departemen teknik mesin fakultas teknik...

1

Pandapotan Maruli Tua Hutapea : Uji Eksperimental Performansi Motor Diesel Berbahan Bakar Campuran Solar Dengan Zat Aditif (1,2,4-trimethylbenzene), 2010.

UJI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI

MOTOR DIESEL BERBAHAN BAKAR CAMPURAN

SOLAR DENGAN ZAT ADITIF (1,2,4-trimethylbenzene)

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

PANDAPOTAN MARULI TUA HUTAPEA NIM. 05 0401 023

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

2009

2





PANDAPOTAN MARULI TUA HUTAPEA NIM. 050401023

Diketahui / Disyahkan : Disetujui oleh : DepartemenTeknik Mesin Dosen Pembimbing,

Fakultas Teknik USU Ketua,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri

NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003

Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT.

3





PANDAPOTAN MARULI TUA HUTAPEA

NIM. 05 0401 023

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar Tugas Skripsi

Periode Ke-552 tanggal 7 November 2009

Disetujui Oleh:

Pembanding I Pembanding II Ir. A. Halim Nasution ,MSc NIP.195403201981021001 NIP. 194510271974121001

Ir. Isril Amir

4





PANDAPOTAN MARULI TUA HUTAPEA

NIM. 05 0401 023

Telah Diketahui Oleh: Pembimbing/Penguji

NIP.197209232000121003


Penguji I Penguji II Ir. A. Halim Nasution ,MSc

NIP.195403201981021001 NIP. 194510271974121001

Ir. Isril Amir

Diketahui Oleh Ketua Departemen Teknik Mesin

NIP.196412241992111001 Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri

5


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU M E D A N

TUGAS SARJANA

N A M A : PANDAPOTAN MARULI TUA HUTAPEA

N I M : 0 5 0 4 0 1 0 2 3

MATA PELAJARAN : MOTOR BAKAR

SPESIFIKASI :

DIBERIKAN TANGGAL : 06/ 07 / 2009 SELESAI TANGGAL : 27/ 10 / 2009

MEDAN, 6 Juli 2009.

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING,

Dr. Ing. Ikhwansyah Isranuri

NIP.196412241992111001 NIP.197209232000121003


AGENDA : 885/TS/2009 DITERIMA TGL : PARAF :

LAKUKAN PENEITIAN PENGUJIAN

PERFORMANSI MOTOR DIESEL DENGAN

BAHAN BAKAR SOLAR DICAMPUR

DENGAN ZAT ADITIF (1,2,4-trimethylbenzene)

DARI : - LITERATUR

- BUKU REFERENSI

- LAPANGAN/LABORATORIUM

6


DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN

KARTU BIMBINGAN

No : 885 / TS / 2009 TUGAS SARJANA MAHASISWA

Sub. Program Studi : Konversi Energi Bidang Tugas : Motor Bakar Judul Tugas : Uji Eksperimental Performansi Motor Diesel Berbahan

Bakar Campuran Solar Dengan Zat Aditif (1,2,4-trimethylbenzene)

Diberikan tanggal : 06-07-2009 Selesai Tgl : 27-10-2009 Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus ,ST,MT. Nama Mhs :Pandapotan M H NIM : 050401023

No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN

Tanda Tangan Dosen Pembimbing

1 06-07-2009 Survei

2 09-07-2009 Spesifikasi tugas skripsi

3 02-08-2009

Studi literature dan lakukan uji (test) laboratorium

4 10-09-2009 Hasil (data sheet) uji laboratorium

5 12-09-2009 Lanjutkan analisis data

6 09-10-2009

Buat perhitungan performansi dan analisa gas buang

7 20-10-2009

Perbaiki diagram dan grafik hasil analisa data

8 25-10-2009 Buat kesimpulan dan saran

9 27-10-2009 ACC untuk diseminarkan

Diketahui, KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FT USU Dr.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri NIP.196412241992111001

7


KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala karunia

yang telah diberikan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana

ini.

Tugas ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan

mencapai gelar sarjana di Fakultas Teknik, Departemen Teknik Mesin,

Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul Skripsi ini yaitu “Uji

Eksperimental Performansi Motor Diesel Berbahan Bakar Campuran Solar

Dengan Zat Aditif ( 1,2,4-trimethylbenzene ) "

Dalam menyelesaikan Skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat

dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis menyampaikan

penghargaan dan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ,ST,MT. , selaku dosen pembimbing yang

telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis dalam

menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

2. Bapak DR.Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik USU.

3. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas

Teknik USU.

4. Orang tua penulis,P.hutapea dan R.Br.Siregar , Yang selalu memberikan

penulis nasehat-nasehat serta doa selama studi di Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik USU.

5. Kakak/adik tercinta penulis, atas doa dan bimbingan yang selalu menyertai

penulis, semoga kita tetap dapat bersatu.

6. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Teknik Mesin, terkhusus stambuk 05, yang

tidak dapat disebutkan satu persatu, “Solidarity Forever”.

7. Staff Laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin yang telah

membantu dan membimbing penulis selama pengujian di Laboratorium.

8


Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan dalam Skripsi

ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang

membangun untuk penyempurnaan Skripsi ini. Sebelum dan sesudahnya penulis

ucapkan banyak terima kasih.

Medan, Oktober 2009

Penulis,

Pandapotan M.Hutapea

9


DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ......................................................................................................i

DAFTAR ISI ................................................................................................................. .iii

DAFTAR TABEL .................................................................................................... ....... v

DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. ...... vi

DAFTAR NOTASI . ................................................................................................ ..... vii

BAB 1. PENDAHULUAN

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

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

1.3 Manfaat pengujian ......................................................................................... 2

1.4 Ruang Lingkup Pengujian ............................................................................. 3

1.5 Sistematika Penulisan .................................................................................... 4

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Performansi Motor Bakar Diesel ............................................................. 5

2.1.1 Torsi dan daya ............................................................................... 5

2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (sfc) ................................................. 6

2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR) ......................................... 6

2.1.4 Efisiensi volumetris ....................................................................... 7

2.1.5 Efisiensi thermal brake .................................................................. 8

2.2 Teori Pembakaran .................................................................................... 8

2.2.1 Nilai Kalor Bahan Bakar ................................................................ 9

2.3 Bahan Bakar Diesel ............................................................................... 11

2.4 Zat Aditif .............................................................................................. 12

2.4.1 Manfaat Zat Aditif ....................................................................... 12

2.5 Emisi Gas Buang ................................................................................... 14

10


BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu Dan Tempat ............................................................................... 17

3.2 Bahan Dan Alat ........................................................................................... 17

3.2.1 Bahan ................................................................................................. 17

3.2.2 Alat ..................................................................................................... 17

3.3 Metode Pengumpulan Data ......................................................................... 18

3.4 Metode Pengolahan Data ............................................................................. 18

3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................ 18

3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel ......................................... 22

3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang ................................................... 27

BAB 4. HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................................ 29

4.2 Pengujian Performansi Motor Bakar Bensin ............................................... 35

4.2.1 Torsi ..................................................................................................... 36

4.2.2 Daya ..................................................................................................... 37

4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik .......................................................... 41

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar ............................................. 44

4.2.5 Efisiensi volumetris ............................................................................ 48

4.2.6 Efisiensi termal brake ................................................................... 51

4.3 Pengujian Emisi Gas Buang .................................................................. 55

4.3.1 Kadar carbon monoksida (CO) dalam gas buang ............................. 55

4.3.2 Kadar unburned hidro carbon (UHC) dalam gas buang .................... 56

4.3.3 Kadar carbon dioksida (CO2) dalam gas buang ................................ 58

4.3.4 Kadar sisa oksigen (O2) dalam gas buang ........................................ 61

BAB 5. KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan .......................................................................................... 63

5.2 Saran .................................................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................. 65

LAMPIRAN

11


DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar ......................................................................... 11

Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Diesel TD4A 4-langkah ............................................ 22

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4A 001 Instrumentation Unit ........................................... 23

Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter ........................... 34

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk torsi ......................................................... 36

Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk daya ......................................................... 39

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc ............................................................ 43

Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR .......................................................... 47

Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris ................................... 50

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi termal brake ................................. 52

Tabel 4.8 Kadar CO dalam gas buang .................................................................... 55

Tabel 4.9 Kadar UHC dalam gas buang.................................................................. 57

Tabel 4.10 Kadar CO2 dalam gas buang .................................................................. 59

Tabel 4.11 Kadar sisa oksigen (O2) dalam gas buang .............................................. 61

12


DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Bom kalorimeter ................................................................................ 18

Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar .................................. 21

Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001)....................................................................... 22

Gambar 3.4 TD4 A 001 Instrumentation Unit........................................................ 23

Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar diesel ..................... 26

Gambar 3.6 Auto logic gas analizer ....................................................................... 27

Gambar 3.7 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar diesel ............... 28

Gambar 4.1 Grafik HHV/HHV vs jenis bahan bakar ............................................. 35

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ......................... 37

Gambar 4.3 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg.......................... 40

Gambar 4.4 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ............................ 44

Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Meter Calibration ............................................. 45

Gambar 4.6 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg .......................... 48

Gambar 4.7 Grafik Efisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ... 51

Gambar 4.8 Grafik thermal vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ...................... 53

Gambar 4.9 Grafik kadar CO vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ................... 56

Gambar 4.17 Grafik kadar UHC vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg .............. 58

Gambar 4.19 Grafik kadar CO2 vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg ................ 60

Gambar 4.21 Grafik kadar O2 vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg .................. 62

13


DAFTAR NOTASI

LAMBANG KETERANGAN SATUAN

AFR Air fuel ratio

fC Faktor koreksi

vC Panas jenis bom calorimeter j/gr. 0 C

HHV Nilai kalor atas bahan bakar kj/kg

LHV Nilai kalor bawah bahan bakar kj/kg

M Persentase kandungan air dalam bahan

ma Laju aliran massa udara kg/jam

mf Laju aliran bahan bakar kg/jam

n Putaran mesin rpm

bη Efisiensi termal brake

vη Efisiensi volumetric

aρ Kerapatan udara kg/m 3

P B Daya keluaran Watt

Qlc Kalor laten kondensasi uap air kj/kg

Sfc Konsumsi bahan bakar spesifik g/kWh

S gf Spesifik gravity

T Torsi N.m

ft Waktu untuk menghabiskan bahan bakar detik

fV Volume bahan bakar yang diuji ml

sV Volume langkah torak m 3

14


BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Pada saat ini, mutu bahan bakar solar semakin menurun diakibatkan oleh

harga minyak yang semakin tinggi, persediaan bahan bakar yang semakin

berkurang, dan persyaratan gas buang motor diesel. Oleh karena itu, mutu

penyalaan bahan bakar ketika dinjeksikan kurang baik.

Berkembangnya teknologi otomotif dewasa ini menjadikan teknologi

kendaraan juga semakin berkembang, termasuk pada sistem pembakaran dimana

sistem memiliki tingkat kompresi rasio yang tinggi sehingga memerlukan jenis

bahan bakar yang sesuai agar pembakaran tersebut berjalan dengan sempurna.

Pemilihan jenis bahan bakar yang tidak sesuai, akan mengakibatkan proses

pembakaran yang tidak sempurna. Hal tersebut secara tidak langsung akan

menghasilkan efek negatif berantai pada mesin, mulai dari timbulnya kerak pada

ruang bakar, tenaga mesin yang tidak maksimal, meningkatnya emisi gas buang,

borosnya konsumsi BBM, yang pada akhirnya akan berakibat pada naiknya biaya

perawatan mesin. Dengan kondisi perekonomian Indonesia pada saat ini, pemakai

BBM khususnya di Indonesia berusaha menekan konsumsi BBM mereka secara

ekonomis dengan cara menggunakan jenis BBM dengan kualitas lebih rendah.

Solar merupakan jenis bahan bakar cair yang digunakan dalam proses

pembakaran pada motor bakar. Solar yang dijual di pasaran merupakan campuran

sejumlah produk yang dihasilkan dari berbagai proses. Melalui proses

pencampuran (blending) tersebut maka sifat dari bahan bakar dapat diatur untuk

memberikan karakteristik operasi seperti yang diinginkan. Salah satu sifat yang

harus dipunyai dari bensin adalah Cetane Number dari bahan bakar tersebut.

Angka setana adalah angka yang menunjukkan berapa besar tekanan maksimum

yang bisa diberikan di dalam mesin sebelum solar terbakar secara spontan. Di

dalam mesin, campuran solar dan udara (berbentuk gas) bisa terbakar sendiri

secara spontan sebelum diinjeksikan. Jadi, semakin tinggi angka setananya,

semakin lama solar itu terbakar spontan.

