Kajian Performansi Mesin Diesel Satu Silinder Menggunakan Supercharger Dengan Campuran Bahan Bakar Solar Murni Dan Minyak Jagung
KAJIAN PERFORMANSI MESIN DIESEL SATU SILINDER
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN BAHAN
BAKAR CAMPURAN SOLAR MURNI DAN MINYAK
JAGUNG
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
GINDO T.A SAMOSIR
NIM : 110401049
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
Kebutuhan bahan bakar solar yang semakin meningkat serta keterbatasan sumber
daya minyak fosil menjadi hal yang mendorong kita untuk melakukan penelitian
dan pengembangan terhadap bahan bakar alternatif. Biodiesel menjadi salah satu
bahan bakar yang baik untuk menanggulangi krisis bahan bakar. Jagung menjadi
bahan yang sangat mudah dibudidayakan di seluruh daerah di Indonesia.
Penelitian ini akan mencampur Minyak jagung dan Solar Akra Sol agar mendapat
hasil yang maksimal baik secara performansi maupun nilai ekonomis. Penelitian
ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin TD-115 dengan menggunakan
bahan bakar campuran Solar Akra Sol dan Minyak jagung. Penelitian ini memiliki
variasi bahan bakar dan putaran mesin yang berbeda-beda. Dengan menggunakan
supercharger, maka didapat performansi sebagai berikut: Daya tertinggi terjadi
pada Akra Sol yaitu sebesar 4,396kW, torsi maksimum pada pembebanan 4.5kg
putaran 2800rpm menggunakan Akra Sol yakni sebesar 15Nm, SFC maksimum
pada bahan bakar Akra Sol + Biodiesel jagung 20% beban 3.5kg putaran 1800rpm
yaitu sebesar 890,5087797g/kW.jam, AFR maksimum pada bahan bakar Akra Sol
dengan beban 4.5kg dan putaran 1800rpm yakni sebesar 120,1122913, Efisiensi
Thermal maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 3.5kg dan putaran
2800rpm yakni sebesar 49,0220%, Heat Loss terbesar pada penggunaan Akra Sol
beban 3.5kg putaran 2800rpm yakni sebesar 5618,555W.
Kata kunci: Biodiesel, Solar Akra Sol, Minyak Jagung, Performansi,
Supercharger.
Universitas Sumatera Utara
Abstract
Diesel fuel needs are increasing as well as the limited resources of oil into the
thing that drives us to do research and development on alternative fuel. Biodiesel
fuel into one of the better to tackle the fuel crisis. Corn into material that is very
easily cultivated in all regions in Indonesia. This study will mix the corn oil and
diesel Akra Sol order to get the maximum results both performance and economic
value. This study aims to analyze the performance of TD-115 engine using mixed
fuel Solar Akra Sol and corn oil. This study has a variety of fuel and engine speed
varies. By using the supercharger, the importance of the performance as follows:
The power is highest in Akra Sol amounting to 4,396kW, maximum torque at
2800rpm rotation using a 4.5kg load Akra Sol, amounting 15Nm, maximum fuel
SFC Akra Sol + Biodiesel corn 20% load 3.5 kg 1800rpm round is equal
890,5087797g / kW.jam, AFR Akra maximum fuel load of 4.5kg and Sol with
1800rpm rotation which is equal to 120.1122913, Thermal maximum efficiency in
fuel Akra Sol with weights 3.5kg and 2800rpm rotation which is equal 49.0220%,
the largest on the use of Heat Loss Akra Sol 3.5kg load which is equal to 2800rpm
rotation 5618,555W.
Keywords : Biodiesel , Solar Akra Sol , Corn Oil , Performance , Supercharger .
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa
karena hanya atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan
menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“KAJIAN
PERFORMANSI
MESIN
DIESEL
SATU
SILINDER
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN CAMPURAN BAHAN
BAKAR SOLAR MURNI DAN MINYAK JAGUNG.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu
penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu,
penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda A. Samosir dan Ibunda H. Rajaguk-guk atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan,
menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Suprianto, S.T, M.T selaku
dosen pembanding.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan
memberikan bimbingan selama perkuliahan.
