JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

PENGUJIAN EMISI GAS BUANG PADA MESIN DIESEL YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL DAN BAHAN BAKAR SOLAR

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Syarat Untuk Menempuh Gelar Sarjana Teknik (SI)

Disusun Oleh : ARDI RAHIM 01301-011

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

LEMBAR PENGESAHAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

Nama : Ardi Rahim Nim : 013010-011 Judul Tugas Akhir : PENGUJIAN EMISI GAS BUANG PADA MESIN DIESEL YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL DAN BAHAN BAKAR SOLAR. Tugas Akhir ini telah diperiksa dan disetujui oleh :

Jakarta, Febuari 2008

Pembimbing 1 Tugas Akhir

Pembimbing II Tugas Akhir

( Dr. Mardani Alisera,M.eng )

( Nanang Ruhiyat ST, MT )

LEMBAR PERNYATAAN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

Nama : Ardi Rahim Nim : 01301-011 Judul Tugas Akhir : PENGUJIAN EMISI GAS BUANG PADA MESIN DIESEL YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL DAN BAHAN BAKAR SOLAR.

Menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah hasil karya sendiri, bukan duplikasi karya orang lain.


Ardi Rahim

i

KATA [ENGANTAR

KATA PENGANTAR Assalamualaikum Wr.Wb Alhamdulillah Penulis panjatkan kehadirat Allah S.W.T yang telah memberikan taufik dan hidayahnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini yang berjudul “ PENGUJIAN EMISI GAS BUANG PADA MESIN DIESEL ISUZU PHANTER 2300 CC TYPE C - 223 YANG MENGGUNAKAN BAHAN BAKAR BIODIESEL DAN BAHAN BAKAR SOLAR. “ Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat dalam menempuh gelar Sarjana Strata Satu (SI) pada Fakultas Teknologi Industri Jurusan Teknik Mesin, Universitas Mercu Buana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini penulis banyak memperoleh bantuan baik moril, materi, kritik dan saran dari beberapa pihak yang membantu dalam proses penyusunan skripsi ini, oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang teramat sangat kepada : 1. Bapak Ir. Yuriadi Kusuma, Msc selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri. 2. Bapak Dr. Mardani Alisera, M.eng selaku dosen pembimbing 1 tugas akhir yang secara insentif membimbing dan mengarahkan penulis dari sejak pertama penyusunan skripsi ini hingga selesai sekaligus bapak Ir. Nanang Ruhiyat sebagai pembimbing II pada tugas akhir. 3. Bapak Ir. Nanang Ruhiyat selaku kordinat tugas akhir. 4. Bapak Firman dan selaku asisten Lab Proses Produksi yang banyak membantu pada proses pengujian berlangsung dari awal hingga selesai.

Fakultas Teknologi Industri UniversitaMercuBuana

KATA [ENGANTAR

ii

5. Seluruh dosen pengajar jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan ilmunya selama penulis duduk dibangku perkuliahan. 6. Kedua orang tua saya atas doa dan dukungannya selama masa perkuliahan sampai dengan akhir penyusunan tugas aklhir ini. 7. Teman-teman khususnya mahasiswa angkatan 2001 Teknik Mesin yang telah memberikan kritik dan saran yang membangun. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan yang terdapat pada Tugas Akhir ini, hal ini disebabkan terbatasnya pengetahuan serta pengalaman penulis, oleh karena itu kritik, sarn dan masukan penilis harapkan agar penyusunan Tugas Akhir ini menjadi lebih berarti. Akhir kata penulis berharap agar karya Tugas Akhir ini bermanfaat dan memberikan sesuatu yang bernilai dan bermanfaat baik kepada penulis maupun semua pihak yang membacanya.


Penulis (Ardi Rahim)

Fakultas Teknologi Industri UniversitaMercuBuana

iii

DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL LEMBAR PENGESAHAN LEMBAR PERYATAAN KATA PENGANTAR ...................................................................................................... i DAFTAR ISI ..................................................................................................................... iii ABSTRAK .. ..................................................................................................................... vii DAFTAR KONVERSI SATUAN ................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................................... xi DAFTAR GRAFIK .......................................................................................................... xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang .. ............................................................................................. 1 1.2. Kajian Masalah .............................................................................................. 2 1.3. Pembatasan Masalah . .................................................................................... 3 1.4. Tujuan Penulisan ............................................................................................ 4 1.5. Metode Penulisan ........................................................................................... 4 1.6. Sistematika Penulisan .................................................................................... 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Pendahuluan .................................................................................................. 6 2.2. Sejarah Diesel ................................................................................................ 10 2.3. Motor Diesel .................................................................................................. 12 2.3.1. Ciri-ciri Motor Diesel .......................................................................... 13