15


Bahan bakar harus mempunyai Cetane Number yang sesuai dengan yang

di persyaratkan oleh motor. Motor dengan perbandingan kompresi yang lebih

tinggi memerlukan angka oktan yang lebih tinggi untuk mengurangi terjadinya

knocking. Untuk menaikkan Cetane Number dari suatu bahan bakar biasa

diperoleh dengan memberikan Zat aditif (Zat aditf penambah cetane).

Salah satu cara alternatif yang dapat dipakai untuk memperoleh bahan

bakar dengan angka setana yang tinggi adalah dengan menggunakan Zat aditif

yang merupakan zat yang dapat meningkatkan Cetane number dari suatu bahan

bakar. Oleh karena itu dilakukan studi untuk mengetahui pengaruh perubahan

konsentrasi Zat aditif untuk mengetahui peningkatan unjuk kerja motor diesel

yang optimum dan kadar polutan dari emisi gas buang motor yang rendah.

Sehingga dari percobaan yang dilakukan dapat diperoleh data-data yang dapat

memberikan kesimpulan mengenai kelebihan dan kekurangan dari setiap

konsentrasi campuran solar dengan Zat aditif.

1.2 TUJUAN PENGUJIAN

1. Untuk memperoleh perbandingan nilai kalor bahan bakar campuran solar

dengan zat aditif terhadap solar murni.

2. Untuk memperoleh perbandingan unjuk kerja motor diesel yang

menggunakan bahan bakar campuran solar dengan zat aditif terhadap solar

murni.

3. Untuk memperoleh konsentrasi dari beberapa senyawa gas (emisi) yang

ditemukan dalam gas buang motor diesel berbahan bakar campuran solar

dengan zat aditif dibandingkan dengan solar murni.

1.3 MANFAAT PENGJUIAN

1. Untuk memperoleh campuran yang paling optimal dari solar dengan zat

aditif yang akan digunakan sebagai bahan bakar motor diesel.

2. Untuk memperoleh kelebihan dan kekurangan dari masing-masing bahan

bakar yang diuji yaitu campuran bahan bakar solar dengan zat aditif

.

16


1.4 RUANG LINGKUP PENGUJIAN

1. Zat aditif yang digunakan adalah zat aditif jenis 1,2,4-Trimethylbenzene

tipe STP Fuel Treatment & Injector Cleaner.

2. Bahan bakar yang digunakan adalah solar dan bahan bakar yang

merupakan campuran dari solar dan zat aditif dengan konsentrasi

campuran; zat aditif berbanding solar,100:4000 disebut bahan bakar C1:40,

zat aditif berbanding solar, 200:4000 disebut dengan C2:40, zat aditif

berbanding solar, 300:4000 disebut dengan C3:40.

3. Alat uji yang digunakan untuk menghitung nilai kalor pembakaran bahan

bakar campuran zat aditif dengan solar adalah ”Bomb Kalorimeter”

4. Mesin uji yang digunakan untuk mendapatkan unjuk kerja motor diesel

adalah motor diesel 4-langkah 4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 001

), pada laboratorium Motor Bakar Departemen Teknik Mesin USU.

5. Unjuk kerja motor diesel yang dihitung adalah :

- Daya (Brake Power)

- Rasio perbandingan udara-bahan bakar (Air Fuel Ratio)

- Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific Fuel Consumtion)

- Efisiensi Volumetris (Volumetric Efficiency)

- Efisiensi termal brake (Brake Thermal Efficiency)

6. Pada pengujian unjuk kerja motor diesel, selain variasi bahan bakar juga

dilakukan variasi putaran mesin dan beban yang meliputi :

- Variasi putaran : 1000-rpm, 1400-rpm, 1800-rpm, 2200-rpm, 2600-rpm,

dan 2800-rpm.

- Variasi beban : 10 kg, dan 25 kg.

7. Pengujian terhadap emisi gas buang dilakukan terhadap konsentrasi empat

jenis gas meliputi CO2, CO, HC, dan O2 yang terkandung dalam gas

buang pada empat jenis bahan bakar yaitu campuran zat aditif dengan solar

C1 : 40, C2:40, C3:40 dan solar, dengan :

- Variasi putaran : 1000-rpm, 1400-rpm, 1800-rpm, 2200-rpm, 2600-rpm,

dan 2800-rpm.

- Variasi beban : 10 kg, dan 25 kg.

17


1.5 SISTEMATIKA PENULISAN

Untuk mempermudah pembaca dalam memahami tulisan ini, maka

dilakukan pembagian bab berdasarkan isinya. Tulisan ini akan disusun dalam lima

bab, BAB I PENDAHULUAN, berisi latar belakang, tujuan, manfaat, dan ruang

lingkup pengujian. BAB II TINJAUAN PUSTAKA, berisi landasan teori yang

diperoleh dari literatur untuk mendukung pengujian. BAB III METODOLOGI

PENELITIAN, berisi metode pengujian, peralatan dan perlengkapan yang

digunakan serta prosedur kerja dari pengujian yang dilakukan. BAB IV DATA

DAN ANALISA, berisi data hasil pengujian, perhitungan dan analisa terhadap

data hasil pengujian. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN, berisi kesimpulan

dari hasil pengujian dan saran-saran.

18


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 PERFORMANSI MOTOR DIESEL

Motor diesel adalah jenis khusus dari mesin pembakaran dalam.

Karakteristik utama dari mesin diesel yang membedakannya dari motor bakar

yang lain terletak pada metode penyalaan bahan bakarnya. Dalam motor diesel

bahan bakar diinjeksikan kedalam silinder yang berisi udara bertekanan tinggi.

Selama proses pengkompresian udara dalam silinder mesin, suhu udara

meningkat, sehingga ketika bahan bakar yang berbentuk kabut halus

bersinggungan dengan udara panas ini, maka bahan bakar akan menyala dengan

sendirinya tanpa bantuan alat penyala lain. Karena alasan ini mesin diesel juga

disebut mesin penyalaan kompresi (Compression Ignition Engines).

Motor diesel memiliki perbandingan kompresi sekitar 11:1 hingga 26:1,

jauh lebih tinggi dibandingkan motor bensin yang hanya berkisar 6:1 sampai 9:1.

Konsumsi bahan bakar spesifik motor diesel lebih rendah (kira-kira 25 %)

dibanding motor bensin namun perbandingan kompresinya yang lebih tinggi

menjadikan tekanan kerjanya juga tinggi.

2.1.1 Torsi dan daya

Torsi yang dihasilkan suatu mesin dapat diukur dengan menggunakan

dynamometer yang dikopel dengan poros output mesin. Oleh karena sifat

dynamometer yang bertindak seolah–olah seperti sebuah rem dalam sebuah

mesin, maka daya yang dihasilkan poros output ini sering disebut sebagai daya

rem (Brake Power).

BP = Tn60

..2π ..................... (2.1)

dimana : BP = Daya keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm)

T = Torsi (N.m)

19


2.1.2 Konsumsi bahan bakar spesifik (specific fuel consumption, sfc)

Konsumsi bahan bakar spesifik adalah parameter unjuk kerja mesin yang

berhubungan langsung dengan nilai ekonomis sebuah mesin, karena dengan

mengetahui hal ini dapat dihitung jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk

menghasilkan sejumlah daya dalam selang waktu tertentu.

Bila daya rem dalam satuan kW dan laju aliran massa bahan bakar dalam

satuan kg/jam, maka :

Sfc = B

f

Pxm 3

.10 ................. (2.2)

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h).

.

fm = laju aliran bahan bakar (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa bahan bakar (.

fm ) dihitung dengan persamaan

berikut:

360010.. 3

xt

Vsgm

f

fff

−

= ........... (2.3)

dimana : fsg = spesific gravity (dari tabel 2.4).

fV = volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

ft = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji

(detik).

2.1.3 Perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Untuk memperoleh pembakaran sempurna, bahan bakar harus dicampur

dengan udara dengan perbandingan tertentu. Perbandingan udara bahan bakar ini

disebut dengan Air Fuel Ratio (AFR), yang dirumuskan sebagai berikut :

AFR = .

.

f

a

m

m ................. (2.4)

dengan : ma = laju aliran masa udara (kg/jam).

Besarnya laju aliran massa udara (ma) juga dapat diketahui dengan

membandingkan hasil pembacaan manometer terhadap kurva viscous flow meter

calibration. Kurva kalibrasi ini dikondisikan untuk pengujian pada tekanan udara

20


1013 milibar dan temperatur 20 0C, oleh karena itu besarnya laju aliran udara

yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi (Cf) berikut :

fC = 3564 x aP x 5,2

)114(

a

a

TT +

…….. (2.5)

Dimana : Pa = tekanan udara (Pa)

Ta = temperatur udara (K)

2.1.4 Efisiensi Volumetris

Jika sebuah mesin empat langkah dapat menghisap udara pada kondisi

isapnya sebanyak volume langkah toraknya untuk setiap langkah isapnya, maka

itu merupakan sesuatu yang ideal. Namun hal itu tidak terjadi dalam keadaan

sebenarnya, dimana massa udara yang dapat dialirkan selalu lebih sedikit dari

perhitungan teoritisnya. Penyebabnya antara lain tekanan yang hilang (losses)

pada sistem induksi dan efek pemanasan yang mengurangi kerapatan udara ketika

memasuki silinder mesin. Efisiensi volumetrik ( vη ) dirumuskan dengan

persamaan berikut :

vη = raklangkah to olumesebanyak v udaraBerat

terisapyangsegar udaraBerat ..... (2.6)

Berat udara segar yang terisap = n

ma 2.60

.

..................... (2.7)

Berat udara sebanyak langkah torak = aρ . sV ........ (2.8)

Dengan mensubstitusikan persamaan diatas, maka besarnya effisiensi

volumetris :

vη = n

ma

.60.2

.

. sa V.

1ρ

........................ (2.9)

dengan : aρ = kerapatan udara (kg/m3)

sV = volume langkah torak = 0,492 x 10-3 (m3). [spesifikasi mesin]

Diasumsikan udara sebagai gas ideal, sehingga massa jenis udara dapat

diperoleh dari persamaan berikut :

aρ = a

a

TRP.

………..............… (2.10)

21


Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K)

2.1.5 Efisiensi Thermal Brake

Kerja berguna yang dihasilkan selalu lebih kecil dari pada energi yang

dibangkitkan piston karena sejumlah energi hilang akibat adanya rugi–rugi

mekanis (mechanical losses). Dengan alasan ekonomis perlu dicari kerja

maksimum yang dapat dihasilkan dari pembakaran sejumlah bahan bakar.

Efisiensi ini sering disebut sebagai efisiensi termal brake (brake thermal

efficiency, bη ).

bη = masuk yang panasLaju

aktualkeluaran Daya ..............(2.11)

Laju panas yang masuk Q, dapat dihitung dengan rumus berikut :

Q = .

fm . LHV ...........(2.12)

dimana, LHV = nilai kalor bawah bahan bakar (kJ/kg)

Jika daya keluaran ( BP ) dalam satuan kW, laju aliran bahan bakar .

fm dalam

satuan kg/jam, maka :

bη = LHVm

P

f

B

.. . 3600 ..........(2.13)

2.2 TEORI PEMBAKARAN

Pembakaran adalah reaksi kimia, yaitu elemen tertentu dari bahan bakar

setelah dinyalakan dan digabung dengan oksigen akan menimbulkan panas

sehingga menaikkan suhu dan tekanan gas. Elemen mampu bakar (combustable)

yang utama adalah karbon (C) dan hidrogen (H), elemen mampu bakar yang lain

namun umumnya hanya sedikit terkandung dalam bahan bakar adalah sulfur (S).

Oksigen yang diperlukan untuk pembakaran diperoleh dari udara yang merupakan

campuran dari oksigen dan nitrogen.

Nitrogen adalah gas lembam dan tidak berpartisipasi dalam pembakaran.

Selama proses pembakaran, butiran minyak bahan bakar dipisahkan menjadi

elemen komponennya yaitu hidrogen dan karbon dan masing-masing bergabung

dengan oksigen dari udara secara terpisah. Hidrogen bergabung dengan oksigen

22


untuk membentuk air dan karbon bergabung dengan oksigen menjadi karbon

dioksida. Jika oksigen yang tersedia tidak cukup, maka sebagian dari karbon akan

bergabung dengan oksigen dalam bentuk karbon monoksida. Pembentukan karbon

monoksida hanya menghasilkan 30 % panas dibandingkan panas yang timbul oleh

pembentukan karbon dioksida.