7. Rekan
satu
tim
skripsi
yaitu
Fransiskus
Samosir
yang
selalu
menyemangati penulis dengan sabar.
Universitas Sumatera Utara
8. Saudara kandung penulis yaitu Anwar Sanjaya, Erintan Citra, Fivi
Nurmaylani, Desria Tripuji dan Hemantri Rizon yang selalu memberi
motivasi, semangat dan doa yang tulus.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
10. Rekan-rekan Givers dari Yayasan Giving Ministry Indonesia yang selalu
memberikan semangat dan doa kepada penulis dalam penyusunan skripsi
ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi
tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua.
Terimakasih.
Medan,
Agustus 2016
Penulis
GINDO T.A SAMOSIR
NIM:110401049
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................... iii
DAFTAR ISI .................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... x
DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
1.2 Tujuan Pengujian.......................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah........................................................................... 3
1.4 Manfaat Pengujian........................................................................ 4
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel ................................................................................... 6
2.1.1 Sejarah Penggunaan Biodiesel .......................................... 6
2.1.2 Penjelasan Biodiesel ......................................................... 8
2.1.3 Pembuatan Biodiesel ........................................................ 11
2.2
Komposisi Bahan Baku ............................................................. 16
2.3
Solar Akra Sol........................................................................... 22
2.4
Mesin Diesel ............................................................................. 24
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ............................................... 26
2.4.2 Performansi Mesin Diesel ................................................. 27
2.5
Supercharger.................................................................................34
2.5.1 Jenis-jenis Supercharger......................................................37
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Waktu Dan Tempat ................................................................... 40
3.2
Alat Dan Bahan ......................................................................... 40
3.2.1 Alat .................................................................................. 40
3.2.2 Bahan ............................................................................... 42
3.3
Metode Pengumpulan Data ....................................................... 47
3.4
Metode Pengolahan Data ........................................................... 47
3.5
Pengamatan Dan Tahap Pengujian ............................................ 47
3.6
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................ 48
3.7
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... 50
3.8
Set Up Alat ............................................................................... 51
BABIV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ............................................. 54
4.2
Hasil Pengujian Engine Test Bed TD-111 ................................. 56
4.2.1 Hasil Pengujian Bahan Bakar Akra Sol ............................ 56
4.2.2 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung2,5% ............ 57
4.2.3 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 5%.............. 57
4.2.4 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 7,5% ........... 58
4.2.5 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 10% ............ 59
4.2.6 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 12,5% ......... 59
4.2.7 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 15% ............ 60
4.2.8 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung17,5% .......... 60
4.2.9 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung20% ............. 61
4.2.10 Torsi……………………………………………………..62
4.3
Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ............................... 64
4.3.1 Daya ................................................................................. 64
4.3.2 Laju Aliran Bahan Bakar (mf) .......................................... 67
4.3.3 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ...................................... 70
Universitas Sumatera Utara
4.3.4 Effesiensi Volumetris ....................................................... 74
4.3.5 Daya Aktual ..................................................................... 77
4.3.6 Efisiensi Termal Aktual ................................................... 80
4.3.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ............................ 83
4.3.8 Heat Loss ......................................................................... 85
4.3.9 Persentase Heat Loss ........................................................ 88
4.4
Perbandingan Hasil Penelitian Antara Supercharger Dengan Non
Supercharger ............................................................................. 90
4.5
Kondisi Injektor ........................................................................ 95
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ............................................................................... 97
5.2
Saran ........................................................................................ 97
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................99
LAMPIRAN…………………………………………………………………...xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Rudolf Christian Karl Diesel .................................................. 6
