Kajian Eksperimental Perbandingan performansi mesin Otto Dengan Bahan Bakar Premium Dengan Campuran Bahan Bakar biogas Dan Lpg
KAJIANEKSPERIMENTALPERBANDINGAN
PERFORMANSIMESINOTTOBAHAN
BAKARPREMIUMDENGANCAMPURAN BAHAN BAKAR
BIOGAS DAN LPG
SKRIPSI
Skripsi YangDiajukanUntukMelengkapi
Syarat MemperolehGelarSarjanaTeknik
JUNARDO RODOASI SIJABAT
NIM.110421068
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTASTEKNIK
UNIVERSITASSUMATERA UTARA
MEDAN
2014
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
viii
KATAPENGANTAR
Puji syukurpenulis ucapkan kehadirat Tuhan
Yang
Maha
Esayang telah
dan
memberikankemudahan
kesehatan,sehinggapenulisdapatmenyelesaikanskripsiinidengan
EKSPERIMENTAL
judul“KAJIAN
PERBANDINGANPERFORMANSIMESIN
OTTO
DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN BAHAN
BAKARBIOGAS DAN LPG”.
Skripsi
ini
disusununtukmemenuhisyaratmenyelesaikanpendidikan
Strata-
1(S1)padaDepartemenTeknikMesin, Fakultas TeknikUniversitas Sumatera Utara.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mengalami hambatan,
namun
berkatdoadan
bantuan
baik
mater,
moril,
maupunsemangatdariberbagaipihakakhirnyakesulitan itu dapatteratasi. Dalam
kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Orang tua saya tercinta (M.sijabat,B.Butat-butar ) yang telah membesarkan
penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, perhatian baik spiritual
maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal
kuliah hingga penyelesaian Skripsi ini.
2. BapakIr.M.SyahrilGultomMTselakudosenpembimbing
Departemen
TeknikMesin
Universitas
dan
Sekretaris
Sumatera
Utara,yang
denganpenuhkesabarantelahmemberikanbimbingandanmotivasi
kepada
penulis.
3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen TeknikMesin
Universitas Sumatera Utara.
4. SeluruhstafpengajardanstaftatausahaDepartemenTeknikMesinyang
telahmembimbing
serta
membantusegalakeperluanpenulis
selamapenulis
kuliah.
5. Kepada Orang tua saya ( M. Sijabat, B.Butar-butar ) yang selalu memberikan
Doa dan motivasi dan kepada Abang ,Adik serta E.Butar-butar yang selalu ada
dalam menyelesaikan sikripsi ini.
i
6. Kepada teman-teman satu tim Parlindungan Hasibuan,Sugianto,dan seluruh
rekan-rekan m a h a s i s w a Departemen TeknikMesin Universitas Sumatera
Utarakhususnya angkatan2 0 11ekstensi yang tak mungkin disebutkan
satu
persatu terima-kasih atas bantuannya semoga kita tetap mempertahankan
hubungan kita
yang terbentuk
dalam
satu ikatan PERSAHABATAN.
Penulis menyadari bahwamasih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam
penulisanskripsi
ini.
Olehkarena
dengansenanghatimenerimasaran
itupenulis
akansangatberterimakasihdan
dankritikyangmembangundemitercapainya
tulisanyang lebihbaik.
Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja
yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.