Nilai Kalor Bahan Bakar

Reaksi kimia antara bahan bakar dengan oksigen dari udara menghasilkan

panas. Besarnya panas yang ditimbulkan jika satu satuan bahan bakar dibakar

sempurna disebut nilai kalor bahan bakar (Calorific Value, CV). Bedasarkan

asumsi ikut tidaknya panas laten pengembunan uap air dihitung sebagai bagian

dari nilai kalor suatu bahan bakar, maka nilai kalor bahan bakar dapat dibedakan

menjadi nilai kalor atas dan nili kalor bawah.

Nilai kalor atas (High Heating Value,HHV), merupakan nilai kalor yang

diperoleh secara eksperimen dengan menggunakan kalorimeter dimana hasil

pembakaran bahan bakar didinginkan sampai suhu kamar sehingga sebagian besar

uap air yang terbentuk dari pembakaran hidrogen mengembun dan melepaskan

panas latennya. Secara teoritis, besarnya nilai kalor atas (HHV) dapat dihitung

bila diketahui komposisi bahan bakarnya dengan menggunakan persamaan

Dulong :

HHV = 33950 C + 144200

−

82

2OH + 9400 S ........(2.14)

HHV = Nilai kalor atas (kJ/kg)

C = Persentase karbon dalam bahan bakar

H2 = Persentase hidrogen dalam bahan bakar

O2 = Persentase oksigen dalam bahan bakar

S = Persentase sulfur dalam bahan bakar

23


Nilai kalor bawah (low Heating Value, LHV), merupakan nilai kalor bahan

bakar tanpa panas laten yang berasal dari pengembunan uap air. Umumnya

kandungan hidrogen dalam bahan bakar cair berkisar 15 % yang berarti setiap satu

satuan bahan bakar, 0,15 bagian merupakan hidrogen. Pada proses pembakaran

sempurna, air yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar adalah setengah dari

jumlah mol hidrogennya.

Selain berasal dari pembakaran hidrogen, uap air yang terbentuk pada

proses pembakaran dapat pula berasal dari kandungan air yang memang sudah ada

didalam bahan bakar (moisture). Panas laten pengkondensasian uap air pada

tekanan parsial 20 kN/m2 (tekanan yang umum timbul pada gas buang) adalah

sebesar 2400 kJ/kg, sehingga besarnya nilai kalor bawah (LHV) dapat dihitung

berdasarkan persamaan berikut :

LHV = HHV – 2400 (M + 9 H2)...................(2.15)

LHV = Nilai Kalor Bawah (kJ/kg)

M = Persentase kandungan air dalam bahan bakar (moisture)

Dalam perhitungan efisiensi panas dari motor bakar, dapat menggunakan

nilai kalor bawah (LHV) dengan asumsi pada suhu tinggi saat gas buang

meninggalkan mesin tidak terjadi pengembunan uap air. Namun dapat juga

menggunakan nilai kalor atas (HHV) karena nilai tersebut umumnya lebih cepat

tersedia. Peraturan pengujian berdasarkan ASME (American of Mechanical

Enggineers) menentukan penggunaan nilai kalor atas (HHV), sedangkan peraturan

SAE (Society of Automotive Engineers) menentukan penggunaan nilai kalor

bawah (LHV).

24


2.3 BAHAN BAKAR DIESEL

Penggolongan bahan bakar motor diesel berdasarkan jenis putaran

mesinnya, dapat dibagi menjadi 2 golongan yaitu :

1. Automotive Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin dengan

kecepatan putaran mesin diatas 1000 rpm (rotation per minute). Bahan bakar jenis

ini yang biasa disebut sebagai bahan bakar diesel yang biasanya digunakan untuk

kendaraan bermotor.

2. Industrial Diesel Oil, yaitu bahan bakar yang digunakan untuk mesin-mesin

yang mempunyai putaran mesin kurang atau sama dengan 1000 rpm, biasanya

digunakan untuk mesin-mesin industri. Bahan bakar jenis ini disebut minyak

diesel.

Di Indonesia, bahan bakar untuk kendaraan motor jenis diesel umumnya

menggunakan solar yang diproduksi oleh PT. PERTAMINA dengan karakteristik

seperti pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Karakteristik mutu solar

NO P R O P E R T I E S L I M I T S TEST METHODS

Min Max I P A S T M

1. Specific Grafity 60/60 0C 0.82 0.87 D-1298

2. Color astm - 3.0 D-1500

3.

Centane Number or

Alternatively calculated Centane

Index

45

48

-

- D-613

4.

Viscosity Kinematic at 100 0C

cST

or Viscosity SSU at 100 0C secs

1.6

35

5.8

45 D-88

5. Pour Point 0C - 65 D-97

6. Sulphur strip % wt - 0.5 D-1551/1552

7. Copper strip (3 hr/100 0C) - No.1 D-130

8. Condradson Carbon Residue %wt - 0.1 D-189

25


9. Water Content % wt - 0.01 D-482

10. Sediment % wt - No.0.01 D-473

11. Ash Content % wt - 0.01 D-482

12.

Neutralization Value :

- Strong Acid Number mgKOH/gr

-Total Acid Number mgKOH/gr

-

-

Nil

0.6

13. Flash Point P.M.c.c 0F 150 - D-93

14. Distillation :

- Recovery at 300 0C % vol

40

-

D-86

Sumber : www.Pertamina.com

2.4 Zat aditif

Zat aditif merupakan bahan yang di tambahkan pada bahan bakar

kendaraan bermotor, baik motor bensin maupun motor diesel. Zat aditif digunakan

untuk memberikan peningkatan sifat dasar tertentu yang telah dimilikinya seperti

aditif anti detonasi solar untuk bahan bakar motor diesel. Juga untuk

meningkatkan kemampuan bertahan terhadap terjadinya oksidasi pada pelumas.

Kebutuhan Zat Aditif pada masa sekarang telah menigkat dengan pesat

dikarenakan perubahan komposisi solar yang timbul oleh karena tiga alasan

utama, yaitu:

1. Perubahan Harga Minyak

2. Persyaratan Gas Buang Kendaraan.

3. Persyaratan Konsumsi Bahan Bakar

Manfaat Zat aditif

Adapun manfaat dari Zat aditif untuk meningkatkan performansi mesin

mulai dari durabilitas, akselerasi sampai power mesin. Kegunaan lain dari Zat

aditif adalah sebagai berikut:

1. Membersihkan karburator/injektor pada saluran bahan bakar.

Endapan yang terjadi pada karburator umumnya terjadi karena adanya

kontaminasi pada bahan bakar. Kontaminasi ini bisa terjadi misalnya karena

tercampur dengan minyak tanah, tercampur dengan logam maupun senyawa

lain yang disebabkan oleh proses kimia tertentu di saluran bahan bakar.

http://www.pertamina.com/�

26


Entah karena disengaja atau tidak, proses kimia ini dapat menghasilkan residu

dan mengendap saat berada di saluran bahan bakar. Ketika kendaraan sedang

tidak digunakan, maka tidak terjadi aliran bahan bakar ke ruang bakar. Dalam

karburator/injector, kondisi diam ini memberi kesempatan residu dan deposit

untuk mengendap. Bahkan dalam jangka waktu yang lama dapat melekat pada

dinding-dinding karburator dan saluran bahan bakar, sehingga walau bahan

bakar sudah mengalir, deposit ini tidak terbawa ke ruang bakar.

2. Mengurangi karbon/endapan senyawa organik pada ruang bakar

Karbon/endapan senyawa organik terjadi ketika bahan bakar tidak terbakar

sempurna. Semakin sering terjadi pembakaran yang tidak sempurna, karbon

ini akan melekat dan semakin tebal. Kita mengetahuinya dengan bentuk kerak

yang melekat pada ruang bakar. Jika kerak ini sudah begitu tebal dan keras,

bukan tidak mungkin akan bergesekan dengan piston atau ring piston. Secara

tidak langsung akan berpengaruh pada rasio kompresi, karena volume ruang

bakar berubah atau kompresi yang bocor.

3. Menambah tenaga mesin

Secara umum, tenaga mesin dihasilkan dari pencampuran udara dan bahan

bakar, lalu di ledakkan dalam ruang bakar. Namun hal ini akan tidak maksimal

jika bahan bakar mengalami penurunan kualitas. Kualitas udara juga

berpengaruh, tapi kita asumsikan semua spare part dalam kondisi normal, jadi

udara bersih bisa didapat-kan setelah melalui saringan udara. Seperti telah

dijelaskan, penurunan kualitas bahan bakar terjadi karena adanya kadar air

yang berlebih dan atau terkontaminasinya bahan bakar dengan zat lain

4. Mencegah korosi.

Dalam bahan bakar sendiri memang mengandung kadar air, akan tetapi dalam

batas tertentu. Dengan kondisi wilayah tropis yang lembab, kadar ini dapat

meningkat hingga melebihi batas. Air ini menyebabkan meningkatnya

kemungkinan reaksi dengan udara dan logam tangki penyimpanan. Selain itu

menyediakan media bagi bakteri aerob dan anaerob untuk berkembang biak

dalam tangki dan saluran bahan bakar. Bakteri ini dapat menguraikan sulphur

yang terkandung dalam bahan bakar, secara tidak langsung ion sulphur akan

mengikat logam tangki sehingga tercipta korosi.

27


Setiap bahan bakar minyak mengandung sulphur dalam jumlah sedikit, namun

keberadaan sulphur ini tidak diharapkan, dikarenakan sulphur ini bersifat

merusak. Dalam proses pembakaran sulphur akan teroksidasi dengan oksigen

menghasilkan senyawa SO2 dan SO3 yang jika bertemu dengan air akan

mengakibatkan korosi. Padahal dalam pembakaran yang sempurna pasti akan

dihasilkan air. Jika dua senyawa tersebut bertemu maka akan menimbulkan

korosi baik di ruang bakar maupun di saluran gas buang.Jika didiamkan korosi

ini akan merusak tangki bahan bakar, tangki menjadi berlubang. Korosi ini

pun bahkan bisa ter bawa ke ruang bakar dan meninggalkan residu/kerak

karbon jika tidak terbakar sempurna. Selain menghasilkan korosi kadar air ini

dapat meninggalkan gum (senyawa berbentuk seperti lumut kecoklatan) yang

menempel pada dinding tangki.

5. Menghemat BBM dan mengurangi emisi gas buang

2.5 EMISI GAS BUANG

Bahan pencemar (polutan) yang berasal dari kendaraan bermotor dapat

diklasifikasikan menjadi beberapa kategori sebagai berikut :

1. Sumber

Polutan dibedakan menjadi polutan primer atau sekunder. Polutan primer

seperti nitrogen oksida (NOx) dan hidrokarbon (HC) langsung dibuangkan ke

udara bebas dan mempertahankan bentuknya seperti pada saat pembuangan.

Polutan sekunder seperti ozon (O3) dan peroksiasetil nitrat (PAN) adalah polutan

yang terbentuk di atmosfer melalui reaksi fotokimia, hidrolisis atau oksidasi.

2. Komposisi kimia

Polutan dibedakan menjadi organik dan inorganik. Polutan organik

mengandung karbon dan hidrogen, juga beberapa elemen seperti oksigen,

nitrogen, sulfur atau fosfor, contohnya : hidrokarbon, keton, alkohol, ester dan

lain-lain. Polutan inorganik seperti : karbon monoksida (CO), karbonat, nitrogen

oksida, ozon dan lainnya.

28


3. Bahan penyusun

Polutan dibedakan menjadi partikulat atau gas. Partikulat dibagi menjadi padatan

dan cairan seperti : debu, asap, abu, kabut dan spray, partikulat dapat bertahan di

atmosfer. Sedangkan polutan berupa gas tidak bertahan di atmosfer dan

bercampur dengan udara bebas.

a.) Partikulat

Polutan partikulat yang berasal dari kendaraan bermotor umumnya

merupakan fasa padat yang terdispersi dalam udara dan membentuk asap. Fasa

padatan tersebut berasal dari pembakaran tak sempurna bahan bakar dengan

udara, sehingga terjadi tingkat ketebalan asap yang tinggi. Selain itu partikulat

juga mengandung timbal yang merupakan bahan aditif untuk meningkatkan

kinerja pembakaran bahan bakar pada mesin kendaraan.