Gambar 2.2
Diagram Alir Biodiesel .......................................................... 12
Gambar 2.3
ReaksiTrans-esterifikasi ......................................................... 13
Gambar 2.4
Reaksi Esterifikasi .................................................................. 15
Gambar 2.5
Jagung...... .............................................................................. 19
Gambar 2.6
Biji Jagung ............................................................................. 22
Gambar 2.7
SPBU P.T AKR Corporindo Tbk............................................ 23
Gambar 2.8
Karakteristik Solar Akra Sol................................................... 23
Gambar 2.9
Diagram P-v ........................................................................... 25
Gambar 2.10 Diagram T-S .......................................................................... 25
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Diesel ..................................................... 27
Gambar 2.12 Viscous Flow Meter ............................................................... 32
Gambar 2.13 Supercharger .......................................................................... 37
Gambar 3.1
Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII........................40
Gambar 3.2
Supercharger .......................................................................... 41
Gambar 3.3
Tec Equipment TD-114 .......................................................... 42
Gambar 3.4
Minyak Jagung ....................................................................... 42
Gambar 3.5
Transesterifikasi ..................................................................... 43
Gambar 3.6
Pemisahan Minyak Transesterifikasi dari Gliserol .................. 43
Gambar 3.7
Proses Pencucian Biodiesel .................................................... 44
Gambar 3.8
Biodiesel Jagung .................................................................... 44
Gambar 3.9
Diagram Alir Pembuatan Biodiesel Jagung............................ 46
Gambar 3.10 Alat Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ................................ 50
Gambar 3.11 Diagram Alir Pengujian performansi mesin ............................ 51
Gambar 3.12 Set Up Alat...............................................................................51
Gambar 3.13 Set-Up Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... 52
Gambar 4.1
Pengaruh Nilai Bakar Biodiesel terhadap variasi campuran
Biodiesel……………………………………………………...56
Gambar 4.2
Grafik pengaruh Putaran terhadap Torsi mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 63
Gambar 4.3
Grafik pengaruh Putaran terhadap Torsi mesin untuk beban
Universitas Sumatera Utara
4.5 kg ..................................................................................... 64
Gambar 4.4
Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 66
Gambar 4.5
Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
4.5 kg ..................................................................................... 67
Gambar 4.6
Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 3.5 kg ....................................................... 69
Gambar 4.7
Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 4.5 kg ....................................................... 70
Gambar 4.8
Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 73
Gambar 4.9
Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
4.5 kg ..................................................................................... 73
Gambar 4.10 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 76
Gambar 4.11 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 4.5 kg ........................................................................... 77
Gambar 4.12 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 79
Gambar 4.13 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 4.5 kg ........................................................................... 79
Gambar 4.14 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 3.5 kg. ...................................................... 82
Gambar 4.15 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 4.5 kg. ...................................................... 82
Gambar 4.16 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
3.5 kg. .................................................................................... 84
Gambar 4.17 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
4.5 kg. .................................................................................... 85
Gambar 4.18 Grafik pengaruh Putaran terhadap Heat Loss mesin untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 87
Gambar 4.19 Grafik pengaruh Putaran terhadap Heat Loss mesin untuk
Universitas Sumatera Utara
beban 4.5 kg ........................................................................... 87
Gambar 4.20 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
mesin untuk beban 3.5 kg ....................................................... 89
Gambar 4.21 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
mesin untuk beban 4.5 kg ....................................................... 90
Gambar 4.22 Kondisi Injektor. .................................................................... 95
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik dan Standar Biodiesel ........................................ ....10
Tabel 2.2
Kandungan Gizi Jagung ......................................................... ....20
Tabel 3.1
Karakteristik Biodiesel Minyak Jagung………………………....45
Tabel 3.2
Notasi Bahan Bakar................................................................ ....46
Tabel 4.1
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter .......................................... ....54