iv

2.3.2. Kerugian Motor Diesel ........................................................................ 14 2.4. Siklus Motor Diesel ....................................................................................... 14 2.5. Dasar-dasar Pembakaran ............................................................................... 19 2.5.1. Sistem Pembakaran .............................................................................. 20 2.5.2. Sistem Udara Bakar ............................................................................. 22 2.5.3. Klasifikasi Pembakaran Dalam ............................................................ 23 2.6. Klasifikasi Bahan Bakar Diesel ..................................................................... 24 2.7. Sistem Penyalaan Mesin Diesel ..................................................................... 24 2.8. Metylester (ME) ............................................................................................ 25 2.9. Opasitas ......................................................................................................... 29 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Spesifikasi Alat Percobaan dan Pengukuran ................................................... 29 3.1.1. Speseifikasi Mesin ............................................................................... 29 3.1.2. Fuel Gauge (Gelas Ukur) ...................................................................... 31 3.1.3. Water Flow Meter (Alat Ukur Debit Air) ............................................ 31 3.1.4. Air Pressure Pipe (Selang Untuk Mengukur Tekanan Udara) ............. 32 3.1.5. Additional Instrument (Alat Tambahan) .............................................. 32 3.2. Fasilitas Pengujian dan Analisa ..................................................................... 35 3.2.1. Measurement of Out Torque and Power ............................................. 35 3.2.2. Measurement of Speed ......................................................................... 36 3.2.3. Measurement of Fuel Consumption ..... .............................................. 37 3.2.4. Measurement of Mechanical Losses By extrapolation of William Line.40

v

3.2.5. Measurement of Air Consumption ....................................................... 40 3.2.6. Measurement of Heat Losses ............................................................... 41 3.3. Measurement of Emission Exhaust................................................................. 42 3.3.1. Informasi Umum .................................................................................. 42 3.3.2. Cara Kerja Pengukuran ........................................................................ 44 3.4. Instalasi .. ....................................................................................................... 45 3.4.1. Skema Instalasi ................................................................................... 45 3.5. Persiapan Sebelum Uji ... ............................................................................... 46 3.5.1. Kondisi Tempat Uji .............................................................................. 46 3.5.2. Kondisi Motor dan Kendaraan. ............................................................ 46 3.5.3. Kondisi Alat Uji ................................................................................... 47 3.5.4. Prosedur Menjalankan Mesin .............................................................. 47 3.5.5. Prosesur Penghentian Mesin Diesel ..................................................... 48 3.6. Prosedur Uji .................................................................................................. 49 3.7. Pengujian Emisi Mesin Diesel ..... ................................................................. 49 3.8. Official Test .................................................................................................. 50 3.9. Grafik Test .. .................................................................................................. 51 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1. Pengujian Bahan Bakar Biodiesel ................................................................. 52 4.2. Parameter Mesin ....... .................................................................................... 52 4.3. Pengujian/Pengukuran Emisi Gas Buang ....... .............................................. 53 4.3.1. Definisi dan Batasan ............................................................................ 53

vi

4.4. Analisa Gas Buang Mesin Diesel ................................................................. 55 4.4.1. Data Hasil Uji Emisi ............................................................................ 55 4.5. Keterangan Kadar Kepekatan Asap . ............................................................ 57 4.5.1. Hasil Pengujian Biodiesel .. ................................................................. 62 4.5.2. Hasil Pengujian Solar .......................................................................... 65 4.6. Grafik Perbandingan bahan bakar biodiesel dan solar .................................. 67 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Dan Saran ................................................................................ 68 5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 68 5.2. Saran ....................................................................................................... 69

