Modifikasi Mesin Diesel Satu Silinder berbahan bakar Solar menjadi LPG dengan Menggunakan Sistem Gas Mixer

  

MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN

BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN

SISTEM GAS MIXER

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

ROLAND SIHOMBING

NIM : 090401081

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  

2014

  

MODIFIKASI MESIN DIESEL SATU SILINDER BERBAHAN

BAKAR SOLAR MENJADI LPG DENGAN MENGGUNAKAN

SISTEM GAS MIXER

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  

ROLAND SIHOMBING

NIM : 090401081

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

  

2014

  

Abstrak

  Dalam penelitian ini dilakukan pengujian bahan bakar LPG sebagai bahan bakar alternatif pada mesin diesel yang dimodifikasi dengan mengadopsi sitem gas mixer. Mesin diesel yang digunakan adalah Mesin Diesel Kama YL170F satu silinder 4 langkah dengan pendinginan udara. Pengujian dilakukan pada beban stasioner 400 watt dan 800 watt, serta variasi putaran 2400-3400 rpm. Modifikasi yang dilakukan adalah dengan mengubah sistem pembakaran yang pada awalnya menggunakan sistem pengabutan bahan bakar menjadi sistem gas mixer dan penggunaan pemantik api (busi) agar pembakaran dapat terjadi. Parameter yang diamati adalah daya, torsi, konsumsi bahan bakar solar dan LPG, perbandingan udara-bahan bakar dan efisiensi thermal.

  Hasil dari penelitian ini akan terlihat pengaruh bahan bakar LPG terhadap parameter performansi mesin diesel tanpa mengalami detonasi dan ketukan ketika mesin beroperasi. Kata Kunci : LPG, diesel bahan bakar ganda, gas mixer, performansi mesin diesel `

  Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat, kesehatan, dan kasih karuniaNya yang 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 :

  “

Modifikasi Mesin Diesel Satu Silinder berbahan bakar Solar

  ” menjadi LPG dengan Menggunakan Sistem Gas Mixer

  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 penulis, Ayahanda R. Sihombing SE. dan Ibunda A.br Simanjuntak, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat mengikuti pendidikan di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

  2. Bapak DR. Eng. Himsar Ambarita, ST, MT. 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. Ir. M. Syahril Gultom, MT selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  5. Bapak/Ibu staff pengajar dan pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

  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 angkatan 2009 yang tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan memberikan masukan serta semangat kepada penulis.

  Sihombing, dan Angel Rizky Partuaan Sihombing yang telah memberikan dukungan doa, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas sarjana ini hingga selesai 9.

Thyo Fany Siahaan, yang telah memberikan dukungan doa, kasih sayang, semangat dan dukungan kepada penulis untuk dapat menyelesaikan tugas

  sarjana ini hingga selesai. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi penyempurnaan dimasa mendatang.

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

  Medan, Juli 2014 Penulis Roland Sihombing Nim. 090401081

  

DAFTAR ISI

ABSTRAK ................................................................................................... i KATA PENGANTAR ................................................................................. ii DAFTAR ISI ............................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ................................................................................... vii DAFTAR TABEL ....................................................................................... x DAFTAR NOTASI...................................................................................... xii

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

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

  2.4.3 Efisiensi Thermal ............................................................... 21

  2.4.2 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) .............................. 21

  2.4.1 Torsi, Tekanan Efektif Rata-Rata dan Daya ........................ 20

  2.4 Performansi Motor Bakar............................................................. 19

  2.3.3 Unjuk Kerja Mesin Diesel Empat Lankah ............................ 18

  2.3.2 Parameter Prestasi Mesin Diesel Empat Langkah ................ 16

  2.3.1 Prinsip Kerja Mesin Diesel Empat Langkah......................... 15

  2.3 Mesin Diesel Empat Langkah ...................................................... 14

  2.2.4 Bahaya LPG ........................................................................ 14

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

  BAB I PENDAHULUAN

  2.2.1 Pendahuluan LPG ................................................................ 8

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

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

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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

