UJI PERFORMANSI MESIN DIESEL BERBAHAN BAKAR LPG DENGAN MODIFIKASI SISTEM PEMBAKARAN DAN MENGGUNAKAN KONVERTER KIT SEDERHANA

  

UJI PERFORMANSI MESIN DIESEL BERBAHAN

BAKAR LPG DENGAN MODIFIKASI SISTEM

PEMBAKARAN DAN MENGGUNAKAN KONVERTER

KIT SEDERHANA

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

RIAN MARTINO DAMANIK

NIM : 090401018

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  

2014 Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkah, kesehatan dan karunia-Nya yang dikerjakan 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 “Uji Performansi Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG Dengan Modifikasi Sistem Pembakaran dan Menggunakan Konverter Kit Seerhana” Dalam penulisan skripsi ini tidak sedikit hambatan yang dihadapi oleh penulis.

  Penulis telah bekerja keras dengan segala kemampuan yang ada dalam penyajian skripsi ini, 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 orangtua yang penulis cintai, Ayahanda S. Damanik dan Almh.Ibunda T. Sinaga, yang telah memberikan doa, kasih sayang, semangat, materi, dan dukungan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, 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 USU.

  4. Dosen Pembanding 5.

  Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU

  6. Paman dan bibi tersayang, SH. Silitonga dan SA. Sinaga yang telah memberikan kasih sayang, dukungan, dan semangat kepada penulis selama

mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  7. Saudaraku yang tersayang, Frans D.L. Damanik dan keluarga, Andri A.

  Damanik, dan Ari S. Damanik untuk semangat dan dukungan yang telah

  8. Seluruh teman-teman penulis, khususnya Mahasiswa Departemen Teknik Mesin angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang

telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

  Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi penyempurnaan skripsi ini di masa yang akan datang.

  Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terima kasih.

  Medan, Januari 2014 Penulis 090401018 Rian Martino Damanik

  

Abstrak

  Berkembangnya dunia industri mengakibatkan meningkatnya kebutuhan terhadap bahan bakar minyak solar yang cadangannya sudah semakin menipis. Untuk itu digunakanlah LPG sebagai bahan bakar alternatif pengganti bahan bakar solar. Bahan bakar LPG akan diuji dengan menggunakan Mesin KAMA Diesel Engine YL170F. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400W-800W dengan variasi putaran mesin 2400-3400 rpm. Pengujian ini dilakukan dengan memodifikasi mesin pada sistem pembakaran. Parameter performansi yang diamati adalah daya, torsi, tekanan efektif rata- rata, konsumsi bahan bakar spesifik, perbandingan udara dan bahan bakar, dan efisiensi thermal brake. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa bahan bakar LPG dapat digunakan sebagai bahan bakar pengganti solar. Tetapi konsumsi bahan bakar pada penggunaan LPG jauh lebih tinggi dibandingkan konsumsi bahan bakar pada penggunaan bahan bakar solar.

  Kata Kunci : LPG, bahan bakar solar, mesin diesel, sistem pembakaran, performansi

  

Abstract

The development of the industry resulted in an increased demand for

diesel fuel that has been dwindling reserves . For it is used LPG as an alternative

fuel for diesel fuel substitute . LPG fuel will be tested using KAMA Engines Diesel

Engine YL170F . Tests carried out on a stationary load 400W - 800W with

variations 2400-3400 rpm spin machine . The test is performed by modifying the

engine combustion system . Observed performance parameter is the power ,

torque , mean effective pressure , specific fuel consumption , air fuel ratio , and

brake thermal efficiency . The results of this study indicate that LPG can be used

as a substitute for diesel fuel . But the fuel consumption of the use of LPG is much

higher than the consumption of fuel in diesel fuel usage .

  Keywords : LPG , diesel fuel , diesel engines , combustion systems , performance

  DAFTAR ISI KATA PENGANTAR ............................................................................................... i

ABSTRAK ................................................................................................................. iii

DAFTAR ISI.............................................................................................................. v

DAFTAR GAMBAR ................................................................................................. viii

DAFTAR TABEL ..................................................................................................... xi

DAFTAR NOTASI .................................................................................................... xiii

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................................. xiv

BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ......................................................................................... 1

  1.2 Tujuan Pengujian ..................................................................................... 2

  1.3 Manfaat Pengujian ................................................................................... 2

  1.4 Ruang Lingkup Pengujian ........................................................................ 2

  1.5 Metodologi Penulisan............................................................................... 3

  1.6 Sistematika Penulisan............................................................................... 3

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Bahan Bakar Diesel .................................................................................. 5

  2.2 Bahan Bakar LPG .................................................................................... 8

  2.2.1 Definisi LPG ................................................................................... 8

  2.2.2 Jenis Dan Komponen LPG .............................................................. 9

  2.2.3 Sifat-Sifat LPG ................................................................................ 9

  2.3 Mesin Diesel ............................................................................................ 14

  2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ............................................................. 18

