3.2 IC Engine Instrumentation TD 114 ........................................... 35Gambar 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)................................................38Gambar 3.7 Diagram Alir Penelitian prestasi mesin d iesel …..………………41Gambar 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.............. 49Gambar 4.3 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 3,5 kg............................51Gambar 4.4 Grafik mf vs Putaran (rpm) pada Beban 4,5 kg............................ 54Gambar 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….……………... 54Gambar 4.7 Kurva

Viscous Flow Meter Calibration…………………………….56

Gambar 4.8 Grafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 3,5 kg…..………….. 58Gambar 4.9 G rafik AFR vs Putaran (rpm) pada beban 4,5 kg……………..... 59

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……….. 68Gambar 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……………….46Tabel 4.5 Data Perhitungan Untuk Daya Poros.............................................. 47Tabel 4.6 Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Massa bahan bakar (mf)........50Tabel 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 (%)………………………..60Tabel 4.10 Data Perhitungan Efisiensi Thermal Brake ……………………....63Tabel 4.11 Data Perhitungan Heat Lo ss........................……………………....68

DAFTAR NOTASI

P B Daya poros kW HHV Nilai kalor atas kJ/kg LHV Nilai kalor bawah kJ/kg

Ta Temperatur ambien C

1 Temperatur air pendingin sblm penyalaan C o

T Temperatur air pendingin stlh penyalaan C

2 o

Te Temperatur gas buang C

T kp Kenaikan temperatur akibat kawat penyala C

Cv Panas jenis bom kalorimeter kJ/kg C AFR Air Fuel Ratio P a 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 %

S FC Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h t f Waktu menghabiskan bahan bakar sebanyak 56ml detik T Torsi keluaran mesin N.m

3 Densitas udara kg/m

3 V Volume langkah torak m s

sgf Spesifik gravity

PENGARUH BESAR MEDAN MAGNET TERHADAP PRESTASI MESIN DIESEL STASIONER SATU SILINDER