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

  1.4 Manfaat Pengujian ....................................................................... 2

  1.3 Batasan Masalah .......................................................................... 2

  1.2 Tujuan Pengujian ......................................................................... 1

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

  2.4.5 Efisiensi Volumetris ............................................................ 23

  2.4.6 Mesin Diesel yang Digunakan ............................................. 23

  2.5 Pembakaran Pada Mesin Otto ...................................................... 23

  2.5.1 Karburator .......................................................................... 24

  2.5.2 Penyalaan dengan Bunga Api ............................................. 26

  2.5.3 Saat Penyalaan dan Pembakaran ......................................... 28

  2.6 Nilai Kalor Bahan Bakar .............................................................. 29

  2.7 Generator Set ............................................................................... 31

  2.7.1 Tipe Generator Set ............................................................. 32

  2.8 Emisi Gas Buang ......................................................................... 33

  2.8.1 Sumber ............................................................................... 34

  2.8.2 Komposisi Kimia ............................................................... 34

  2.8.3 Bahan Penyusun ................................................................. 34

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN

  3.1 Waktu dan Tempat ....................................................................... 37

  3.2 Alat dan Bahan ............................................................................ 37

  3.2.1 Alat ..................................................................................... 37

  3.2.2 Bahan.... .............................................................................. 50

  3.3 Metode Pengumpulan data ........................................................... 50

  3.4 Metode Pengolahan data .............................................................. 50

  3.5 Pengamatan dan Tahap Pengujian ................................................ 51

  3.6 Modifikasi Mesin Diesel Menjadi bahan bakar LPG .................... 51

  3.7 Prosedur Pengujian Performansi Mesin Diesel ............................. 59

  3.8 Diagram Alir Penelitian ............................................................... 62

  3.9 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .......................................... 63

  BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

  4.1 Daya ............................................................................................ 64

  4.1.1 Besarnya Daya pada bahan bakar Solar Murni .................... 64

  4.1.2 Besarnya Daya pada bahan bakar LPG..................................66

  4.2 Torsi ............................................................................................ 70

  4.2.1 Besarnya Torsi pada bahan bakar Solar Murni ..................... 70

  4.2.2 Besarnya Torsi pada bahan bakar LPG..................................73

  4.3 Tekanan Efektif Rata-Rata (bmep) ............................................... 77

  4.2.1 Besarnya bmep pada bahan bakar Solar Murni .................... 77

  4.8 Nilai Ekonomis ........................................................................... 109

  5.2 Saran ........................................................................................... 124

  5.1 Kesimpulan ................................................................................. 122

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  4.10.2 Emisi Gas Buang Bahan Bakar LPG...................................119

  4.10.1 Emisi Gas Buang Bahan Bakar Solar Murni ...................... 119

  4.10 Pengujian Emisi Gas Buang ....................................................... 118

  4.9 Hasil Pembakaran ........................................................................ 115

  4.8.2 Besarnya Nilai Ekonomis pada bahan bakar LPG..................111

  4.8.1 Besarnya Nilai Ekonmois pada bahan bakar Solar Murni.....109

  4.7 Efisiensi Volumetris ................................................................... 107

  4.2.2 Besarnya bmep pada bahan bakar LPG.................................80

  4.6.2 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar LPG....103

  4.6.1 Besarnya Efisiensi Thermal Brake pada bahan bakar Solar Murni ....................................................................................102

  4.6 Efisiensi Thermal Brake .............................................................. 101

  4.5.2 Besarnya AFR pada bahan bakar LPG.................................. 97

  4.5.1 Besarnya AFR pada bahan bakar Solar murni ...................... 94

  4.5 Rasio Udara Bahan Bakar (AFR) ................................................. 91

  4.4.2 Besarnya SFC pada bahan bakar LPG...................................87

  4.4.1 Besarnya SFC pada bahan bakar Solar Murni ...................... 85

  4.4 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik (SFC) ........................................ 84