Apabila butir–butir bahan bakar yang terjadi pada penyemprotan kedalam

silinder motor terlalu besar atau apabila butir–butir berkumpul menjadi satu, maka

akan terjadi dekomposisi yang menyebabkan terbentuknya karbon–karbon padat

atau angus. Hal ini disebabkan karena pemanasan udara yang bertemperatur

tinggi, tetapi penguapan dan pencampuran bahan bakar dengan udara yang ada

didalam silinder tidak dapat berlangsung sempurna, terutama pada saat–saat

dimana terlalu banyak bahan bakar disemprotkan yaitu pada waktu daya motor

akan diperbesar, misalnya untuk akselerasi, maka terjadinya angus itu tidak dapat

dihindarkan. Jika angus yang terjadi itu terlalu banyak, maka gas buang yang

keluar dari gas buang motor akan bewarna hitam.

b.) Unburned Hidrocarbon (UHC)

Hidrokarbon yang tidak terbakar dapat terbentuk tidak hanya karena

campuran udara bahan bakar yang gemuk, tetapi bisa saja pada campuran kurus

bila suhu pembakarannya rendah dan lambat serta bagian dari dinding ruang

pembakarannya yang dingin dan agak besar. Motor memancarkan banyak

hidrokarbon kalau baru saja dihidupkan atau berputar bebas (idle) atau waktu

pemanasan.

29


Pemanasan dari udara yang masuk dengan menggunakan gas buang

meningkatkan penguapan dari bahan bakar dan mencegah pemancaran

hidrokarbon. Jumlah hidrokarbon tertentu selalu ada dalam penguapan bahan

bakar, di tangki bahan bakar dan dari kebocoran gas yang melalui celah antara

silinder dari torak masuk kedalam poros engkol, yang disebut dengan blow by

gasses (gas lalu). Pembakaran tak sempurna pada kendaraan juga menghasilkan

gas buang yang mengandung hidrokarbon. Hal ini pada motor diesel terutama

disebabkan oleh campuran lokal udara bahan bakar tidak dapat mencapai batas

mampu bakar.

c.) Carbon Monoksida (CO)

Karbon dan Oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon

monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon

dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida

merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal

berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang

terdapat dalam bahan bakar (kira–kira 85 % dari berat dan sisanya hidrogen)

terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran

udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris, dan terjadi

selama idling pada beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida

tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk. Bila campuran

kurus karbon monoksida tidak terbentuk.

d.) Oksigen (O2)

Oksigen (O2) sangat berperan dalam proses pembakaran, dimana oksigen

tersebut akan diinjeksikan keruang bakar. Dengan tekanan yang sesuai akan

mengakibatkan terjadinya pembakaran bahan bakar.

30


BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Pengujian dilakukan di laboratorium motor bakar Departemen Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Waktu penelitan dari bulan

Juli sampai bulan Agustus

3.2 Bahan dan Alat

3.2.1 Bahan

Bahan yang menjadi objek pengujian ini adalah bahan bakar solar dan

campuran solar-zat aditif dengan kadar :

1. 4 liter solar + 100 ml zat aditif ( C1:40 ).



3.2.2 Alat

Alat yang dipakai dalam eksperimental ini terdiri dari :

1. Motor diesel 4-langkah 4-silinder (TecQuipment TD4A 001).

2. Bom kalorimeter untuk mengukur nilai kalor bahan bakar.

3. Untuk emisi gas buang menggunakan alat uji auto gas analizer.

4. Alat bantu perbengkelan, seperti : kunci pas, kunci Inggris, kunci ring, kunci

L, obeng, tang, palu, kertas amplas dan lain sebagainya.

5. Stop watch, untuk menentukan waktu yang dibutuhkan mesin uji untuk

menghabiskan bahan bakar dengan volume sebanyak 100 ml.

6. Termometer, untuk menghitung perubahan suhu yang terjadi antara sebelum

masuk dan setelah keluar air cooler.

31


3.3 Metode Pengumpulan Data

Data yang dipergunakan dalam pengujian ini meliputi :

a. Data primer, merupakan data yang diperoleh langsung dari pengukuran dan

pembacaan pada unit instrumentasi dan alat ukur pada masing-masing

pengujian.

b. Data sekunder, merupakan data yang diperoleh dari penelitian – penelitian

sebelumnya yang telah dilakukan dan data mengenai karateristik bahan bakar

solar dari PERTAMINA.

3.4 Metode Pengolahan Data

Data yang diperoleh dari data primer dan data sekunder diolah ke dalam

rumus empiris, kemudian data hasil perhitungan disajikan dalam bentuk tabulasi

dan grafik.

3.5 Prosedur Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Alat yang digunakan dalam pengukuran nilai kalor bahan bakar ini adalah

alat uji “Bom Kalorimeter”.

1 2 3

4

5

Gambar 3.1 Bom kalorimeter.

32


Keterangan Gambar :

1. Tabung oksigen.

2. Termometer.

3. Elektrometer.

4. Tabung kalorimeter.

5. Tabung bom.

Peralatan yang digunakan meliputi :

- Kalorimeter, sebagai tempat air pendingin dan tabung bom.

- Tabung bom, sebagai tempat pembakaran bahan bakar yang diuji.

- Tabung gas oksigen.

- Alat ukur tekanan gas oksigen, untuk mengukur jumlah oksigen yang

dimasukkan ke dalam tabung bom.

- Termometer, dengan akurasi pembacaan skala 0.01 0C.

- Elektromotor yang dilengkapi pengaduk untuk mengaduk air pendingin.

- Spit, untuk menentukan jumlah volume bahan bakar.

- Pengatur penyalaan (saklar), untuk menghubungkan arus listrik ke tangkai

penyala pada tabung bom.

- Kawat penyala (busur nyala), untuk menyalakan bahan bakar yang diuji.

- Cawan, untuk tempat bahan bakar di dalam tabung bom.

- Pinset untuk memasang busur nyala pada tangkai penyala, dan cawan pada

dudukannya.

Adapun tahapan pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Mengisi cawan bahan bakar dengan bahan bakar yang akan diuji.

2. Menggulung dan memasang kawat penyala pada tangkai penyala yang ada

pada penutup bom.

3. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala,

serta mengatur posisi kawat penyala agar berada tepat diatas permukaan bahan

bakar yang berada didalam cawan dengan menggunakan pinset.

4. Meletakkan tutup bom yang telah dipasangi kawat penyala dan cawan berisi

bahan bakar pada tabungnya serta dikunci dengan ring “O”sampai rapat.

33


5. Mengisi bom dengan oksigen (30 bar).

6. Mengisi tabung kalorimeter dengan air pendingin sebanyak 1250 ml.

7. Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam tabung kalorimeter.

8. Menghubungkan tangkai penyala penutup bom ke kabel sumber arus listrik.

9. Menutup kalorimeter dengan penutupnya yang dilengkapi dengan pengaduk.

10. Menghubungkan dan mengatur posisi pengaduk pada elektromotor.

11. Menempatkan termometer melalui lubang pada tutup kalorimeter.

12. Menghidupkan elektromotor selama 5 (lima) menit kemudian membaca dan

mencatat temperatur air pendingin pada termometer.

13. Menyalakan kawat penyala dengan menekan saklar.

14. Memastikan kawat penyala telah menyala dan putus dengan memperhatikan

lampu indikator selama elektromotor terus bekerja .

15. Membaca dan mencatat kembali temperatur air pendingin setelah 5 (lima)

menit dari penyalaan berlangsung.

16. Mematikan elektromotor pengaduk dan mempersiapkan peralatan untuk

pengujian berikutnya.

17. Mengulang pengujian sebanyak 5 (lima) kali berturut–turut.

Diagram alir pengujian nilai kalor bahan bakar yang dilakukan dalam

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.2

34


Gambar 3.2 Diagram alir Pengujian nilai kalor bahan bakar.

Mulai

Berat sampel bahan bakar 0,15 gram Volume air

pendingin: 1250 ml Tekanan oksigen 30

Bar

Melakukan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Mencatat temperatur air pendingin T1 (OC)

Menyalakan bahan bakar

Mencatat kembali temperatur air pendingin T2 (OC)

Melanjutkan pengadukan terhadap air pendingin selama 5 menit

Menghitung HHV bahan bakar : HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv x 1000 ( J/kg )

Pengujian = 5 kali

HHVRata - rata = 5

5

1 iiHHV

=Σ

( J/kg)

Selesai

a b

a b

35


3.6 Prosedur Pengujian Performansi Motor Diesel

Disini dilakukan pengujian dengan menggunakan motor diesel 4-langkah

4-silinder ( TecQuipment type. TD4A 001 ).

Gambar 3.3 Mesin uji (TD4 A 001)

Tabel 3.1 Spesifikasi Motor Diesel TD4A 4-langkah

TD111 4-Stroke Diesel Engine

Type TecQuipment TD4A 001

Langkah dan diameter 3,125 inch-nominal dan 3,5 inch

Kompresi ratio 22 : 1

Kapasitas 120,003 inch3 (1,967 liter)

Valve type clearance 0,012 inch (0,30 mm) dingin

Firing order 1-3-4-2

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel laboratorium motor bakar

Departemen Teknik Mesin USU.

36


Mesin ini juga dilengkapi dengan TD4 A 001 Instrumentation Unit dengan

spesifikasi sebagai berikut :

Gambar 3.4 TD4 A 001 Instrumentation Unit.

Tabel 3.2 Spesifikasi TD4 A 001 Instrument Unit

TD4 A 001 Instrument Unit

Fuel Tank Capasity 10 liters

Fast Flow Pipette Graduated in 8 ml, 16 ml and 32 ml

Tachometer 0–5000 rev/min

Torque Meter 0–70 Nm

Exhaust Temperature Meter 0–1200 0C

Air Flow Manometer Calibrated 0–40 mm water gauge

Sumber : Panduan Praktikum Motor Bakar Diesel

Pada pengujian ini, akan diteliti performansi motor diesel serta komposisi

emisi gas buang . Pengujian ini dilakukan pada 6 tingkat putaran mesin, yaitu :

1000,1400,1800,2200,2600 dan 2800 rpm serta 2 variasi beban yaitu : 10 kg dan

25 kg.

37


Sebelum pengujian dilakukan, terlebih dahulu dilakukan pengkalibrasian

terhadap torquemeter yang terdapat pada instrumentasi mesin uji dengan langkah–

langkah sebagai berikut :

1. Menghubungkan unit instrumentasi mesin kesumber arus listrik.

2. Memutar tombol span searah jarum jam sampai posisi maksimum.

3. Mengguncangkan/menggetarkan mesin pada bagian lengan beban.

4. Memutar tombol zero, hingga jarum torquemetre menunjukkan angka nol.

5. Memastikan bahwa penunjukan angka nol oleh torquemeter telah akurat

dengan mengguncangkan mesin kembali.

6. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

7. Mengguncangkan/menggetarkan mesin sampai posisi jarum torquemeter

menunjukkan angka yang tetap.

8. Melepaskan beban dari lengan beban.

Pengkalibrasian ini dilakukan setiap kali akan dilakukan pengujian

sebelum mesin dihidupkan. Setelah dilakukan pengkalibrasian, maka pengujian

dapat dilakukan dengan langkah–langkah sebagai berikut :

1. Menghidupkan pompa air pendingin dan memastikan sirkulasi air pendingin

mengalir dengan lancar melalui mesin.

2. Menghidupkan mesin dengan cara menekan tombol starter, memanaskan

mesin selama 15–20 menit pada putaran rendah (± 1500 rpm).

3. Mengatur putaran mesin pada 1500 rpm dengan menggunakan tuas kecepatan

dan memastikannya melalui pembacaan tachometer.

4. Menggantung beban sebesar 10 kg pada lengan beban.

5. Menutup saluran bahan bakar dari tangki dengan memutar katup saluran

bahan bakar sehingga permukaan bahan bakar didalam pipette turun.

6. Mencatat waktu yang dibutuhkan mesin untuk menghabiskan 100 ml bahan

bakar dengan menggunakan stopwatch dengan memperhatikan ketinggian

permukaan bahan bakar didalam pipette.

38


7. Mencatat torsi melalui pembacaan torquemeter, temperatur gas buang melalui

exhaust temperature meter, dan tekanan udara masuk melalui air flow

manometer.

8. Membuka katup bahan bakar sehingga pipette kembali terisi oleh bahan bakar

yang berasal dari tangki.

9. Mengulang pengujian untuk variasi putaran dan beban mesin.

Diagram alir pengujian performansi motor diesel yang dilakukan dalam

penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.5.

39


Gambar 3.5 Diagram alir Pengujian performansi motor diesel

Volume Uji bahan bakar : 100 ml Temperatur udara :

27 OC Tekanan udara: 1 bar Putaran: n rpm Beban: L kg

Mencatat waktu yang dibutuhkan untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar. Mencatat Torsi Mencatat temperatur gas buang Mencatat tekanan udara masuk mm

H2O

Selesai

Mengulang pengujian dengan beban, putaran yang berbeda.