Medan, Desember 2014
Junardo Rodoasi Sijabat
Nim.110421068
ii
DAFTARISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
ABSTRAK ........................................................................................................... ii
ABSTRACT ......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... v
DAFTARGAMBAR ..................................................................... vi
DAFTARNOTASI ............................................................................................... vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian ................................................................................... 2
1.3. BatasanMasalah ...................................................................................... 2
1.4. Manfaat Penulisan .......................................................................................... 3
1.5. SistematikaPenulisan ..................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biogas ..................................................................................................... 5
2.1.1. Nilai Potensi Biogas .................................................................................... 6
2.1.2 Proses Pembentukan Biogas ....................................................................... 7
2.1.3 Faktor-Faktor Yang Menpengaruhi Produksi Biogas ................................. 8
2.2. Liquified Petroleum Gas (LPG) ............................................................. 13
2.3. Motor Bakar ............................................................................................... 14
2.3.1 Mesin Otto ...................................................................................................... 16
2.4. Performansi MotorBakar...............................................................................24
2.4.1. Torsi dan Daya ............................................................. 24
2.4.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)......................................... 25
2.4.3. Effisiensi Mesin ............................................................................. 26
iii
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ....................................... 28
3.1. Waktu dan Tempat ............................................................................. 28
3.2. Bahan Pengujian ................................................................................ 28
3.3. Alat Pengujian ............................................................................. 29
3.4. Prosedur Pengujian ............................................................................ 32
3.5. Bagan Alir Pengerjaan ....................................................................... 34
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 36
4.1. Pengujian Performansi ........................................................................ 36
4.1.1. Torsi ............................................................................................ 36
4.1.2. Daya ............................................................................................ 38
4.1.3. Konsumsi BahanBakar Spesifik (SFC)....................................... 40
BABV KESIMPULANDANSARAN ............................................................ 49
5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 49
5.2. Saran ................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iv
DAFTARTABEL
Tabel 2.1. Komposisi Biogas ................................................................................. 5
Tabel 2.2 Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain .............................. 7
Tabel 2.3 Rasio C/N beberapa bahan organik...................................................... 10
Tabel 2.4 Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran
............................................................................................................................... be
berapa jenis ternak................................................................................................. 11
Tabel 2.5 Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak
di dalam tangki pencerna ...................................................................................... 13
Tabel 3.1. Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi
Beban dan Putaran Mesin …………………………………………33
Tabel 3.2. Format Pengujian Mesin dengan Bahan Bakar
Campuran Biogas dengan LPG, variasi dan Putaran Mesin…34
Tabel4.1HasilPengujianTorsiTerhadapPutaran P ut a r an d an
v a ri as i b eb an s e r t a v ar i a s i b ah a ba k a r pr em i um
de n c am pu r an bi o ga s d e n gan LP G……………………….......36
Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premiumdan campuran Biogas dengan LPG…………38
Tabel4.3.Hasil perhitungan SFC terhadap putan denga variasi bahan bakar
premium dan campuran biogas dengan LPG………………………...41
v
DAFTARGAMBAR
Gambar 2.1. Proses Pembentukan Biogas........................................................ 5
Gambar 2.2. DiagramP-v Mesin Otto Aktual dan Ideal................................... 1 6
Gambar 2.3. DiagramT-S Mesin Otto ................................................... 17
Gambar 2.4. Sistem Pencampuran Udara + Bahan Bakar Dengan
Karburator (A) Dan Sistem Injeksi (B) ..……………………. 18
Gambar 2.5. Mesin Otto4 Langkah ..................................................... 19
Gambar 2.6. Langkah hisap mesin otto 4 langkah ................................... 19
Gambar 2.7. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ................................. 20
Gambar 2.8. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ………………………...20
Gambar 2.9. Langkah buang mesin otto 4 langkah .......................................... 21
Gambar 2.10. Rope Brake Dynamometer........................................ 23
Gambar 2.11. Daya dan torsi sebagai fungsi putaran ................................ 25
Gambar 3.1. Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437 ...................... 29
Gambar 3.2. Tachometer .................................................................................. 30
Gambar 3.3. Timbangandigital Xinexten ......................................................... 3 1
Gambar 3.4. TimbanganDigital Ion ................................................................. 31
Gambar 3.5. Toolbox ....................................................................................... 32
vi
Gambar 3.6. Bagan alirprosedur pengerjaan ................................................... 35
Gambar 4.1. Grafik Torsi vs PutaranMesin ....................................................................................37
Gambar 4.2. Grafik Daya vs PutaranMesin ....................................................................................39
Gambar 4.3. Grafik SFCvs PutaranMesin .......................................................... 42
vii
DAFTAR NOTASI
AFR
Rasiomassaudara-bahanbakar
HHV
Nilaikaloratas
LHV
Nilaikalorbawah
kJ/kg
ma
Massa udara
kg
ṁa
Laju aliran massa udara
kg/s
mf
Massa bahan bakar
kg
ṁf
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
n
Putaran mesin
rpm
Nc
ηb
Jumlah silinder
ηc
Effisiensi termal brake
ηf
Effisiensi pembakaran
kJ/kg
%
Effisiensi konversi bahanbakar
�
Daya
Watt
Pa
Tekanan udara
Pa
QHV
Nilai kalor bahan bakar
(kJ/kg)
R
Konstanta gas
J/kg.K
Sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kW.h
τ
Torsi keluaran mesin
N.m
Ta
Temperatur udara
K
��
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
s
Vc
Volume clearance
m3
Vd
Volume langkah torak
m3
viii
PERFORMANSIMESINOTTOBAHAN
BAKARPREMIUMDENGANCAMPURAN BAHAN BAKAR
BIOGAS DAN LPG
SKRIPSI
Skripsi YangDiajukanUntukMelengkapi
Syarat MemperolehGelarSarjanaTeknik
JUNARDO RODOASI SIJABAT
NIM.110421068
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTASTEKNIK
UNIVERSITASSUMATERA UTARA
MEDAN
2014
i
ii
iii
iv
v
vi
vii
viii
KATAPENGANTAR
Puji syukurpenulis ucapkan kehadirat Tuhan
Yang
Maha
Esayang telah
dan
memberikankemudahan
kesehatan,sehinggapenulisdapatmenyelesaikanskripsiinidengan
EKSPERIMENTAL
judul“KAJIAN
PERBANDINGANPERFORMANSIMESIN
OTTO
DENGAN BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN CAMPURAN BAHAN
BAKARBIOGAS DAN LPG”.