  DAFTAR PUSTAKA .................................................................................. xiii LAMPIRAN ................................................................................................ xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Prinsip kerja motor diesel 4 (empat) langkah ............................. 16Gambar 2.2 Diagram alir prestasi mesin ........................................................ 17Gambar 2.3 Pengetesan prestasi mesin .......................................................... 18Gambar 2.4 Diagram P-V motor diesel ......................................................... 19Gambar 2.5 Dampak dari pendahulu kontak .................................................. 28Gambar 2.6 P-V diagram jika pengapian terlalu cepat atau lambat ................ 29Gambar 2.7 Generator set.............................................................................. 31Gambar 3.1 Mesin Diesel KAMA Model YL170............................................38Gambar 3.2 Dinamo generator 1kW Yamaha ................................................ 35Gambar 3.3 Alat uji emisi Sukyong-GA 401 ................................................. 40Gambar 3.4 OTC Technotest SMOKEMETER ............................................... 41Gambar 3.5 Multimeter ................................................................................. 42Gambar 3.6 Botol bahan bakar ...................................................................... 43Gambar 3.7 Stop Watch ................................................................................ 43Gambar 3.8 Manometer ................................................................................ 44Gambar 3.9 Regulator tekanan tinggi ............................................................ 44Gambar 3.10 Selang SMC tekanan tinggi ...................................................... 45Gambar 3.11 Karburator ............................................................................... 45Gambar 3.12 Intake manifold ........................................................................ 46Gambar 3.13 Busi ......................................................................................... 46

  Gambar 3.14Ignition coil .............................................................................. 47

Gambar 3.15 Universal joint ......................................................................... 48Gambar 3.16 Crank angle signal ................................................................... 48Gambar 3.17 Rangkain lampu ....................................................................... 49Gambar 3.18 Alat-alat perbengkelan ............................................................. 49Gambar 3.19 Tabung gas LPG ...................................................................... 50Gambar 3.20 Pandangan atas cylinder head ................................................... 51Gambar 3.21 Pandangan bawah cylinder head............................................... 52

  Gambar 3.22Pandangan atas cylinder head setelah modifikasi ...................... 53 Gambar 3.23Pandangan bawah cylinder head setelah modifikasi .................. 53

Gambar 3.24 Pemasangan crank angle signal ................................................ 54Gambar 3.25 Pemasangan manometer ........................................................... 54Gambar 3.26 Pemasangan regulator gas tekanan tinggi ................................. 55Gambar 3.27 Pemasangan tachometer ........................................................... 55

  Gambar 3.28Ignition coil .............................................................................. 56

Gambar 3.29 Proses pembuatan rangka mesin ............................................... 56Gambar 3.30 Pemasangan dinamo generator ................................................. 57Gambar 3.31 Pemasangan universal joint ...................................................... 57Gambar 3.32 Pemasangan panel unit ............................................................. 58Gambar 3.33 Generator set diesel berbahan bakar LPG ................................. 58Gambar 3.34 Diagram alir modifikasi ........................................................... 59Gambar 3.35 Diagram alir penelitian............................................................. 62Gambar 3.36 Diagram alir penelitian Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang .. 63Gambar 4.1 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar solar murni ..... 66Gambar 4.2 Grafik putaran mesin vs daya pada bahan bakar LPG ................ 68Gambar 4.3 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 400 watt ................... 68Gambar 4.4 Grafik putaran mesin vs daya pada beban 800 Watt .................. 69Gambar 4.5 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar solar murni ....... 72Gambar 4.6 Grafik putaran mesin vs torsi pada bahan bakar LPG ................. 75Gambar 4.7 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 400 Watt .................... 75Gambar 4.8 Grafik putaran mesin vs torsi pada beban 800 Watt .................... 76Gambar 4.9 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar solar murni ..... 80Gambar 4.10 Grafik putaran mesin vs bmep pada bahan bakar LPG.............. 83Gambar 4.11 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 400 Watt ................ 83Gambar 4.12 Grafik putaran mesin vs bmep pada beban 800 Watt ................ 84Gambar 4.13 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar solar murni .................................................. 87Gambar 4.14 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada bahan bakar LPG ............................................................. 89Gambar 4.15 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) pada beban 400 Watt ............................................................... 89Gambar 4.16 Grafik putaran mesin vs konsumsi bahan bakar spesifik (sfc)

  pada beban 800 Watt ............................................................... 90

Gambar 4.17 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar solar murni ... 96Gambar 4.18 Grafik putaran mesin vs AFR pada bahan bakar LPG .............. 99Gambar 4.19 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 400 Watt ................ 100Gambar 4.20 Grafik putaran mesin vs AFR pada beban 800 Watt ................ 100Gambar 4.21 Grafik putaran mesin vs