Tabel 4.2
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol ..................... ....56
Tabel 4.3
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 2.5% ......................................... ....57
Tabel 4.4
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 5% ............................................ ....58
Tabel 4.5
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 7.5% ......................................... ....58
Tabel 4.6
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 10% .......................................... ....59
Tabel 4.7
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 12.5% ....................................... ....59
Tabel 4.8
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 15% .......................................... ....60
Tabel 4.9
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 17.5% ....................................... ....61
Tabel 4.10
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Universitas Sumatera Utara
Akra Sol + Biodiesel Jagung 20%...........................................…..61
Tabel 4.11
Data Torsi .............................................................................. .....62
Tabel 4.12
Data Perhitungan Untuk Daya ................................................ .....65
Tabel 4.13
Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar ................. .....68
Tabel 4.14
Data Perhitungan Untuk Air Fuel Ratio .................................. .....72
Tabel 4.15
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ........................ .....75
Tabel 4.16
Data Perhitungan Untuk Daya Aktual..................................... .....78
Tabel 4.17
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Aktual ................... .....80
Tabel 4.18
Data Perhitungan Untuk Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...... .....83
Tabel 4.19
Data Perhitungan Untuk Heat Losses...................................... .....86
Tabel 4.20
Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss........................ .....88
Tabel 4.21
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....91
Tabel 4.22
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Konsumsi Bahan Bakar Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....91
Tabel 4.23
Persentase Nilai Peningkatan Hasil AFR Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....91
Tabel 4.24
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Efisiensi Volumetris Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....92
Tabel 4.25
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Aktual Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....92
Tabel 4.26
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Efisiensi Termal Aktual Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....93
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.27
Persentase Nilai Peningkatan Hasil SFC Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....93
Tabel 4.28
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Heat Loss Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....94
Tabel 4.29
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Persentase Heat Loss Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....94
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
HHV
Nilai Kalor Atas
kJ/kg
LHV
Nilai Kalor Bawah
kJ/kg
PB
Daya Keluaran
Watt
PA
Daya Aktual
Watt
T
Torsi
N.m
n
Putaran
rpm
Sfc
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
g/kWh
ṁ�
Laju Aliran Bahan Bakar
kg/jam
CV
Panas Jenis Bom Kalorimeter
kJ/kgoC
ηa
Efisiensi Thermal (%)
ηv
Efisiensi Volumetris (%)
ηm
Efisiensi Mekanis
R
t
Waktu
detik
ṁ�
Laju Massa Udara dalam Silinder
kg/jam
D
Diameter Silinder
mm
S
Panjang Langkah
mm
rc
Rasio Kompresi
Vf
Volume Bahan Bakar Uji
m3
Vd
Volume Silinder
m3
Vc
Volume Sisa di Silinder
m3
AFR
Rasio Campuran Bahan Bakar dan Udara
P
Tekanan
kPa
Universitas Sumatera Utara
Te
Suhu Udara Keluar
o
Ta
Suhu Udara Luar
o
ρa
Kerapatan Udara
kg/m3
Vs
Volume Langkah Torak
m3
Q
Kalor
Joule
C
C
Universitas Sumatera Utara
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN BAHAN
BAKAR CAMPURAN SOLAR MURNI DAN MINYAK
JAGUNG
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
GINDO T.A SAMOSIR
NIM : 110401049
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
Abstrak
Kebutuhan bahan bakar solar yang semakin meningkat serta keterbatasan sumber
daya minyak fosil menjadi hal yang mendorong kita untuk melakukan penelitian
dan pengembangan terhadap bahan bakar alternatif. Biodiesel menjadi salah satu
bahan bakar yang baik untuk menanggulangi krisis bahan bakar. Jagung menjadi
bahan yang sangat mudah dibudidayakan di seluruh daerah di Indonesia.
Penelitian ini akan mencampur Minyak jagung dan Solar Akra Sol agar mendapat
hasil yang maksimal baik secara performansi maupun nilai ekonomis. Penelitian
ini bertujuan untuk menganalisa performansi mesin TD-115 dengan menggunakan
bahan bakar campuran Solar Akra Sol dan Minyak jagung. Penelitian ini memiliki
variasi bahan bakar dan putaran mesin yang berbeda-beda. Dengan menggunakan
supercharger, maka didapat performansi sebagai berikut: Daya tertinggi terjadi
pada Akra Sol yaitu sebesar 4,396kW, torsi maksimum pada pembebanan 4.5kg
putaran 2800rpm menggunakan Akra Sol yakni sebesar 15Nm, SFC maksimum
pada bahan bakar Akra Sol + Biodiesel jagung 20% beban 3.5kg putaran 1800rpm
yaitu sebesar 890,5087797g/kW.jam, AFR maksimum pada bahan bakar Akra Sol
dengan beban 4.5kg dan putaran 1800rpm yakni sebesar 120,1122913, Efisiensi
Thermal maksimum pada bahan bakar Akra Sol dengan beban 3.5kg dan putaran
2800rpm yakni sebesar 49,0220%, Heat Loss terbesar pada penggunaan Akra Sol
beban 3.5kg putaran 2800rpm yakni sebesar 5618,555W.