  2.3.2 Performansi Mesin Diesel ............................................................... 19

  2.3.2.2 Torsi ................................................................................... 20

  2.3.2.3 Tekanan Efektif Rata-rata .................................................. 20

  2.3.2.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ............................ 20

  2.3.2.5 Efisiensi Thermal ............................................................... 21

  2.3.2.6 Rasio Udara – Bahan Bakar (AFR) ................................... 22

  2.4 Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................................... 23

  2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto .................................................................. 25

  2.5.1 Penyalaan Dengan Bunga Api ........................................................ 26

  2.5.1 Saat Penyalaan dan Pembakaran .................................................... 28

  2.6 Generator Set ........................................................................................... 29

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.2 Alat dan Bahan ......................................................................................... 32

  3.2.1 Alat .................................................................................................. 32

  3.2.2 Bahan.... 41

  3.3 Metode Pengumpulan data ....................................................................... 42

  3.4 Metode Pengolahan data .......................................................................... 42

  3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ........................................................... 42

  3.6 Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar Solar ....................................... 43

  3.7 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi Berbahan Bakar LPG ........................ 45

  3.8 Pengujian Mesin Diesel Berbahan Bakar LPG ........................................ 50

  3.9 Diagram Alir Penelitian ........................................................................... 53

  BAB IV HASIL DAN ANALISA DATA

  4.1.1 Daya yang dihasilkan pada bahan bakar solar ............................... 54

  4.1.2 Daya yang dihasilkan pda bahan bakar LPG........................56

  4.2 Torsi ......................................................................................................... 60

  4.2.1 Torsi yang dihasilkan pada bahan bakar solar ................................ 60

  4.2.1 Torsi yang dihasilkan pada bahan bakar LPG................................. 62

  4.3 Tekanan Efektif Rata-rata (MEP) ........................................................... 66

  4.3.1 Tekanan Efektif Rata-rata pada bahan bakar solar ........................ 66 4.3 .2Tekanan Efektif Rata-rata pada bahan bakar LPG ......................... 68

  4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik .............................................................. 72

  4.4.1 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada bahan bakar solar ............... 72

  4.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada bahan bakar LPG ............... 74

  4.5 Rasio Udara-Bahan Bakar ........................................................................ 78

  4.5.1 Rasio Udara-Bahan Bakar pada bahan bakar solar ......................... 81

  4.6 Efisiensi Thermal Brake ........................................................................... 87

  4.6.1Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar solar ............................ 88

  4.6.2Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG ............................ 89

  4.7 Hasil Pembakaran..................................................................................... 93

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 98

  5.2 Saran ......................................................................................................... 99

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................ xv

LAMPIRAN............................................................................................................... xvi

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Diagram P-v Mesin Diesel ...................................................................... 15Gambar 2.2 Diagram T-S Mesin Diesel ...................................................................... 16Gambar 2.3 Prinsip Kerja Mesin Diesel ..................................................................... 18Gambar 2.4 P-v Diagram Waktu Pengapian ............................................................... 28Gambar 2.5 Generator Set ........................................................................................... 29 Gambar 3.1 Mesin KAMA Diesel Engine Model YL170F..............................

  32 Gambar 3.2 Dinamo Generator Yamaha 1kW ............................................................ 33

Gambar 3.3 Multimeter SANWA C800A ................................................................... 34Gambar 3.4 Stopwatch ................................................................................................ 35Gambar 3.5 Manometer .............................................................................................. 36Gambar 3.6 Regulator Gas Tekanan Tinggi ............................................................... 36Gambar 3.7 Intake Manifold ....................................................................................... 37Gambar 3.8 Ignition Coil ............................................................................................ 37Gambar 3.9 Busi ......................................................................................................... 38Gambar 3.10 Universal Joint ...................................................................................... 38Gambar 3.11 Crank Angle Signal ............................................................................... 39Gambar 3.12 Tangki Bahan Bakar .............................................................................. 39Gambar 3.13 Rangkaian Lampu ................................................................................. 40Gambar 3.14 Flow Meter ............................................................................................ 40Gambar 3.15 Katup Udara .......................................................................................... 41Gambar 3.16 Tabung LPG .......................................................................................... 41Gambar 3.17 Pandangan Atas Cylinder Head............................................................. 45Gambar 3.18 Pandangan Bawah Cylinder Head ......................................................... 45Gambar 3.19 Pandangan Atas Cylinder Head Setelah Modifikasi ............................. 46

  Gambar 3.21Pemasangan Crank Angle Signal ........................................................... 47