Skripsi
ini
disusununtukmemenuhisyaratmenyelesaikanpendidikan
Strata-
1(S1)padaDepartemenTeknikMesin, Fakultas TeknikUniversitas Sumatera Utara.
Dalam penyusunan skripsi ini penulis banyak mengalami hambatan,
namun
berkatdoadan
bantuan
baik
mater,
moril,
maupunsemangatdariberbagaipihakakhirnyakesulitan itu dapatteratasi. Dalam
kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1. Orang tua saya tercinta (M.sijabat,B.Butat-butar ) yang telah membesarkan
penulis, membimbing, memberikan kasih sayang, perhatian baik spiritual
maupun material serta semangat yang begitu besar kepada penulis mulai awal
kuliah hingga penyelesaian Skripsi ini.
2. BapakIr.M.SyahrilGultomMTselakudosenpembimbing
Departemen
TeknikMesin
Universitas
dan
Sekretaris
Sumatera
Utara,yang
denganpenuhkesabarantelahmemberikanbimbingandanmotivasi
kepada
penulis.
3. Bapak Dr. Ing. Ir Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen TeknikMesin
Universitas Sumatera Utara.
4. SeluruhstafpengajardanstaftatausahaDepartemenTeknikMesinyang
telahmembimbing
serta
membantusegalakeperluanpenulis
selamapenulis
kuliah.
5. Kepada Orang tua saya ( M. Sijabat, B.Butar-butar ) yang selalu memberikan
Doa dan motivasi dan kepada Abang ,Adik serta E.Butar-butar yang selalu ada
dalam menyelesaikan sikripsi ini.
i
6. Kepada teman-teman satu tim Parlindungan Hasibuan,Sugianto,dan seluruh
rekan-rekan m a h a s i s w a Departemen TeknikMesin Universitas Sumatera
Utarakhususnya angkatan2 0 11ekstensi yang tak mungkin disebutkan
satu
persatu terima-kasih atas bantuannya semoga kita tetap mempertahankan
hubungan kita
yang terbentuk
dalam
satu ikatan PERSAHABATAN.
Penulis menyadari bahwamasih banyak kesalahan dan kekeliruan dalam
penulisanskripsi
ini.
Olehkarena
dengansenanghatimenerimasaran
itupenulis
akansangatberterimakasihdan
dankritikyangmembangundemitercapainya
tulisanyang lebihbaik.
Akhir kata penulis berharap semoga Skripsi ini bermanfaat bagi siapa saja
yang membaca, baik sebagai bahan masukan ataupun sebagai bahan perbandingan.
Medan, Desember 2014
Junardo Rodoasi Sijabat
Nim.110421068
ii
DAFTARISI
KATA PENGANTAR ......................................................................................... i
ABSTRAK ........................................................................................................... ii
ABSTRACT ......................................................................................................... iii
DAFTAR ISI ...................................................................................... iv
DAFTAR TABEL ............................................................................................... v
DAFTARGAMBAR ..................................................................... vi
DAFTARNOTASI ............................................................................................... vii
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2. Tujuan Penelitian ................................................................................... 2
1.3. BatasanMasalah ...................................................................................... 2
1.4. Manfaat Penulisan .......................................................................................... 3
1.5. SistematikaPenulisan ..................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Biogas ..................................................................................................... 5
2.1.1. Nilai Potensi Biogas .................................................................................... 6
2.1.2 Proses Pembentukan Biogas ....................................................................... 7
2.1.3 Faktor-Faktor Yang Menpengaruhi Produksi Biogas ................................. 8
2.2. Liquified Petroleum Gas (LPG) ............................................................. 13
2.3. Motor Bakar ............................................................................................... 14
2.3.1 Mesin Otto ...................................................................................................... 16
2.4. Performansi MotorBakar...............................................................................24
2.4.1. Torsi dan Daya ............................................................. 24
2.4.2. Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC)......................................... 25
2.4.3. Effisiensi Mesin ............................................................................. 26
iii
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN ....................................... 28
3.1. Waktu dan Tempat ............................................................................. 28
3.2. Bahan Pengujian ................................................................................ 28
3.3. Alat Pengujian ............................................................................. 29
3.4. Prosedur Pengujian ............................................................................ 32