Kata kunci: Biodiesel, Solar Akra Sol, Minyak Jagung, Performansi,
Supercharger.
Universitas Sumatera Utara
Abstract
Diesel fuel needs are increasing as well as the limited resources of oil into the
thing that drives us to do research and development on alternative fuel. Biodiesel
fuel into one of the better to tackle the fuel crisis. Corn into material that is very
easily cultivated in all regions in Indonesia. This study will mix the corn oil and
diesel Akra Sol order to get the maximum results both performance and economic
value. This study aims to analyze the performance of TD-115 engine using mixed
fuel Solar Akra Sol and corn oil. This study has a variety of fuel and engine speed
varies. By using the supercharger, the importance of the performance as follows:
The power is highest in Akra Sol amounting to 4,396kW, maximum torque at
2800rpm rotation using a 4.5kg load Akra Sol, amounting 15Nm, maximum fuel
SFC Akra Sol + Biodiesel corn 20% load 3.5 kg 1800rpm round is equal
890,5087797g / kW.jam, AFR Akra maximum fuel load of 4.5kg and Sol with
1800rpm rotation which is equal to 120.1122913, Thermal maximum efficiency in
fuel Akra Sol with weights 3.5kg and 2800rpm rotation which is equal 49.0220%,
the largest on the use of Heat Loss Akra Sol 3.5kg load which is equal to 2800rpm
rotation 5618,555W.
Keywords : Biodiesel , Solar Akra Sol , Corn Oil , Performance , Supercharger .
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa
karena hanya atas berkat dan karunia-Nya penulis dapat mengerjakan dan
menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk
mencapai gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu
“KAJIAN
PERFORMANSI
MESIN
DIESEL
SATU
SILINDER
MENGGUNAKAN SUPERCHARGER DENGAN CAMPURAN BAHAN
BAKAR SOLAR MURNI DAN MINYAK JAGUNG.”
Penulis berterima kasih kepada banyak pihak yang telah banyak membantu
penulis di berbagai hal dalam proses penyusunan skripsi ini. Oleh sebab itu,
penulis menyampaikan terima kasih kepada:
1. Orang tua penulis, Ayahanda A. Samosir dan Ibunda H. Rajaguk-guk atas
segala pengorbanan yang tiada terbalaskan di dalam membesarkan,
menyekolahkan saya hingga ke jenjang perguruan tinggi.
2. Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T selaku Dosen Pembimbing yang telah
memberikan banyak bimbingan, arahan, dan masukan yang positif kepada
penulis selama penyusunan skripsi ini.
3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, M.T selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
5. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc dan Bapak Suprianto, S.T, M.T selaku
dosen pembanding.
6. Seluruh staf pengajar dan pegawai administrasi Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara, yang telah banyak membantu penulis dan
memberikan bimbingan selama perkuliahan.
7. Rekan
satu
tim
skripsi
yaitu
Fransiskus
Samosir
yang
selalu
menyemangati penulis dengan sabar.
Universitas Sumatera Utara
8. Saudara kandung penulis yaitu Anwar Sanjaya, Erintan Citra, Fivi
Nurmaylani, Desria Tripuji dan Hemantri Rizon yang selalu memberi
motivasi, semangat dan doa yang tulus.
9. Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
terkhusus stambuk 2011 yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
10. Rekan-rekan Givers dari Yayasan Giving Ministry Indonesia yang selalu
memberikan semangat dan doa kepada penulis dalam penyusunan skripsi
ini.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih memiliki berbagai
kekurangan. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun
dari berbagai pihak. Penulis juga mengharapkan skripsi ini dapat menjadi
tambahan pengetahuan bagi pembaca dan bermanfaat untuk kita semua.
Terimakasih.
Medan,
Agustus 2016
Penulis
GINDO T.A SAMOSIR
NIM:110401049
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK...................................................................................................... i
KATA PENGANTAR .................................................................................... iii
DAFTAR ISI .................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................... viii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... x
DAFTAR NOTASI ........................................................................................ xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ............................................................................ 1
1.2 Tujuan Pengujian.......................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah........................................................................... 3
1.4 Manfaat Pengujian........................................................................ 4
1.5 Metodologi Penulisan ................................................................... 4
1.6 Sistematika Penulisan ................................................................... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Biodiesel ................................................................................... 6
2.1.1 Sejarah Penggunaan Biodiesel .......................................... 6
2.1.2 Penjelasan Biodiesel ......................................................... 8
2.1.3 Pembuatan Biodiesel ........................................................ 11
2.2
Komposisi Bahan Baku ............................................................. 16
2.3
Solar Akra Sol........................................................................... 22
2.4
Mesin Diesel ............................................................................. 24
2.4.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel ............................................... 26
2.4.2 Performansi Mesin Diesel ................................................. 27
2.5
Supercharger.................................................................................34
2.5.1 Jenis-jenis Supercharger......................................................37
Universitas Sumatera Utara
BAB III METODE PENELITIAN
3.1
Waktu Dan Tempat ................................................................... 40
3.2
Alat Dan Bahan ......................................................................... 40
3.2.1 Alat .................................................................................. 40
3.2.2 Bahan ............................................................................... 42
3.3
Metode Pengumpulan Data ....................................................... 47
3.4
Metode Pengolahan Data ........................................................... 47
3.5
Pengamatan Dan Tahap Pengujian ............................................ 47
3.6
Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................ 48
3.7
Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... 50
3.8
Set Up Alat ............................................................................... 51
BABIV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.1
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter ............................................. 54
4.2
Hasil Pengujian Engine Test Bed TD-111 ................................. 56
4.2.1 Hasil Pengujian Bahan Bakar Akra Sol ............................ 56
4.2.2 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung2,5% ............ 57
4.2.3 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 5%.............. 57
4.2.4 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 7,5% ........... 58
4.2.5 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 10% ............ 59
4.2.6 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 12,5% ......... 59
4.2.7 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung 15% ............ 60
4.2.8 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung17,5% .......... 60
4.2.9 Hasil Pengujian Akra Sol+ Biodiesel Jagung20% ............. 61
4.2.10 Torsi……………………………………………………..62
4.3
Pengujian Performansi Motor Bakar Diesel ............................... 64
4.3.1 Daya ................................................................................. 64
4.3.2 Laju Aliran Bahan Bakar (mf) .......................................... 67
4.3.3 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ...................................... 70
Universitas Sumatera Utara
4.3.4 Effesiensi Volumetris ....................................................... 74
4.3.5 Daya Aktual ..................................................................... 77
4.3.6 Efisiensi Termal Aktual ................................................... 80
4.3.7 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ............................ 83