Gambar 3.22 Pemasangan Manometer ....................................................................... 47Gambar 3.23 Pemasangan Dinamo Generator ............................................................ 48Gambar 3.24 Pemasangan Universal Joint ................................................................. 48Gambar 3.25 Pemasangan Panel Unit ......................................................................... 49Gambar 3.26 Generator Set Diesel Berbahan Bakar LPG .......................................... 49Gambar 3.27 Diagram Alir Penelitian ........................................................................ 53Gambar 4.1 Grafik Putaran vs Daya Pada Bahan Bakar Solar .................................. 56Gambar 4.2 Grafik Putaran vs Daya Pada Bahan Bakar LPG ................................... 58Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Daya Pada Beban 400 Watt ...................................... 58Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Daya Pada Beban 800 Watt ...................................... 59Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Torsi Pada Bahan Bakar Solar .................................. 62Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Torsi Pada Bahan Bakar LPG .................................... 64Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Torsi Pada Beban 800 Watt ............................ 65Gambar 4.9 Grafik Putaran vs MEP Pada Bahan Bakar Solar ........................ 68Gambar 4.10 Grafik Putaran vs MEP Pada Bahan Bakar LPG ....................... 70Gambar 4.11 Grafik Putaran vs MEP Pada Beban 400 Watt ........................... 71Gambar 4.12 Grafik Putaran vs MEP Pada Beban 800 Watt ........................... 71Gambar 4.13 Grafik Putaran vs SFC Pada Bahan Bakar Solar........................ 74Gambar 4.14 Grafik Putaran vs SFC Pada Bahan Bakar LPG ........................ 76Gambar 4.15 Grafik Putaran vs SFC Pada Beban 400 Watt ............................ 76Gambar 4.16 Grafik Putaran vs SFC Pada Beban 800 Watt ............................ 77Gambar 4.17 GrafikPutaran vs AFR Pada Bahan Bakar Solar ........................ 83Gambar 4.18 GrafikPutaran vs AFR Pada Bahan Bakar LPG ......................... 85Gambar 4.19 GrafikPutaran vs AFR Pada Beban 400 Watt ............................ 86Gambar 4.20 GrafikPutaran vs AFR Pada Beban 800 Watt ............................ 86Gambar 4.21 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Bahan Bakar Solar ... 89Gambar 4.22 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Bahan Bakar LPG .... 91Gambar 4.24 GrafikPutaran vs Efisiensi Thermal Pada Beban 800 Watt ....... 92Gambar 4.25 Kondisi Awal Block Cylinder Sebelum Digunakan Dalam Pengujian ................................................................................... 93Gambar 4.26 Kondisi Awal Cylinder Head Sebelum Digunakan Dalam Pengujian ................................................................................... 94Gambar 4.27 Blok Cylinder yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan Bakar Solar ................................................................................ 94Gambar 4.28 Cylinder Head yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan Bakar Solar ................................................................................ 95Gambar 4.29 Blok Cylinder yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan Bakar LPG ................................................................................. 96Gambar 4.30 Cylinder Head yang Telah Digunakan Dalam Pengujian Bahan Bakar LPG ................................................................................. 96

DAFTAR TABEL

Tabel 4.9 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt.......................................................... 67Tabel 4.15 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakarTabel 4.14 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt ........................................................ 73Tabel 4.13 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt ........................................................ 73Tabel 4.12 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt ........................................................ 70Tabel 4.11 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt ........................................................ 69Tabel 4.10 Hasil perhitungan MEP untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt ........................................................ 67Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar ................................................................ 7Tabel 4.1 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 W .............................................................. 55Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt .......................................................... 63Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt.......................................................... 61Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt.......................................................... 61Tabel 4.4 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt .......................................................... 57Tabel 4.3 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt .......................................................... 57Tabel 4.2 Hasil perhitungan daya untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt.......................................................... 55Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt .......................................................... 63Tabel 4.16 Hasil perhitungan Sfc untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt ........................................................ 75Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt ........................................................ 81Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt ........................................................ 82Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt ........................................................ 84Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt ........................................................ 85Tabel 4.21 Hasil perhitungan untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 400 Watt ........................................................ 88Tabel 4.22 Hasil perhitungan untuk mesin diesel berbahan bakar solar dengan beban 800 Watt ........................................................ 89Tabel 4.23 Hasil perhitungan untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 400 Watt ........................................................ 90Tabel 4.24 Hasil perhitungan untuk mesin diesel berbahan bakar LPG dengan beban 800 Watt ........................................................ 91

  Massa Jenis kg/m ³ SATUAN P B Daya Keluaran Watt C _v Nilai kalor kJ/kg

  ̇ Laju aliran massa udara kg/s

  ̇ Laju aliran bahan bakar kg/jam n Putaran mesin rpm Effisiensi termal %

  Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kW.h t Waktu pengujian yang ditentukan jam T Torsi keluaran mesin N.m

  V Tegangan Volt

  I Arus Ampere v Volume bahan bakar ml

  ρ