vii

ABSTRAK Sumber bahan baku minyak nabati yang tersedia dan prospektif harus segera dikembangkan sebagai bahan bakar biodiesel di Indonesia untuk mengganti bahan bakar yang berasal dari minyak bumi. Biodiesel merupakan sumber energi yang terbaru dan bersifat ramah lingkungan karena menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan minyak solar. Pengujian dilakukan dengan menggunakan mesin diesel Isuzu Phanter 2300 cc Type C – 223. bahan bakar yang diuji adalah biodiesel, solar. Proses pengujian dilakukan dengan putaran, volume bahan bakar. Dengan tujuan untuk menguji mesin diesel dengan bahan bakar biodiesel, solar sehingga dapat diketahui kinerja mesin setelah memakai bahan bakar tersebut. Uji caranya dengan memasukan data kendaraan dikamputer kemudian lakukan dengan pembersihan saluran pembuangan dengan cara mengakselerasikan 3 kali. Lalu masukan probe kepipa knalpot min 30 cm. akselerasikan hingga putaran penuh/maksimal nilai opasitas tertinggi selama diakselerasi akan terekam oleh alat. Dari proses hasil pengujian didapat perbandingan kedua bahan bakar tersebut. Didapat hasil dari pengujian seperti pada putaran 3000 rpm dengan ukuran bahan bakar 100 ml bahwa opasitas yang didapat bahan bakar biodiesel pertama sebesar 11,7% (k = 0,34 m-1), dan hasil pengujian bahan bakar solar pertama opasitas yang didapat sebesar 48% (k = 1,81 m-1), Ini berarti opasitas bahan bakar solar lebih tinggi dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel. Jadi bahan bakar biodiesel menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan solar. Dan bahan bakar solar pemakaian bahan bakarnya boros dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel.

viii

DAFTAR KONVERSI SATUAN

Simbol

Satuan

Torque

T

Nm

Balance

F

N

Torque arm length

L

mm

Time

t

s

Revolutions

n

rpm

Power output

BHP

kW

Dynamometer constant

K1

Fuel gauge calibrated volume

Vg

L

Fuel consumtion

BFC

I/H

Spesific consumtion

BSFC

L/h

Density of fuel

ρf

Kg/m2

Lower calorific value

HI

J/kg

Cylinder diameter

d

mm

Piston stroke

s

mm

Number of cylinder

N

Constant 2-stroke

K2

1

Constant 4-stroke

K2

2

Swept volume

VS

I

Clearance volume

VC

ix

Compression ratio

r

Indikator power

I

K/w

Mechanical losses

M

K/w

Brake mean off pressure

ρ

KN/m2

Friction mean off pressure

m

KN/m2

Mechanical efficiency

η mech

Air standard efficiency

ηa

Thermal efficiency

η th

Diameter of measuring

D

mm

Volume of air box

VB

m3

Orifice coefficient

K3

Temperatur of air

Ta

K

Barometric pressure

Pa

HN/m2

Density of air

Pa

Kg/m3

Velocity of air flow

U

m/s

Head across crifice

ho

cmH2O

Gas constant

R

J/kg

Volumetric off engine

η vol

Heat of combustion of fuel

H1

J/s

Enthalpy of exhaust

H2

J/s

Enthalpy of inlet air

H3

J/s

Heat to cooling water

Q1

J/s

x

Other heat

Q2

J/s

Exhaust temperatur

Te

°C

Engine cooling water flow

qw

J/s

Cooling water inlet temp

T1

°C

Cooling water outlet temperatur

T2

°C

Tekanan mutlak

ρ

N/m2

Volume spesifik

v

m3/kg

Volume

V

m3

Kerja spesifik

W0-1

kj/kg

Tekanan awal

PO

kpa

Volume awal

TDC

m3

Volume akhir

BDC

m3

Kompresi rasio

rc

Ekponen isentropis

1,4

Kalor masuk

Qm

kj/kg

Panas dalam spesifik awal ekspansi

U3

kj/kg

Panas dalam spesifik akhir ekspansi

U4

kj/kg

Cut off rasio

β

Kerja bersih

wnet

kj/kg

Panas keluar

q out

kj/kg

Panas yang masuk

q in

kj/kg

xi

DAFTAR GAMBAR Gambar

Keterangan

Halaman

Gambar 2.1

Diagram P – V & T – S

14

Gambar 2.2

Siklus sistem pembakaran

20

Gambar 2.3

Grafik perhitungan koefisien penyerapan

27

Gambar 2.4

Grafik hubungan antara%opasitas dan koefisien

27

Gambar 3.1

Gelas ukur

31

Gambar 3.2

Alat ukur debit air

31

Gambar 3.3

Air pressure pipa

32

Gambar 3.4

Sistem engine break hidrolik

34

Gambar 3.5

Radiator dan kipas pendingin

34

Gambar 3.6

Timbangan (strain gauge)

35

Gambar 3.7

Alat ukur putaran mesin mekanis (RPM)