Menganalisa data hasil pembacaan alat ukur dengan rumus empiris

Mulai

40


3.7 Prosedur Pengujian Emisi Gas Buang

Pengujian emisi gas buang yang dilakukan meliputi kadar CO2, O2, HC

dan CO yang terdapat pada hasil pembakaran bahan bakar . Pengujian ini

dilakukan bersamaan dengan pengujian unjuk kerja motor diesel dimana gas

buang yang dihasilkan oleh mesin uji pada saat pengujian diukur untuk

mengetahui kadar emisi dalam gas buang. Pengujian emsi gas buang yang

dilakukan dalam penelitian ini menggunakan alat auto logic gas analizer .

Gambar 3.6 Auto logic gas analizer

41


Gambar 3.7 Diagram alir Pengujian emisi gas buang motor diesel

Menyambungkan perangkat autogas

analizer ke komputer

Mengosongkan kandungan gas dalam auto logic gas analizer

Menunggu kira-kira 2 menit hingga pembacaan stabil dan melihat

tampilannya di komputer

Memasukkan gas fitting kedalam knalpot motor bakar

Mulai

Mengulang pengujian dengan beban dan putaran yang berbeda

Selesai

42


BAB IV

HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN

4.1 Pengujian Nilai Kalor Bahan Bakar

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan (T1 dan

T2) yang telah diperoleh pada pengujian “Bom Kalorimeter” selanjutnya

digunakan untuk menghitung nilai kalor atas bahan bakar (HHV) dengan

persamaan berikut :

HHV = (T2 – T1 – Tkp) x Cv ( kj/kg ) Lit. 11 Hal 12

dimana:

HHV = Nilai kalor atas ( High Heating Value )

T1 = Temperatur air pendingin sebelum penyalaan ( 0C )

T2 = Temperatur air pendingin sesudah penyalaan ( 0C )

Cv = Panas jenis bom kalorimeter ( 73529,6 kj/kg 0C )

Tkp = Kenaikan temperatur akibat kawat penyala ( 0,05 0C )

Pada pengujian pertama bahan bakar solar , diperoleh :

T1 = 26,65 0C

T2 = 27,75 0C, maka:

HHV(solar) = (27,75 – 26,65 – 0,05 ) x 73529,6

= 77206,08 kj/kg

Standar nilai kalor solar adalah 40297,32 kj/kg (sumber :spesifikasi bahan

bakar gas dan cair,Pertamina,2001), karena dalam pengujian solar menggunakan

bom kalorimeter didapat HHV sebesar 66911,936 kJ/kg, maka pada pengujian ini,

digunakan faktor koreksi (Fk) sebesar :

6022,0936,6691132.40297

=

Sehingga harga nilai kalor bahan bakar menjadi :

HHV(solar) = 77206,08 kj/kg × 0,6022

= 46493,5 kj/kg

43


Keterangan : C1:40 = Campuran100 ml aditif + 4000 ml solar

C2:40 = Campuran 200 ml aditif + 4000 ml solar

C3:40 = Campuran 300 ml aditif + 4000 ml solar

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C1:40

diperoleh :

T1 = 26,15 0C

T2 = 27,21 0C, maka:

HHV(C1:40) = (25,87-24,81 – 0,05 ) × 73529,6

= 74264.896 kj/kg × 0,6022

= 44722,32 kj/kg

Diketahui nilai rata-rata HHV untuk C1:40 adalah 49720,347 dan nilai kalori meter

zat aditif ( STP ) dari hasil uji bomb kalorimeter di laboratorium yaitu sebesar

41209,5168kj/kg maka diperoleh :

HHV(C1:40) = kg/kj82,420432

kg/kj5168,41209kg/kj347,49720=

+

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40,

diperoleh :

T1 = 24,24 0C

T2 = 25,24 0C, maka:

HHV(C2:40) = (25,24 – 24,24 – 0,05 ) × 73529,6

= 69853,120 kj/kg × 0,6022

= 46766,7 kj/kg

HHV(C2:40) = kg/kj51,430582

kg/kj5168,41209kg/kj663,46766=

+

Pada pengujian pertama bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C3:40

diperoleh :

T1 = 26.11 0C

T2 = 27.17 0C, maka:

HHV(C3:40) = (27.31 – 26.32 – 0,05 ) × 73529,6

= 74264,896 kj/kg × 0,6022

= 41469,92 kj/kg

44


HHV(C3:40) = kg/kj11,425292

kg/kj5168,41209kg/kj92,41469=

+

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung nilai kalor pada

pengujian kedua hingga kelima. Selanjutnya untuk memperoleh harga nilai kalor

rata–rata bahan bakar digunakan persamaan berikut ini :

HHVRata - rata = 5

5

1 iiHHV

=Σ

( kj/kg )

Data temperatur air pendingin sebelum dan sesudah penyalaan serta hasil

perhitungan untuk nilai kalor pada pengujian pertama hingga kelima dan nilai

kalor rata–rata bahan bakar solar, campuran zat aditif dengan solar C1:40, C2:40,

C3:40 dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa harga HHV campuran zat aditif

dengan solar lebih tinggi dari solar, hal ini diakibatkan adanya peningkatan nilai

cetane dalam bahan bakar campuran zat aditif dengan solar.

Dalam pengujian ini diasumsikan gas buang yang keluar dari knalpot

mesin uji masih mengandung uap air (uap air yang terbentuk dari proses

pembakaran bahan bakar yang belum sempat mengalami kondensasi didalam

silinder sebelum langkah buang terjadi) sehingga kalor laten kondensasi uap air

tidak diperhitungkan sebagai nilai kalor pembakaran bahan bakar (LHV, Low

Heating Value). Hal ini berarti untuk mendapatkan nilai LHV, maka nilai kalor

bahan bakar yang telah diperoleh dari pengujian sebelumnya (HHV, High Heating

Value) dengan menggunakan bom kalorimeter harus dikurangkan dengan

besarnya kalor laten kondensasi uap air yang terbentuk dari proses pembakaran.

LHV = HHV – Qlc

Dimana :

LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar (kj/kg)

Qlc = kalor laten kondensasi uap air.

45


Dengan mengasumsikan tekanan parsial yang terjadi pada knalpot mesin

uji adalah sebesar 20 kN/m2 (tekanan parsial yang umumnya terjadi pada knalpot

motor bakar), maka dari tabel uap diperoleh besarnya kalor laten kondensasi uap

air yaitu sebesar 2400 kJ/kg. Bila diasumsikan pembakaran yang terjadi adalah

pembakaran sempurna maka besarnya uap air yang terbentuk dari pembakaran

bahan bakar dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

% Berat H dalam bahan bakar = )(

..

ZYX OHCMRHARy x 100 %

dimana :

x,y, dan z = konstanta (jumlah atom)

AR H = Berat atom Hidrogen

)( ZYX OHCMR = Berat molekul ZYX OHC

Massa air yang terbentuk = ½ x y x (% berat H dalam bahan bakar) x massa bahan

bakar

Harga LHV untuk solar (C12

H26

) dihitung dengan cara :

% berat H dalam solar=2612

.HMRC

ARHyX100 %

= ( ) ( ) %1001.2612.12

1.26 X+

= 15,29 %

Jumlah uap air yang terbentuk dari pembakaran tiap 1 kg solar :

kgkg 9877,11100

29,152621

=⋅⋅⋅

Kalor laten kondensasi uap air dari pembakaran tiap 1 kg solar :

lcq solar = 2400 kj/kg .1,9877 kg

= 4770,48 kj per 1 kg solar

Besarnya LHV solar :

LHV solar = HHV solar - Q lc solar

= 40294.32kj/kg – 4770,48 kj/kg

= 35523,84 kj/kg

46


Sedangkan harga LHV untuk bahan bakar yang merupakan campuran

antara zat aditif dengan solar dihitung dengan menggunakan kalor laten

kondensasi uap air solar, sebab kalor laten kondensasi uap air pada zat aditif

diabaikan (www.stp.com) lihat pada lampiran.

Besarnya LHV C1:40 :

LHVC1 :40 = HHVC1 : 40 - Q lc solar

= 42043,82 kj/kg – 4770,48 kj/kg

= 37273,34 kj/kg


LHVC2:40 = HHVC2 :40 - Q lc solar

= 43058,51kj/kg – 4770,48 kj/kg

= 38288,03 kj/kg


LHVC3:40 = HHVC3 :40 - Q lc solar

= 42529,11 kj/kg – 4770,48 kj/kg

= 37758,63 kj/kg

http://www.stp.com/�

47


Tabel 4.1 Data hasil pengujian dan perhitungan bom kalorimeter

BAHAN

BAKAR

No.

Penguji

an

T1(OC) T2(OC) HHV

(kj/kg)

HHV

rata-rata

(kj/kg)

LHV

rata-rata

(kj/kg)

C1:40

1 24.81 25.87 44722.32

42043.82

37273.34

2 25.87 26.87 41911.08

3 26.89 27.98 45881.61

4 27.99 28.97 41028.75

5 25.21 26.21 41911.08

C2:40

1 24.24 25.24 46766.7

43058.51

38288.03

2 25.25 26.34 51197.2

3 26.35 27.38 48243.5

4 27.38 28.46 50704.9

5 25.10 26.12 47751.2

C3:40

1 26.32 27.31 41469.92

42529.11

37758.63

2 27.32 28.4 45440.44

3 28.41 29.52 46763.95

4 24.71 25.72 42352.25

5 25.76 26.81 44116.93

Solar

murni

1 26.65 27.75 46493.5

40294.32

35526.84

2 27.75 28.61 35866.42 3 28.68 29.70 42951.14 4 25.71 26.57 35866.42 5 26.95 27.91 40294.37

48


Perbandingan nilai kalor atas (HHV) masing-masing dapat dilihat pada gambar di

bawah.

Nilai kalor vs Bahan bakar

40297,3

42043,8243058,5

42529,1

35526,84

37758,6338288,0337758,63

34000

36000

38000

40000

42000

44000

HH

V/L

HV

kj/k

g

HHV solar HHV C1:40 HHV C2:40 HHV C3:40

LHV solar LHV C1:40 LHV C2:40 LHV C3:40

Gambar 4.1 Grafik HHV/LHV vs jenis bahan bakar

Dari hasil penelitian ditunjukkan bahwa harga HHV dan LHV campuran

zat aditif dengan solar lebih tinggi dari solar, hal ini diakibatkan adanya

peningkatan nilai cetane dalam bahan bakar campuran zat aditif dengan solar.

4.2 Pengujian Performansi Motor Diesel

Data yang diperoleh dari pembacaan langsung alat uji motor diesel 4-

langkah 4-silinder (TecQuipment type. TD4A 001) melalui unit instrumentasi dan

perlengkapan yang digunakan pada saat pengujian antara lain :

♦ Putaran (rpm) melalui tachometre.

♦ Torsi (N.m) melalui torquemetre.

♦ Tinggi kolom udara (mm H2O), melalui pembacaan air flow manometre.

♦ Temperatur gas buang (oC), melalui pembacaan exhaust temperature metre.

♦ Waktu untuk menghabiskan 100 ml bahan bakar (s), melalui pembacaan

stopwatch.

49


4.2.1 Torsi

Pada tabel 4.2 dapat dilihat besarnya torsi untuk masing–masing pengujian

daya mesin baik dengan menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan

perbandingan C1:40, C2:40 C3:40 maupun solar murni pada berbagai kondisi

pembebanan dan putaran.

Tabel 4.2 Data hasil perhitungan untuk torsi

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Torsi (Nm)

Solar

murni C1: 40 C2: 40 C3 : 40

10

1000 32 34 37 35 1400 43 45 50 46 1800 47.5 51 57 50 2200 48 53 58 53 2600 48 53 59 52 2800 48 54 60 54

25

1000 75.5 76 79 76 1400 78 80 85 83 1800 81 84 89 85 2200 84 87 91 88 2600 87 91 93 91 2800 88 91 93 90

• Pada pembebanan 10 kg , torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan

menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 32 N.m.

Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan

bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada putaran 2800 sebesar

60 N.m.

• Pada pembebanan 25 kg , torsi terendah mesin terjadi pada pengujian dengan

menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm yaitu 75,5 N.m.

Sedangkan torsi tertinggi mesin terjadi pada pengujian dengan menggunakan

bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada putaran 2800 sebesar

93 N.m.

50


Torsi terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada putaran

1000 rpm dan beban 10 kg yaitu sebesar 32 N.m. Sedangkan torsi tertinggi terjadi

ketika menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada

beban 25 kg dan putaran 2800 sebesar 93 N.m.