4.3.8 Heat Loss ......................................................................... 85
4.3.9 Persentase Heat Loss ........................................................ 88
4.4
Perbandingan Hasil Penelitian Antara Supercharger Dengan Non
Supercharger ............................................................................. 90
4.5
Kondisi Injektor ........................................................................ 95
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan ............................................................................... 97
5.2
Saran ........................................................................................ 97
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................99
LAMPIRAN…………………………………………………………………...xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Rudolf Christian Karl Diesel .................................................. 6
Gambar 2.2
Diagram Alir Biodiesel .......................................................... 12
Gambar 2.3
ReaksiTrans-esterifikasi ......................................................... 13
Gambar 2.4
Reaksi Esterifikasi .................................................................. 15
Gambar 2.5
Jagung...... .............................................................................. 19
Gambar 2.6
Biji Jagung ............................................................................. 22
Gambar 2.7
SPBU P.T AKR Corporindo Tbk............................................ 23
Gambar 2.8
Karakteristik Solar Akra Sol................................................... 23
Gambar 2.9
Diagram P-v ........................................................................... 25
Gambar 2.10 Diagram T-S .......................................................................... 25
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Mesin Diesel ..................................................... 27
Gambar 2.12 Viscous Flow Meter ............................................................... 32
Gambar 2.13 Supercharger .......................................................................... 37
Gambar 3.1
Mesin Diesel Small engine Test TD111-MKII........................40
Gambar 3.2
Supercharger .......................................................................... 41
Gambar 3.3
Tec Equipment TD-114 .......................................................... 42
Gambar 3.4
Minyak Jagung ....................................................................... 42
Gambar 3.5
Transesterifikasi ..................................................................... 43
Gambar 3.6
Pemisahan Minyak Transesterifikasi dari Gliserol .................. 43
Gambar 3.7
Proses Pencucian Biodiesel .................................................... 44
Gambar 3.8
Biodiesel Jagung .................................................................... 44
Gambar 3.9
Diagram Alir Pembuatan Biodiesel Jagung............................ 46
Gambar 3.10 Alat Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ................................ 50
Gambar 3.11 Diagram Alir Pengujian performansi mesin ............................ 51
Gambar 3.12 Set Up Alat...............................................................................51
Gambar 3.13 Set-Up Pengujian Performansi Mesin Diesel .......................... 52
Gambar 4.1
Pengaruh Nilai Bakar Biodiesel terhadap variasi campuran
Biodiesel……………………………………………………...56
Gambar 4.2
Grafik pengaruh Putaran terhadap Torsi mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 63
Gambar 4.3
Grafik pengaruh Putaran terhadap Torsi mesin untuk beban
Universitas Sumatera Utara
4.5 kg ..................................................................................... 64
Gambar 4.4
Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 66
Gambar 4.5
Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya mesin untuk beban
4.5 kg ..................................................................................... 67
Gambar 4.6
Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 3.5 kg ....................................................... 69
Gambar 4.7
Grafik pengaruh Putaran terhadap Laju Aliran Bahan Bakar
mesin untuk beban 4.5 kg ....................................................... 70
Gambar 4.8
Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
3.5 kg ..................................................................................... 73
Gambar 4.9
Grafik pengaruh Putaran terhadap AFR mesin untuk beban
4.5 kg ..................................................................................... 73
Gambar 4.10 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 76
Gambar 4.11 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Volumetris untuk
beban 4.5 kg ........................................................................... 77
Gambar 4.12 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 79
Gambar 4.13 Grafik pengaruh Putaran terhadap Daya Aktual mesin untuk
beban 4.5 kg ........................................................................... 79
Gambar 4.14 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 3.5 kg. ...................................................... 82
Gambar 4.15 Grafik pengaruh Putaran terhadap Efisiensi Termal Aktual
mesin untuk beban 4.5 kg. ...................................................... 82
Gambar 4.16 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
3.5 kg. .................................................................................... 84