37

Gambar 3.8

Tangki bahan bakar

38

Gambar 3.9

Pengukur temperatur

42

Gambar 3.10

Mesin uji kepekatan asap MD02-LON

43

Gambar 3.11

Hand terminal dengan data printer

44

Gambar 3.12

Skema instalasi

45

xii

DAFTAR GRAFIK

Gambar 4.1

Skema pemasangan sensor suhu dan tekanan

54

Tabel

Keterangan kadar kepekatan asap

57

Gambar 4.3

Grafik pengujian bahan bakar biodiesel

62

Gambar 4.4

Grafik pengujian bahan bakar solar

65

Gambar 4.5

Grafik perbandingan bahan bakar biodiesel dan solar

67

4.2

BAB I Pendahuluan

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar belakang Sumber energi utama yang digunakan di berbagai Negara saat ini adalah minyak bumi, karena semakin banyak eksploitasi yang dilakukan maka keberadaannya semakin terancam dan harganya menjadi meningkat secara tajam. Hal ini dikarenakan minyak bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui. Dari berbagai macam produk olahan minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar, maka yang paling banyak pemakaiannya adalah minyak solar. Kebutuhan solar dari tahun ketahun semakin meningkat, karena solar banyak digunakan sebagai bahan bakar berbagai jenis alat transportasi yang menggunakan mesin diesel (mobil dan kapal laut), bahan bakar berbagai jenis peralatan pertanian (traktor dan alat pembajak), bahan bakar berbagai jenis alat berat dan sebagai bahan bakar penggerak generator pembangkit tenaga listrik

Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana

BAB I Pendahuluan

2

Saat ini saya sedang mengerjakan tugas akhir yang mana saya mengambil judul mengenai pengujian emisi gas buang pada mesin diesel yang menggunakan biodiesel, oleh sebab itu serangkaian penelitian telah saya lakukan di program Studi Teknik Mesin Universitas Mercu Buana terkait dengan upaya untuk membuat bahan bakar pengganti minyak solar. Penelitian ini

dimulai dengan jalan melakukan pemanasan pada biodiesel sebagai

pengganti minyak solar. Pada masa sekarang persediaan minyak bumi semakin berkurang dan pada saatnya nanti diperkirakan minyak bumi akan habis. Dari minyak bumi banyak sekali bahan bakar yang dihasilkan misalnya minyak tanah, bensin, solar, pelumas dan sebagainya. Salah satu bahan bakar yang banyak digunakan adalah solar, yang merupakan bahan bakar untuk mesin diesel. Pada saat sekarang kebutuhan akan bahan bakar solar sangatlah besar, dan apabila tidak dicari alternativelain, diperkirakan bahan bakar solar akan habis. Hambatan terbesar mengenai aplikasi biodiesel adalah harganya yang masih mahal. Untuk mengatasinya pendekatan yang dilakukan dalam aplikasi pada motor bakar adalah menggunakan bahan bakar baku yang berkualitas rendah dalam proses pembuatannya, misalnya cpo berkualitas rendah, minyak goring bekas dan limbah dari pabrik, pengolahan minyak goreng (Free Farty Acid Distilat). Dalam aplikasinya pada motor bakar, pencampuran biodiesel dengan bahan bakar konvensional adalah yang praktis, cukup murah dan dampak positif terhadap emisi gas buang. 1.2. Kajian Masalah Pada laporan tugas akhir ini akan saya bahas mengenai pengaruh pemakain bahan bakar biodiesel pada motor diesel terhadap emisi gas buang. Dengan menggunakan sytem


BAB I Pendahuluan

3

directinjection untuk penginjeksian bahan bakarnya. Emisi gas buang yang dimaksudkan adalah : kepekaan asap dengan kecepatan penuh (Full). Untuk mengetahui emisi gas buang yang dihasilkan maka pengujian dilakukan dengan perubahan pada SIT (start of injection timing) dan perubahan posisi throttle (rack). 1.3. Pembatasan Masalah Pokok permasalahan yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah pengujian gas buang pada mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar biodiesel dalam berbagai kondisi kerja dan dilakukan berdasarkan kecepatan putaran mesin secara konstan dan saat penginjeksian bahan bakar kedalam ruang bakar. Dalam menganalisa dilakukan pada kondisi, yaitu kondisi standar dan optimum berdasarkan nilai gas buang (smoke number), bukaan katup throttle (rack) dan juga saat penginjeksian bahan bakar kedalam ruang bakar. 1. Memasukan data berdasarkan hasil pengujian. 2. Menggunakan bahan bakar biodiesel dan solar. 3. Menggunakan Opasitas untuk mengukur kepekatan asap pada mesin diesel. Fungsi Opasitas adalah dasar hasil nyata yang mengandalkan daya konsentrasi emisi gas bunag melalui cahaya yang menembus terhadap udara yang diinginkan. Opasitas juga digunakan sebagia bahan untuk analisis kondisi proses pembakaran didalam mesin, selain itu dengan menggunakan indikasi warna asap yang berbeda-beda, akan tetapi mempermudah dalam menganalisis kinerja mesin dan mengindantifikasi komponen mesin mana yang perlu dilakukan perbaikan.