Torsi vs Putaran

0

20

40

60

80

100

1000 1400 1800 2200 2600 2800

Putaran (rpm)

Tor

si (N

m)

s olar beban 10kg

C 1:40 beban 10kg

C 2:40 beban 10kg

C 3:40 beban 10kg

s olar beban 25kg

C 1:40 beban 25kg

C 2:40 beban 25kg

Gambar 4.2 Grafik Torsi vs putaran untuk beban 10 Kg dan beban 25 Kg.

Torsi mengalami kenaikan pada C1:40 dan C2:40, akan tetapi menurun pada

C3:40. Hal ini dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar juga semakin menurun.

4.2.2 Daya

Besarnya daya yang dihasilkan dari masing-masing jenis bahan bakar

pada tiap kondisi pembebanan dan putaran dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan berikut :

BP = Tn60

..2π

dimana : BP = Daya keluaran (Watt)

n = Putaran mesin (rpm)

T = Torsi (N.m)

Dengan memasukkan harga torsi yang telah diperoleh sebelumnya pada pengujian

seperti yang terdapat pada tabel 4.2, maka :

51


Untuk jenis bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C1:40 dan beban 10 kg

pada setiap putaran

- N = 1000 rpm

BP = 34601000..2 xπ

= 3559 W

= 3,559 kW

- N = 1400 rpm

BP = 45601400..2 xπ

= 6594 W

= 6,594 kW

- N = 1800 rpm

BP = 51601800..2 xπ

= 9608 W

= 9,608 kW

Dengan cara perhitungan yang sama untuk setiap jenis bahan bakar, variasi

putaran dan beban, maka hasil perhitungan daya untuk setiap kondisi tersebut

dapat dilihat pada tabel 4.3.

52


Tabel 4.3 Data hasil perhitungan untuk daya

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Daya (kW)

Solar

murni C1 : 40 C2 : 40 C3: 40

10

1000 3.349 3.559 3.873 3.663 1400 6.301 6.594 7.327 6.741 1800 8.949 9.608 10.739 9.420 2200 11.053 12.204 13.355 12.204 2600 13.062 14.423 16.056 14.151 2800 14.067 15.826 17.584 15.826

25

1000 7.902 7.955 8.269 7.955 1400 11.430 11.723 12.455 12.162 1800 15.260 14.067 16.768 16.014 2200 19.342 20.033 20.954 20.263 2600 23.676 24.764 25.308 24.764 2800 25.790 26.669 27.255 26.376

• Pada pembebanan 10 kg , daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan

menggunakan bahan bakar solar yaitu sebesar 3,349 kW. Sedangkan daya

tertinggi terjadi pada pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif

dengan solar C2:40 pada putaran 2800 sebesar sebesar 17,584 kW.

• Pada pembebanan 25 kg , daya terendah mesin terjadi pada pengujian dengan

menggunakan bahan bakar solar pada putaran 1000 rpm sebesar 7,902 kW.

Sedangkan daya tertinggi terjadi saat menggunakan bahan bakar campuran zat

aditif dengan solar C2:40 pada putaran 2800 sebesar 27,255 kW

Daya terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar pada beban

10 kg dan putaran 1000 rpm yaitu 3, 349 kW. Sedangkan daya tertinggi terjadi

ketika menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada

putaran 2800 dan beban 25 kg yaitu sebesar 27,255 kW.

53


Daya vs Putaran

0

5

10

15

20

25

30

1000 1400 1800 2200 2600 2800

putaran ( rpm )

Day

a ( k

W )

solar beban 10kg

C1:40 beban 10kg

C2:40 beban 10kg

C3:40 beban 10kg

solar beban 25kg

C1:40 beban 25kg

C2:40 beban 25kg

C3:40 beban 25 kg

Gambar 4.3 Grafik Daya vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Dapat dilihat pada gambar 4.3 di atas, campuran zat aditif dengan solar

C1:40 pada setiap putaran daya mengalami kenaikan dibandingkan dengan solar

murni, begitu juga terhadap campuran: C2 40. Namun, pada campuran C3:40 daya

mulai mengalami penurunan dibandingkan dengan campuran sebelumnya akan

tetapi masih berada diatas daya solar murni.

Besar kecil daya mesin bergantung pada besar kecil torsi yang didapat.

Daya yang dihasilkan mesin dipengaruhi oleh putaran poros engkol yang terjadi

akibat dorongan piston yang dihasilkan karena adanya pembakaran bahan bakar

dengan udara. Jika konsumsi bahan bakar dan udara diperbesar maka akan

semakin besar pula daya yang dihasilkan mesin. Semakin cepat poros engkol

berputar maka akan semakin besar daya yang dihasilkan.

54


4.2.3 Konsumsi bahan bakar spesifik

Konsumsi bahan bakar spesifik (Specific fuel consumption, Sfc) dari

masing–masing pengujian pada tiap variasi beban dan putaran dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut :

Sfc = B

f

Pxm 3

.10

dimana : Sfc = konsumsi bahan bakar spesifik (g/kW.h)

.

fm = laju aliran bahan bakar (kg/jam)

Besarnya laju aliran massa bahan bahan bakar (.

fm ) dihitung dengan

persamaan berikut :

360010.. 3

xt

Vsgm

f

fff

−

=

dimana :

fsg = spesific gravity

fV = Volume bahan bakar yang diuji (dalam hal ini 100 ml).

ft = waktu untuk menghabiskan bahan bakar sebanyak volume uji (detik).

Harga fsg untuk zat aditif adalah 0,81 dan untuk solar adalah 0,857,sedangkan

untuk bahan bakar yang merupakan campuran antara zat aditif dengan solar, harga

fsg -nya dihitung dengan menggunakan rumus pendekatan berikut :

fsg Cxx = ( C x 0,81 ) + ( S x 0,857 )

Dengan:

C = Persentase kandungan zat aditif dalam bahan bakar campuran

S = Persentase kandungan solar dalam bahan bakar campuran

Untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan solar dengan perbandingan C1:40

maka :

fsg (C1:40) = [(100/4100) x 0,81] + [(4000/4100) x 0,857]

= 0,856

55



maka :

fsg (C2:40) = [(200/4200) x 0,81] + [(4000/4200) x 0,857]

= 0,854


maka :

fsg (C3:40) = [(300/4300) x 0,81] + [(4000/4300) x 0,857]

= 0,853

Dengan memasukkan harga fsg = 0,856, harga ft yang diambil dari percobaan

sebelumnya harga fV yaitu sebesar 100 ml, maka laju aliran bahan bakar untuk

pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif dengan solar yaitu C1:40

adalah :

Beban : 10 kg

Putaran : 1000 rpm

.

fm = 458

10100.856,0 3−x x 3600

= 0,673 kg / jam

Dengan diperolehnya besar laju aliran bahan bakar, maka dapat dihitung

harga konsumsi bahan bakar spesifiknya (Sfc).

Untuk pengujian dengan menggunakan campuran zat aditif dengan solar yaitu

C1:40 adalah :

Beban : 10 kg

Putaran : 1000 rpm

Sfc = 559.3

10673,0 3x

= 189,070 g/kWh

56


Dengan cara yang sama untuk setiap jenis pengujian, pada putaran dan beban

yang bervariasi, maka hasil perhitungan Sfc untuk kondisi tersebut dapat dilihat

pada tabel 4.4

Tabel 4.4 Data hasil perhitungan untuk Sfc

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Sfc (g/kWh)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 306.026 189.070 167.838 172.480 1400 293.199 160.596 143.214 157.637 1800 294.661 157.990 143.864 154.496 2200 357.863 172.948 159.860 164.457 2600 357.863 184.188 170.966 183.901 2800 342.685 187.233 173.110 192.119

25

1000 117.595 82.250 77.140 79.925 1400 137.021 91.276 85.115 84.727 1800 137.531 109.531 91.221 91.750 2200 147.689 105.359 101.186 99.048 2600 135.741 112.106 107.502 105.086 2800 132.920 115.550 111.684 108.807

• Pada pembebanan 10 kg , Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan

menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada putaran

1400 rpm yaitu sebesar 143,214 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi saat

menggunakan solar murni pada putaran 2200 dan 2600 rpm yaitu sebesar

357,863 g/kWh.

• Pada pembebanan 25 kg , Sfc terendah terjadi pada pengujian dengan bahan

bakar campuran zat aditif dengan solar C2:40 pada putaran 1000 rpm yaitu

sebesar 77.14 g/kWh. Sedangkan Sfc tertinggi terjadi pada saat mesin

menggunakan solar murni pada putaran 2200 rpm sebesar 147,689 g/kWh.

57


Gambar 4.4 Grafik Sfc vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg.

Besarnya Sfc sangat dipengaruhi oleh nilai kalor bahan bakar (lihat Tabel 4.1),

semakin besar nilai kalor bahan bakar maka Sfc semakin kecil dan sebaliknya.

4.2.4 Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR)

Rasio perbandingan bahan bakar (air fuel ratio) dari masing–masing jenis

pengujian dihitung berdasarkan rumus berikut :

AFR = .

.

f

a

m

m

dimana :

AFR = air fuel ratio .

am = laju aliran massa udara (kg/jam)

Besarnya laju aliran udara (.

am ) diperoleh dengan membandingkan

besarnya tekanan udara masuk yang telah diperoleh melalui pembacaan air flow

manometer (Tabel 4.2) terhadap kurva viscous flow metre calibration.

Pada pengujian ini, dianggap tekanan udara (Pa) sebesar 100 kPa ( ≈1 bar)

dan temperatur (Ta) sebesar 27 0C. kurva kalibrasi dibawah dikondisikan untuk

pengujian pada tekanan udara 1013 milibar dan temperatur 20 0C, maka besarnya

laju aliran udara yang diperoleh harus dikalikan dengan faktor koreksi berikut :

58


fC = 3564 x aP x 5,2

)114(

a

a

TT +

= 3564 x 1 x 5,2)27327()]114()27327[(

+++

= 0,946531125

Gambar 4.5 Kurva Viscous Flow Meter Calibration (lit.10 hal 3-11).

Untuk tekanan udara masuk = 10 mm H2O dari kurva kalibrasi diperoleh

laju aliran massa udara sebesar 11,38 kg/jam, setelah dikalikan faktor koreksi (Cf),

maka laju aliran massa udara yang sebenarnya :

am.

= 11,38 x 0,946531125

= 10,7715242 kg/jam

Maka untuk pengujian bahan bakar campuran zat aditif dengan campuran

solar C1:40 dengan beban 10 kg dan putaran 1000 rpm dimana tekanan udara

masuk = 4 mm H2O didapat dari kurva kalibrasi laju aliran massa udara dengan

cara interpolasi yaitu :

Misalkan am.

untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C1:40 pada

beban 10 kg dan putaran 1000 rpm adalah X kg/jam, maka

59


)7715242,10(.104

=X

= 4,308 kg/jam

Dengan cara perhitungan yang sama, maka diperoleh harga laju aliran

massa udara ( am.

) untuk masing–masing jenis bahan bakar pada tiap variasi beban

dan putaran seperti pada tabel 4.5 . Dengan diperolehnya harga laju aliran massa

bahan bakar, maka dapat dihitung besarnya rasio udara bahan bakar (AFR).

• Untuk bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C1:40, beban : 10 kg

dan putaran : 1000 rpm

AFR = 0,6734,308

= 6,404

Hasil perhitungan AFR untuk masing – masing bahan bakar pada tiap

variasi beban dan putaran dapat dilihat pada table 4.5 .

60


Tabel 4.5 Data hasil perhitungan untuk AFR

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

AFR

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 3.678 6.404 6.629 6.819 1400 4.081 7.629 5.646 7.603 1800 4.698 9.224 8.715 9.252 2200 4.902 9.951 9.081 9.929 2600 5.646 10.542 10.006 10.762 2800 6.145 10.724 10.262 10.628

25

1000 4.057 5.762 6.755 6.777 1400 4.815 7.550 5.588 7.840 1800 6.159 8.739 8.803 9.164 2200 6.599 9.441 9.398 9.929 2600 8.547 10.088 10.096 10.555 2800 9.112 10.486 10.439 10.697

• Pada pembebanan 10 kg, AFR terendah terjadi pada solar murni pada

putaran 1000 rpm yaitu sebesar 3.678. Sedangkan AFR tertinggi terjadi

pada bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 2600

rpm yaitu sebesar 10,762.