3.5. Bagan Alir Pengerjaan ....................................................................... 34
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 36
4.1. Pengujian Performansi ........................................................................ 36
4.1.1. Torsi ............................................................................................ 36
4.1.2. Daya ............................................................................................ 38
4.1.3. Konsumsi BahanBakar Spesifik (SFC)....................................... 40
BABV KESIMPULANDANSARAN ............................................................ 49
5.1. Kesimpulan ......................................................................................... 49
5.2. Saran ................................................................................................... 49
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
iv
DAFTARTABEL
Tabel 2.1. Komposisi Biogas ................................................................................. 5
Tabel 2.2 Nilai kesetaraan biogas dengan sumber energi lain .............................. 7
Tabel 2.3 Rasio C/N beberapa bahan organik...................................................... 10
Tabel 2.4 Perkiraan Produksi Dan Kandungan bahan kering kotoran
............................................................................................................................... be
berapa jenis ternak................................................................................................. 11
Tabel 2.5 Produksi biogas dan Lama cerna (Retention time) kotoran ternak
di dalam tangki pencerna ...................................................................................... 13
Tabel 3.1. Format Pengujian Mesin Dengan Bahan Bakar Premium, Variasi
Beban dan Putaran Mesin …………………………………………33
Tabel 3.2. Format Pengujian Mesin dengan Bahan Bakar
Campuran Biogas dengan LPG, variasi dan Putaran Mesin…34
Tabel4.1HasilPengujianTorsiTerhadapPutaran P ut a r an d an
v a ri as i b eb an s e r t a v ar i a s i b ah a ba k a r pr em i um
de n c am pu r an bi o ga s d e n gan LP G……………………….......36
Tabel 4.2. Hasil Perhitungan Daya Terhadap Putaran Dengan Variasi
Bahan Bakar Premiumdan campuran Biogas dengan LPG…………38
Tabel4.3.Hasil perhitungan SFC terhadap putan denga variasi bahan bakar
premium dan campuran biogas dengan LPG………………………...41
v
DAFTARGAMBAR
Gambar 2.1. Proses Pembentukan Biogas........................................................ 5
Gambar 2.2. DiagramP-v Mesin Otto Aktual dan Ideal................................... 1 6
Gambar 2.3. DiagramT-S Mesin Otto ................................................... 17
Gambar 2.4. Sistem Pencampuran Udara + Bahan Bakar Dengan
Karburator (A) Dan Sistem Injeksi (B) ..……………………. 18
Gambar 2.5. Mesin Otto4 Langkah ..................................................... 19
Gambar 2.6. Langkah hisap mesin otto 4 langkah ................................... 19
Gambar 2.7. Langkah Kompresi Mesin Otto 4 Langkah ................................. 20
Gambar 2.8. Langkah Usaha Mesin Otto 4 Langkah ………………………...20
Gambar 2.9. Langkah buang mesin otto 4 langkah .......................................... 21
Gambar 2.10. Rope Brake Dynamometer........................................ 23
Gambar 2.11. Daya dan torsi sebagai fungsi putaran ................................ 25
Gambar 3.1. Mesin Pemotong Rumput Tagawa TGX 437 ...................... 29
Gambar 3.2. Tachometer .................................................................................. 30
Gambar 3.3. Timbangandigital Xinexten ......................................................... 3 1
Gambar 3.4. TimbanganDigital Ion ................................................................. 31
Gambar 3.5. Toolbox ....................................................................................... 32
vi
Gambar 3.6. Bagan alirprosedur pengerjaan ................................................... 35
Gambar 4.1. Grafik Torsi vs PutaranMesin ....................................................................................37
Gambar 4.2. Grafik Daya vs PutaranMesin ....................................................................................39
Gambar 4.3. Grafik SFCvs PutaranMesin .......................................................... 42
vii
DAFTAR NOTASI
AFR
Rasiomassaudara-bahanbakar
HHV
Nilaikaloratas
LHV
Nilaikalorbawah
kJ/kg
ma
Massa udara
kg
ṁa
Laju aliran massa udara
kg/s
mf
Massa bahan bakar
kg
ṁf
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
n
Putaran mesin
rpm
Nc
ηb
Jumlah silinder
ηc
Effisiensi termal brake
ηf
Effisiensi pembakaran
kJ/kg
%
Effisiensi konversi bahanbakar
�
Daya
Watt
Pa
Tekanan udara
Pa
QHV
Nilai kalor bahan bakar
(kJ/kg)
R
Konstanta gas
J/kg.K
Sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik
g/kW.h
τ
Torsi keluaran mesin
N.m
Ta
Temperatur udara
K
��
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
s
Vc
Volume clearance
m3
Vd
Volume langkah torak
m3
viii