BAB I Pendahuluan

4

1.4. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan ini disusun guna diajukan sebagi cara : • Mencari alternativ bahan bakar yang ramah terhadap lingkungan yaitu bahan bakar yang menghasilkan emisi gas buang yang rendah, dengan sifat bahan bakar tersebut dapat diperbaharui, dalam pengertian bahan bakar tersebut diproduksi terus menerus. •

Untuk menguji emisi gas buang mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar solar, biodiesel dari PT. Pertamina sehingga dapat diketahui kinerja mesin setelah memakai bahan bakar tersebut.

1.5. Metode Penulisan Metode yang dipakai dalam penulisan laporan ini adalah melakukan pngujian langsung dengan mesin yang ada di lab proses produksi Universitas Mercu Buana. Selain itu juga menggunakan metoda literatur yaitu dengan mencari buku-buku yang membahas tentang emisi gas buang. 1.6. Sistematika Penulisan Sistematika dalam menyajikan laporan ini dapat diuraikan sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Pada bab ini diuraikan tentang latar belakang, kajian masalah, pembatasan masalah, tujuan penulisan, metode penulisan dan sistematika penulisan. BAB II LANDASAN TEORI Pada bab ini diuraikan tentang teori-teori dasar motor bakar, motor diesel, teori bahan bakar metylester, dan opasitas.


BAB I Pendahuluan

5

BAB III METODE PENELITIAN Pada bab ini diuraikan tentang metode atau cara melakukan pengkajian, peralatan yang digunakan dalam melakukan pengujian. BAB IV DATA DAN ANALISA Pada bab ini ditampilakan hasil pengujian dalam bentuk table dan grafik, dan selanjutnya diolah dan dibahas untuk dianalisa. BAB V

PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari pengolahan dan penganalisaan data yang telah dilakukan. DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


BAB II Landasan Teori

6

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Pendahuluan Rudolf Diesel (18 Maret 1858 – 30 September 1913, Paris) adalah seorang penemu Jerman, terkenal akan penemuannya yaitu mesin diesel mengembangkan ide sebuah mesin pemicu kompresi pada dekade terakhir abad ke-19 dan menerima hak paten untuk alat tersebut pada 23 Februari 1893. dia membangun prototipe yang berfunsi pada awal 1897 ketika bekerja dipabrik MAN di Augsburg. Mesin diesel ini pun dinamakan untuk menghormati jasanya. Rudolf Diesel lahir dengan nama lengkap Rudolf Christian Karl Diesel lahir pada tanggal 18 Maret 1858 di Paris, Perancis, sejak kecil dia dikenal sebagai seorang yang jenius. Pada sekitar usia 20 tahun, pada 1870, diesel menerima penghargaan mendali perunggu dari Societe Pour L’Instruction Elementaire, atas beberapa karya ilmiahnya yang cermelang. Pada tahun 1872, Rudolf mulai dikenal dan diakui sebagai calon mekanik handal. Ia menyelesaikan sekolahnya di Gewerbsschule sebagai salah satu seorang