• Pada pembebanan 25 kg, AFR terendah terjadi pada solar murni pada

putaran 1000 rpm yaitu sebesar 2,793. Sedangkan AFR tertinggi terjadi

pada bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 2800

rpm yaitu sebesar 10,697.

AFR terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar solar murni pada beban 10

kg dengan putaran mesin 1000 rpm yaitu sebesar 3,678. Sedangkan AFR tertinggi

terjadi ketika menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C3:40

pada beban 10 kg dan putaran 2800 rpm yaitu sebesar 10.762.

Perbandingan AFR masing – masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan

putaran dapat dilihat pada grafik yang terletak pada gambar 4.6

61


AFR vs Putaran

0

2

4

6

8

10

12

1000 1400 1800 2200 2600 2800

Putaran (rpm)

AFR

s olar beban10kg

C 1:40 beban 10kg

C 2:40 beban10kg

C 3:40 beban10kg

s olar beban25kg

C 1:40 beban25kg

C 2:40 beban25kg

C 3:40 beban25kg

Gambar 4.6 Grafik AFR vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg.

Semakin tinggi putaran dan beban mesin, maka semakin besar ratio

perbandingan udara bahan bakar. Ini disebabkan karena pada putaran dan beban

maksimal mesin mengalami overlap (kelebihan putaran) dimana pada saat ini

terjadi proses pembakaran yang sangat cepat dimana diperlukan bahan bakar

dengan jumlah besar, sehingga diperlukan udara yang besar pula untuk

mengimbangi bahan bakar tadi.

4.2.5 Efisiensi Volumetris

Efisiensi volumetris (volumetric efficiency) untuk motor bakar 4-langkah

dihitung dengan rumus berikut :

vη = n

ma

.60.2 .

sa V.1

ρ

dimana :

am = Laju aliran udara (kg / jam)

aρ = Kerapatan udara (kg/m3)

sV = volume langkah torak (m3) =0,492 x 10-3 m3 [berdasarkan spesifikasi mesin].

Diasumsikan udara sebagai gas ideal sehingga massa jenis udara dapat

diperoleh dari persamaan berikut :

aρ = a

a

TRP.

62


Dimana : R = konstanta gas (untuk udara = 287 J/ kg.K)

Dengan memasukkan harga tekanan dan temperatur udara yaitu sebesar

100 kPa dan 27 0C, maka diperoleh massa jenis udara yaitu sebesar :

aρ = )27327.(287

000.100+

= 1,161440186 kg/m3

Dengan diperolehnya massa jenis udara maka dapat dihitung besarnya

effisiensi volumetris ( vη ) untuk masing–masing pengujian bahan bakar pada

variasi beban dan putaran.

Untuk pengujian menggunakan campuran zat aditif dengan solar C1:40 pada

putaran 1000 rpm :

vη = 1000.60

4,308.2 . x100,5. 1,161441

13-

= 0,07026

= 24,732 %

Harga efisiensi volumetris untuk masing–masing pengujian yang dihitung

dengan cara perhitungan yang sama dengan perhitungan diatas dapat dilihat pada

tabel 4.6.

63


Tabel 4.6 Data hasil perhitungan untuk efisiensi volumetris

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Efisiensi Volumetris (%)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 21.640 24.732 24.732 24.732 1400 30.914 33.123 24.290 33.123 1800 39.502 44.654 42.937 42.937 2200 50.587 54.803 50.587 51.992 2600 58.262 61.829 60.640 61.829 2800 60.725 65.141 64.037 66.245

25

1000 21.640 21.640 24.732 24.732 1400 30.914 33.123 24.290 33.123 1800 41.219 48.304 42.937 42.937 2200 49.182 51.992 51.992 51.992 2600 60.640 61.829 60.640 60.640 2800 64.037 66.245 65.141 62.933

• Pada beban 10 kg, efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika

menggunakan campuran zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 2800

rpm yaitu sebesar 66,245%, dan terendah pada saat menggunakan bahan

bakar solar pada putaran 1000 rpm sebesar 21,640%.

• Pada beban 25 kg, efisiensi volumetris tertinggi terjadi ketika

menggunakan bahan bakar campuran zat aditif dengan solar C1:40 pada

putaran 2800 sebesar 66,245%. Effisiensi volumetris terendah terjadi

ketika menggunakan solar pada putaran 1000 rpm yaitu 21,640%.

Perbandingan efisiensi volumetris dari masing–masing pengujian pada tiap

variasi putaran dapat dilihat dari gambar di bawah ini

64


Efisiensi Volumetris vs Putaran

0

10

20

30

40

50

60

70

1000 1400 1800 2200 2600 2800

Putaran (rpm)

Efis

iens

i Vol

umet

ris (

%) s olar beban10kg

C 1:40 beban 10kg

C 2:40 beban10kg

C 3:40 beban10kg

s olar beban25kg

C 1:40 beban25kg

C 2:40 beban25kg

C 3:40 beban25kg

Gambar 4.7 Grafik Effisiensi volumetris vs putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Efisiensi volumetris menunjukkan perbandingan antara jumlah udara yang

terisap sebenarnya terhadap jumlah udara yang terisap sebanyak volume langkah

torak untuk setiap langkah isap.

Efisiensi volumetris antara bahan bakar campuran zat aditif dengan solar dan solar

relatif sama,pengaruh penggunaan bahan bakar campuran zat aditif terhadap

efisiensi volumetrik relatif tidak ada, efisiensi volumetrik hanya dipengaruhi oleh

kondisi kerja dari motor diesel.

4.2.6 Efisiensi Termal Brake

Efisiensi termal brake (brake thermal eficiency, bη ) merupakan

perbandingan antara daya keluaran aktual terhadap laju panas rata–rata yang

dihasilkan dari pembakaran bahan bakar. Efisiensi termal brake dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut :

bη = LHVmP

f

B

. . 3600

dimana:

bη = Efisiensi termal brake

LHV = nilai kalor pembakaran bahan bakar (kJ/kg)

65


Setelah diperoleh harga LHV untuk masing-masing bahan bakar maka

dapat dihitung besarnya efisiensi termal brake ( bη ).

• Untuk bahan bakar cmpuran C1:40, beban 10 kg pada putaran 1000 rpm

bη = 3600/37273/673.0

559,3×

⋅ kgkjjamkgkW

= 0,510760276

= 51,076%

Cara perhitungan yang sama dilakukan untuk menghitung efisiensi termal brake

masing-masing bahan bakar pada tiap variasi beban dan putaran. Hasil

perhitungan efisiensi termal brake dapat dilihat pada tabel 4.7

Tabel 4.7 Data hasil perhitungan untuk efisiensi termal brake

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Efisiensi Thermal Brake (%)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 33.108 51.076 56.023 55.259 1400 34.569 60.139 65.673 60.461 1800 34.388 61.131 65.354 61.726 2200 28.319 55.836 58.814 57.975 2600 28.312 52.428 54.996 51.852 2800 29.567 51.587 54.314 49.634

25

1000 86.192 117.480 121.863 119.253 1400 73.960 105.817 110.478 112.578 1800 73.669 88.166 103.045 103.935 2200 68.602 91.656 92.933 96.259 2600 74.646 86.159 87.451 90.740 2800 76.235 83.575 84.186 87.622

• Pada pembebanan 10 kg, effisiensi termal brake terendah terjadi pada solar

murni pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 28,312 %. Sedangkan

effisiensi termal brake tertinggi terjadi pada campuran antara zat aditif

dengan solar C2:40 pada putaran 1400 rpm yaitu sebesar 65,673 %.

66


• Pada pembebanan 25 kg, effisiensi termal brake terendah terjadi pada solar

murni pada putaran 2200 rpm yaitu sebesar 68,602 %. Sedangkan

effisiensi termal brake tertinggi terjadi pada campuran antara zat aditif

dengan solar C2:40 pada putaran 1000 rpm yaitu sebesar 121,863 %.

Efisiensi termal brake terendah terjadi ketika menggunakan bahan bakar

solar pada beban 10 kg dan putaran mesin 2600 rpm yaitu sebesar 28,312%.

sedangkan efisiensi termal brake tertinggi terjadi ketika menggunakan bahan

bakar campuran antara zat aditif dengan solar C2:40 pada beban 25 kg dan putaran

1000 rpm yaitu sebesar 121,863 %.

Perbandingan efisiensi termal brake masing-masing bahan bakar pada tiap

variasi beban dan putaran dapat dilihat pada grafik yang terletak pada gambar 4.8

Gambar 4.8. Grafik Effisiensi termal break vs putaran pada beban 10 kg dan 25 kg

67


Efisiensi termal dari bahan bakar campuran antara zat aditif dengan solar

relatif lebih besar dari efisiensi termal solar, hal ini dapat ditunjukkan dengan

lebih besarnya nilai kalor dari campuran antara zat aditif dengan solar

dibandingkan dengan solar.

Kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung mengurangi

efisiensi termal, untuk beban konstan daya efektif daya yang dihasilkan relatif

konstan dan kenaikan putaran poros akan mempersingkat waktu proses

pencampuran bahan bakar–udara, sehingga pembakaran berlangsung kurang baik,

hal ini akan menghasilkan energi pembakaran yang lebih kecil dan cenderung

mengurangi efisiensi termal.

Pada kondisi penambahan beban pada putaran poros konstan akan terjadi

penambahan kandungan oksigen yang terikat pada campuran antara zat aditif

dengan solar sebanding dengan penambahan massa bahan bakar, hal ini akan

menyebabkan semakin banyak bahan bakar yang terbakar dan daya efektif yang

lebih besar, sehingga meningkatkan efisiensi termal.

68


4.3 Pengujian Emisi Gas Buang

4.3.1 Kadar Carbon Monoksida (CO) dalam gas buang

Data hasil pengukuran kadar CO dari gas buang hasil pembakaran ke

tiga tipe pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.8 berikut :

Tabel 4.8 Kadar CO dalam gas buang.

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Kadar CO (%)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 0.042 0.037 0.030 0.025

1400 0.071 0.059 0.051 0.043

1800 0.074 0.058 0.055 0.042

2200 0.081 0.075 0.061 0.055

2600 0.069 0.056 0.040 0.038

2800 0.066 0.055 0.049 0.045

25

1000 0.048 0.038 0.035 0.030

1400 0.064 0.058 0.050 0.045

1800 0.087 0.076 0.059 0.065

2200 0.099 0.080 0.072 0.066

2600 0.099 0.090 0.081 0.075

2800 0.100 0.090 0.085 0.080

• Pada pembebanan 10 kg kadar CO terendah terjadi saat menggunakan

campuran antara zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 1000 rpm yaitu

0,025 %. Sedangkan kadar CO tertinggi terjadi saat menggunakan solar pada

putaran 2200 rpm yaitu sebesar 0,081 %.

• Pada pembebanan 25 kg, kadar CO terendah terjadi saat menggunakan


0,030 %. Sedangkan kadar CO tertinggi terjadi saat menggunakan solar pada


Perbandingan kadar CO yang terdapat dalam gas buang masing-masing

pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

69


Gambar 4.9 Grafik Kadar CO vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

CO muncul akibat kurang optimalnya proses pembakaran sehingga

bahan bakar tidak terbakar karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila

campuran bahan bakar lebih tinggi dibanding campuran stoikiometris(campuran

udara dengan bahan bakar), Hal terjadi pada saat beban rendah dan output

maksimum saat akselerasi.

Berdasarkan analisa grafik kadar CO terendah pada saat putaran 2600

rpm, sehingga dapat disimpulkan pada putaran inilah injeksi bahan bakar dan

udara sangat baik.

4.3.2 Kadar Unburned Hidro Carbon (UHC) dalam gas buang

Emisi Hidro Carbon dalam gas buang menunjukkan adanya bahan

bakar yang tak terbakar, hal ini pada motor diesel terutama disebabkan oleh

campuran lokal udara dan bahan bakar tidak dapat mencapai batas mampu bakar.

Dalam bahan bakar biodisel ada oksigen yang terikat langsung pada bahan bakar

biodiesel, oksigen ini akan mempengaruhi campuran lokal udara dan bahan bakar,

sehingga lebih dapat dibakar.

Data hasil pengukuran kadar CO dari gas buang hasil pembakaran ke tiga tipe

pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.9 berikut :

Tabel 4.9 Kadar UHC dalam gas buang.