  ƞb pada bahan bakar solar murni ....... 103

Gambar 4.22 Grafik putaran mesin vs

  ƞb pada bahan bakar LPG ................ 105

Gambar 4.23 Grafik putaran mesin vs

  ƞb pada beban 400 Watt ................... 106

Gambar 4.24 Grafik putaran mesin vs

  ƞb pada beban 800 Watt ................... 106

Gambar 4.25 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni ............................................................................... 111Gambar 4.26 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada bahan bakar

  LPG.......................................................................................... 113

Gambar 4.27 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 400

  Watt ......................................................................................... 113

Gambar 4.28 Grafik putaran mesin vs nilai ekonomis pada beban 800

  Watt ..................................................................................................................114

Gambar 4.29 Kondisi awal blok silinder sebelum digunakan dalam pengujian .................................................................................. 115Gambar 4.30 Kondisi awal cylinder head sebelum digunakan dalam pengujian .................................................................................. 115Gambar 4.31 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni ..................................... 116Gambar 4.32 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar solar murni .................................... 116Gambar 4.33 Blok silinder yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG .............................................. 117Gambar 4.34 Cylinder head yang telah digunakan dalam pengujian menggunakan bahan bakar LPG ............................................... 118

DAFTAR TABEL

Tabel 4.8 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ................................................ 74Tabel 4.15 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada bebanTabel 4.14 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban 800 Watt .................................................................................... 86Tabel 4.13 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) solar murni pada beban 400 Watt ...................................................................................... 86Tabel 4.12 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ................................................ 82Tabel 4.11 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ................................................ 81Tabel 4.10 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt................................................. 79Tabel 4.9 Hasil perhitungan bmep untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt.................................................. 78Tabel 2.1 Spesifikasi Minyak Solar.............................................................. 7Tabel 2.2 Perbedaan motoor diesel dan motor bensin ................................... 18Tabel 4.6 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 800 Watt................................................. 72Tabel 4.5 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar solar pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt.................................................. 71

  Watt ............................................................................................ 67

Tabel 4.4 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 800

  Watt ............................................................................................ 67

Tabel 4.3 Hasil pengujian mesin diesel bahan bakar LPG beban 400Tabel 4.2 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 800 Watt selama 5 menit ......................................................................................... 65Tabel 4.1 Hasil pengujian mesin diesel beban tetap 400 Watt selama 5 menit ......................................................................................... 65Tabel 4.7 Hasil perhitungan torsi untuk bahan bakar LPG pada variasi putaran dan beban tetap 400 Watt ................................................ 73

  400 Watt .................................................................................... 88

Tabel 4.16 Konsumsi bahan bakar spesifik (SFC) LPG pada beban 800 Watt .................................................................................... 88Tabel 4.17 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt ..................................................................................... 95Tabel 4.18 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt ..................................................................................... 96Tabel 4.19 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban 400 Watt ..................................................................................... 98Tabel 4.20 Hasil perhitungan AFR pada bahan bakar LPG beban 800 Watt ..................................................................................... 99Tabel 4.21 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt.........................................................102Tabel 4.22 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt.........................................................103Tabel 4.23 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar

  LPG beban 400 Watt....................................................................104

Tabel 4.24 Hasil perhitungan efisiensi thermal brake pada bahan bakar

  LPG beban 800 Watt....................................................................105

Tabel 4.25 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 400 Watt....................................................................................110Tabel 4.26 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar solar murni beban 800 Watt.............................................................................110Tabel 4.27 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban 400 Watt..............................................................................................112Tabel 4.28 Hasil perhitungan nilai ekonomis pada bahan bakar LPG beban 800 Watt.............................................................................................112

  

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

  P

  B

  Daya Keluaran Watt LHV 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 f Waktu pengujian yang ditentukan menit T Torsi keluaran mesin N.m

  Massa Jenis kg/m

  3 V Tegangan Volt

  I Arus Ampere Volume bahan bakar mL bmep Tekanan efektif rata-rata kPa

  Vd Volume ruang bakar m

  3 Vc Volume sisa ruang bakar saat TMA m

  3 B Diameter silinder m

  S Panjang langkah (Stroke) m ρ