Gambar 4.17 Grafik pengaruh Putaran terhadap SFC mesin untuk beban
4.5 kg. .................................................................................... 85
Gambar 4.18 Grafik pengaruh Putaran terhadap Heat Loss mesin untuk
beban 3.5 kg ........................................................................... 87
Gambar 4.19 Grafik pengaruh Putaran terhadap Heat Loss mesin untuk
Universitas Sumatera Utara
beban 4.5 kg ........................................................................... 87
Gambar 4.20 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
mesin untuk beban 3.5 kg ....................................................... 89
Gambar 4.21 Grafik pengaruh Putaran terhadap Persentase Heat Loss
mesin untuk beban 4.5 kg ....................................................... 90
Gambar 4.22 Kondisi Injektor. .................................................................... 95
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Karakteristik dan Standar Biodiesel ........................................ ....10
Tabel 2.2
Kandungan Gizi Jagung ......................................................... ....20
Tabel 3.1
Karakteristik Biodiesel Minyak Jagung………………………....45
Tabel 3.2
Notasi Bahan Bakar................................................................ ....46
Tabel 4.1
Hasil Pengujian Bom Kalorimeter .......................................... ....54
Tabel 4.2
Hasil Pengujian Dengan Bahan Bakar Akra Sol ..................... ....56
Tabel 4.3
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 2.5% ......................................... ....57
Tabel 4.4
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 5% ............................................ ....58
Tabel 4.5
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 7.5% ......................................... ....58
Tabel 4.6
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 10% .......................................... ....59
Tabel 4.7
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 12.5% ....................................... ....59
Tabel 4.8
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 15% .......................................... ....60
Tabel 4.9
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Akra Sol + Biodiesel Jagung 17.5% ....................................... ....61
Tabel 4.10
Hasil Pengujian dengan Bahan Bakar
Universitas Sumatera Utara
Akra Sol + Biodiesel Jagung 20%...........................................…..61
Tabel 4.11
Data Torsi .............................................................................. .....62
Tabel 4.12
Data Perhitungan Untuk Daya ................................................ .....65
Tabel 4.13
Data Perhitungan Untuk Laju Aliran Bahan Bakar ................. .....68
Tabel 4.14
Data Perhitungan Untuk Air Fuel Ratio .................................. .....72
Tabel 4.15
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Volumetris ........................ .....75
Tabel 4.16
Data Perhitungan Untuk Daya Aktual..................................... .....78
Tabel 4.17
Data Perhitungan Untuk Efisiensi Termal Aktual ................... .....80
Tabel 4.18
Data Perhitungan Untuk Konsumsi Bahan Bakar Spesifik ...... .....83
Tabel 4.19
Data Perhitungan Untuk Heat Losses...................................... .....86
Tabel 4.20
Data Perhitungan Untuk Persentase Heat Loss........................ .....88
Tabel 4.21
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....91
Tabel 4.22
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Konsumsi Bahan Bakar Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....91
Tabel 4.23
Persentase Nilai Peningkatan Hasil AFR Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....91
Tabel 4.24
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Efisiensi Volumetris Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....92
Tabel 4.25
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Daya Aktual Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....92
Tabel 4.26
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Efisiensi Termal Aktual Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....93
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.27
Persentase Nilai Peningkatan Hasil SFC Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....93
Tabel 4.28
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Heat Loss Antara Supercharger
dengan Non Supercharger ...................................................... .....94
Tabel 4.29
Persentase Nilai Peningkatan Hasil Persentase Heat Loss Antara
Supercharger dengan Non Supercharger ................................. .....94
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Lambang
Keterangan
Satuan
HHV
Nilai Kalor Atas
kJ/kg
LHV
Nilai Kalor Bawah
kJ/kg
PB
Daya Keluaran
Watt
PA
Daya Aktual
Watt
T
Torsi
N.m
n
Putaran
rpm
Sfc
Konsumsi Bahan Bakar Spesifik
g/kWh
ṁ�
Laju Aliran Bahan Bakar
kg/jam
CV
Panas Jenis Bom Kalorimeter
kJ/kgoC
ηa
Efisiensi Thermal (%)
ηv
Efisiensi Volumetris (%)
ηm
Efisiensi Mekanis
R
t
Waktu
detik
ṁ�
Laju Massa Udara dalam Silinder
kg/jam
D
Diameter Silinder
mm
S
Panjang Langkah
mm
rc
Rasio Kompresi
Vf
Volume Bahan Bakar Uji
m3
Vd
Volume Silinder
m3
Vc
Volume Sisa di Silinder
m3
AFR
Rasio Campuran Bahan Bakar dan Udara
P
Tekanan
kPa
Universitas Sumatera Utara
Te
Suhu Udara Keluar
o
Ta
Suhu Udara Luar
o
ρa
Kerapatan Udara
kg/m3
Vs
Volume Langkah Torak
m3
Q
Kalor
Joule
C
C
Universitas Sumatera Utara