70


Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Kadar UHC (ppm)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 8 6 5 4

1400 6 5 4 3

1800 13 11 9 8

2200 12 10 9 8

2600 7 5 4 3

2800 8 6 6 5

25

1000 6 4 4 3

1400 8 6 5 3

1800 13 11 10 7

2200 18 16 14 12

2600 21 19 17 15

2800 21 19 18 16

• Pada pembebanan 10 kg, kadar UHC terendah terjadi saat menggunakan

campuran antara zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 1400 dan 2600

rpm sebesar 3 ppm. Sedangkan kadar UHC tertinggi terjadi saat

menggunakan solar pada putaran 1800 rpm yaitu sebesar 13 ppm.

• Pada pembebanan 25 kg, kadar UHC terendah terjadi saat menggunakan

campuran antara zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran 1000 dan 1400

rpm yaitu 3 ppm . Sedangkan kadar UHC tertinggi terjadi saat

menggunakan solar pada putaran 2600-2800 rpm yaitu sebesar 21 ppm.

Perbandingan kadar UHC yang terdapat dalam gas buang masing-

masingsampel pengujian dapat dilihat pada gambar berikut :

71


Gambar 4.10 Grafik Kadar UHC vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Unburned Hidro Carbon (UHC) timbul tidak hanya karena campuran

bahan bakar udara yang tinggi (konsumsi bahan bakar lebih besar dibanding

udara), tetapi bisa juga karena campuran yang rendah pada suhu pembakaran

rendah dan lambat misalnya pada saat idel (mesin berputar bebas ) atau waktu

pemanasan mesin. Tidak sempurnanya pembakaran dimana bahan bakar tidak

terbakar seluruhnya karena kekurangan udara akan menyebabkan timbulnya UHC.

Mesin diesel adalah mesin yang memanfaatkan tekanan udara kompresi yang

tinggi untuk proses pembakaran.

Akibat beban terlalu besar maka proses pembakaran tidak efisien terlihat

pada grafik beban 25 kg banyak bahan bakar yang tidak terbakar yang di

tunjjukan naiknya grafik UHC.

4.3.3 Kadar Carbon Dioksida (CO2) dalam Gas Buang

Pembakaran bahan bakar hidrokarbon selalu menghasilkan emisi CO2

dari proses pembakaran yang lengkap. Proses pembakaran yang berlangsung

dengan baik akan sangat ditentukan oleh kecukupan oksigen dalam campuran

udara-bahan bakar dan pencampuran udara-bahan bakar.

Data hasil pengukuran kadar CO2 dari gas buang hasil pembakaran ke

tiga tipe pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.10

.

72


Tabel.410. Kadar CO2 dalam gas buang

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Kadar Carbon Dioksida (%)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 3.65 3.57 3.20 2.99

1400 4.97 4.79 4.63 4.29

1800 5.68 5.49 5.30 4.98

2200 6.79 6.65 6.41 6.29

2600 7.06 6.66 6.39 6.36

2800 6.74 6.48 6.18 6.01

25

1000 2.97 2.82 2.35 2.00

1400 3.15 3.01 2.96 2.75

1800 3.56 3.41 3.22 3.00

2200 3.97 3.83 3.71 3.50

2600 4.22 4.01 3.90 3.76

2800 4.29 4.13 3.92 3.87

• Pada pembebanan 10 kg, kadar CO2 terendah terjadi saat menggunakan


sebesar 2,99 %. Sedangkan kadar CO2 tertinggi terjadi saat menggunakan

solar pada putaran 2600 rpm yaitu sebesar 7,06 %.

• Pada pembebanan 25 kg, kadar CO2 terendah terjadi saat menggunakan


2,00 % . Sedangkan kadar CO2 tertinggi terjadi saat menggunakan solar

pada putaran 2800 rpm yaitu sebesar 4,29 %.

Perbandingan kadar CO2 yang terdapat dalam gas buang tiap-tiap

pengujian dapat dilihat pada gambar berikut:

73


Gambar 4.11 Grafik Kadar CO2 vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Jumlah emisi CO2 yang lebih besar pada solar jika dibandingkan terhadap

campuran antara zat aditif dengan solar menunjukkan bahwa adanya kemungkinan

bahwa solar mempunyai senyawa berat yang jumlah ikatan rantai karbon yang

lebih panjang, sehingga kemungkinan jumlah senyawa karbon yang terbakar lebih

banyak dan menghasilkan emisi CO2 yang besar.

Proses pencampuran udara-bahan bakar dimulai dari diinjeksikannya

bahan bakar kedalam silinder, kemudian butiran bahan bakar akan menguap dan

bercampur dengan udara, proses ini dipengaruhi oleh viskositas dan kemampuan

bahan bakar untuk dapat menguap. Bahan bakar campuran antara zat aditif dengan

solar mempunyai viskositas yang lebih kecil dari solar, sehingga pembentukan

butiran dan penguapan bahan bakar lebih mudah dan pencampuran udara-bahan

bakar berlangsung dengan baik.

Kenaikan putaran poros mempercepat proses pembakaran, sehingga bahan bakar

yang terbakar relatif lebih banyak dan emisi CO2 yang dihasilkan cenderung

bertambah besar seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.

74


4.3.4 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam Gas Buang

Data hasil pengukuran kadar sisa O2 dari gas buang hasil pembakaran ke

tiga tipe pengujian yang diuji dapat dilihat pada Tabel 4.13 berikut :

Tabel 4.11 Kadar Sisa Oksigen (O2) dalam gas buang.

Beban

(kg)

Putaran

(rpm)

Kadar Oksigen (%)

Solar

murni C1:40 C2:40 C3:40

10

1000 16.12 16.33 16.66 17.04

1400 14.03 14.29 14.60 14.91

1800 13.15 13.30 13.69 14.00

2200 11.82 12.25 12.50 13.03

2600 11.20 11.44 11.67 11.95

2800 11.97 12.30 12.49 12.57

25

1000 16.97 17.00 17.29 17.50

1400 16.58 16.65 16.75 16.86

1800 15.27 15.29 15.51 15.69

2200 15.42 15.49 16.11 16.50

2600 14.97 15.20 15.36 15.70

2800 14.99 15.11 15.35 15.59

• Pada pembebanan 10 kg, kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan solar

pada putaran 2600 yaitu sebesar 11,20 %. Sedangkan kadar O2 tertinggi

terjadi saat menggunakan campuran antara zat aditif dengan solar C3:40 pada


• Pada pembebanan 25 kg, kadar O2 terendah terjadi saat menggunakan solar

pada putaran 2600 rpm yaitu 14,97 % . Sedangkan kadar O2 tertinggi terjadi

saat menggunakan campuran antara zat aditif dengan solar C3:40 pada putaran

1000 rpm yaitu sebesar 17,50 %

Kadar sisa O2 terendah diperoleh ketika menggunakan solar pada putaran

2600 rpm yaitu 11,20 % pada pembebanan 10 kg, yang disebabkan karena

kurang optimalnya proses pembakaran. Kadar sisa O2 tertinggi terjadi saat

75


menggunakan campuran antara zat aditif dengan solar C1:40 pada putaran 1000

rpm yaitu sebesar 17,52 % pada pembebanan 25 kg.

Perbandingan kadar sisa O2 yang terdapat dalam gas buang masing-

masing sampel pengujian dapat dilihat pada gambar berikut ini :

Gambar 4.12 Grafik Kadar O2 vs Putaran untuk beban 10 kg dan 25 kg

Proses pembakaran pada motor diesel berlangsung pada campuran udara-

bahan bakar yang rendah atau adanya udara (oksigen) berlebihan yang bertujuan

untuk menjamin kelangsungan proses pembakaran, sehingga dalam gas buang

hasil pembakaran masih mengandung O2. Sisa O2 gas buang dari pembakaran

campuran antara zat aditif dengan solar lebih besar dari pada solar, hal ini

dimungkinkan karena adanya kandungan oksigen yang terikat langsung pada

senyawa bahan bakar.

Pengaruh kenaikan putaran poros pada beban konstan cenderung

mengurangi jumlah sisa O2 gas buang, hal ini disebabkan pada kondisi tersebut

jumlah massa bahan bakar yang terbakar relatif lebih banyak, sehingga dengan

jumlah udara yang sama memerlukan lebih banyak oksigen untuk proses

pembakaran.

76


BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN

1. Bahan bakar berbahan baku zat aditif dan solar (C1:40) HHV sekitar

42043,82 kj/kg, lebih tinggi 4,34 % dibanding solar yang memiliki HHV

sekitar 40294,32 kj/kg.







4. Berdasarkan analisa diatas dapat disimpulkan bahwa campuran solar-zat

aditif (C2:40) memiliki nilai kalor yang paling tinggi, sedangkan pada

campuran solar-zat aditif ( C3:40 ) menurun,hal ini disebabkan karena

campuran zat aditif yang terlalu banyak, tetapi nilai kalornya masih lebih

tinggi dari solar murni.

5. Torsi mengalami kenaikan pada C1:40 dan C2:40, akan tetapi menurun pada

C3:40. Karena nilai kalor bahan bakar pada C3:40 juga menurun.

6. Daya mesin sangat berpengaruh dengan torsi yang dihasilkan oleh mesin.

Semakin besar torsi maka semakin besar pula daya mesin yang dihasilkan.

7. Berdasarkan hasil analisa data, konsumsi bahan bakar spesifik (Sfc) pada

setiap campuran lebih rendah dibandingkan dengan solar. Pada putaran

1800 rpm dan beban 10 kg penggunaan bahan bakar paling rendah.

8. Rasio perbandingan udara bahan bakar (AFR) pada setiap campuran lebih

besar dibandingkan dengan bahan bakar solar, sebab waktu yang

digunakan untuk menghabiskan 100ml bahan bakar pada pengujian lebih

lama pada setiap campuran dibandingkan dengan solar.

77


9. Efisiensi Volumetris sedikit bertambah dengan penambahan kandungan

zat aditif dalam campuran bahan bakar. Efisiensi Volumetrik terkecil pada

pengujian motor diesel berbahan bakar solar.

10. Efisiensi termal dari bahan bakar campuran antara zat aditif dengan solar

relatif lebih besar dari efisiensi termal solar, hal ini dapat ditunjukkan

dengan lebih besarnya nilai kalor dari campuran antara zat aditif dengan

solar dibandingkan dengan solar.

11. Berdasarkan hasil pengujian emisi gas buang campuran zat aditif dengan

solar lebih baik dibanding dengan solar. Persentase kadar CO, UHC dan

CO2 mengalami penurunan dibandingkan solar. Sementara itu, persentase

kadar O2 pada campuran zat aditif dengan solar mengalami peningkatan

pada gas buang jika dibandingkan dengan solar.

5.2 SARAN

1. Untuk mendukung kelancaran dan akurasi hasil pengujian sebaiknya

dilakukan pemeriksaan dan kalibrasi terhadap instrumentasi dan alat ukur

setiap kali pengujian akan dilakukan.

78


DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto. Penggerak Mula Motor Bakar Torak : Penerbit ITB

Bandung, 1988.

2. Arismunandar, Wiranto dan Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi,

Pradnya Paramita, Jakarta, 1976..

3. Manual Book of TD 110–115 Test Bed Instrumentation for Small Engines, TQ

Education and Trainning Ltd – Product Division 2000.

4. Priambodo, Bambang dan Maleev, V.L, Operasi dan Pemeliharaan Mesin

Diesel, Penerbit Erlangga, 1991.

5. Edi, Sigar, Buku Pintar Otomotif, Penerbit Pustaka Dela Pratasa, Jakarta,

1998.

6. Amir, Isril , Laboratorium Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan.

7. Soenarta, Nakolea dan Shoichi Furuhama, Motor Serba Guna, Pradnya

Paramita, Jakarta, 2002.

8. Toyota Astra Motor, Training Manual Turbocharger dan Supercharger Step

3, Toyota Astra Motor.

9. Toyota Astra Motor, Buku Panduan Toyota New Team Step 1, Toyota Astra

Motor..

10. LIPI, Teknologi Indonesia volume 28 no.2, LIPI, 2009.

11. Rangkuti, Chalilullah, Panduan Praktikum Bom Kalorimeter, Laboratorium

Motor Bakar Teknik Mesin USU, Medan, 1996.

12. www.pertamina.com

13. www.id.wikipedia.org/wiki/katalis

14. www.autologicco.com

15. www.chemeng.ui.ac.id/wulan/Materi/port/BAHANCAIR.PDF

16. www.turbocalculator.com/turbocharger-supercharger.html

17. www.astm.org

18. www.osti.gov/bridge

19. www.members.fortunecity.com/lingkungan/artikel/timbal.htm

20. www.engineering tool box.com

http://www.members.fortunecity.com/lingkungan/artikel/timbal.htm�

http://www.engineering/�

departemen teknik mesin fakultas teknik...

Documents