7

lulusan terbaik, kemudian melanjutkan ke Universitas Teknik (Insitut Politeknik) Muenchen. Diparis dia mengukir banyak prestasi cemerlang, antara lain pada tahun 1878, bersama profesornya, berhasil merancang suatu cetak biru (blueprint) mesin uap dengan efisiensi tertinggi yang pernah ada sampai saat itu. Dia juga mulai menulis beberapa makalah dan diterbitkan untuk umum. Akhirnya pada tahun 1880, Rudolf berhasil menyelesaikan ujian akhir kesarjanaannya sebagai insiyur mesin, dan menjadi lulusan terbaik yang pernah dihasilkan oleh Institut Politeknik Muenchen sepanjang sejarahnya hingga kini. Setelah lulus, dia mendirikan cabang perusahan mesin pembuat es disana. Tetapi, setahun kemudian, 1881 perusahaan mengangkatnya menjadi direktur pabrik tersebut di paris, tahun inilah dia bertemu pertama kali dengan Heinrich Buz, direktur permesinan Augsburger, dan mereka bersepakat menguji coba dan mengembangkan suatu sistem permesinan pembuas es bening. Tahun itu juga Rudolf menerima sertifikat hak paten pertamanya atas temuannya memproduksi klareis dalam botol. Setahun kemudian rencana pengembangan mesin amoniak mulai dikerjakan. Tahun 1886, pabriknya melebarkan sayapnya ke Belgia. Pada tahun 1887, gagasan tentang mesin penyerap amoniak untuk keperluan usaha skala menengah mulai terwujud. Pada saat inilah Rudolf membuktikan teori gelombang elektromagnetik pada putaran tinggi perdetik. Pada tahun 1889, Rudolf mengikuti pameran teknik industri di paris, memamerkan mesin pembuat es dan pendinginnya. Rudolf kemudian memberikan kuliah umum di suatu kongres internasional mengenai mesin-mesin terapan. Dia memperoleh



8

sambutan meriah dan perusahaan lindes segera menawarinya kontrak kerja berkedudukan di Berlin sejak tahun 1890.

Mesin Diesel Pertama Pada tahun 1892, Rudolf menerima hak patennya atas penemuan cara kerja mesin pembakaran dalam (Internal Combustion Engine). Rudolf segera memulai proyek besarnya mengembangkan apa yang dikemudian hari dikenal sebagai mesin diesel. Dan pada 10 Agustus 1893, Rudolf pun berhasil mewujudkan impianya yakni terciptanya mesin diesel pertama di dunia. Atas temuannya itu, ia mendapatkan hak paten bernomor608845. pada tahun yang sama terbit bukunya yang berjudul “Theory and Contruction of A Rational Heat Engine for Substitution of the Steam Engine and that Today Admitted Combustion Engine”, melalui penerbit Springer, Berlin. Saat itu pula,



9

Rudolf menandatangani kontrak kerja dengan Augusburger, Krupp, dan Sulzer, sambil menerbitkan buku berikutnya,”Nachtraege for the Theory of the Diesel Engine:. Prototype awal mesinnya dipamerkan di pecan raya Chicago, Amerika Serikat dan mendapat sambutan yang cukup lumayan. Dia melanjutkan percobaannya. pada tahun 1895, komisi hak paten mengesahkan bahwa mesin penciptanya memang bekerja baik. Dai pindah ke Muenchen, tahun 1896. sampai awal tahun berikutnya (1897), dia menyelesaikan rencana lanjut mesin temunya dengan empat langkah (4-stroke). Tetapi perusahaan Deutz AG mencoba menandiginya. Krupp mendukung Rudolf yang akhirnya melahirkan kesepakatan antara Deutz, Krupp dan Augsburger untuk membantu Rudolf melakukan rangkaian akhir percobaan lanjut untuk menyempurnakan mesin temuannya. Tahun itu adalah tahun yang sibuk bagi Rudolf. Dia melakukan perjalanan ke Skotlandia, lalu ke paris untuk membuat satu pesawat terbang, menandatangani kontrak dengan Adolphus-shrubs, dan kemudian memperagakan contoh mesinnya di depan umum di Augsburg. Lalu memberi ceramah umum di Kassel, meresmikan perkumpulan masyarakat mesin diesel di paris, namun juga menghadapi gugatan atas hak patennya oleh Emil Captaine. Bahkan sempat mengalami kehilangan dalam uji coba laboratoriumnya. Tetapi pabrik mesin diesel di Augsburg akhirnya dapat dibangun padatahun 1898. empat contoh mesin produksi awalnya segera dipamerkan di pekar raya Muenchen dan dia berhasil menyelesaikan mesin diesel pertama dengan kompresor untuk perusahaan Deutz AG. Pada tahun berikutnya 1899 pabrik pertama di Augsburg ditutup karena gagal mencapai targer jumlah produksi. Tetapi tahun itu pula mesin diesel pertama kali digunakan di lapangan pengeboran minyak di Gailizien. Lalu pada abad ke



10

20, tepatnya pada tahun 1900, pabrik mesin diesel pertama di London diresmikan. Peragaan mesinnya di pecan raya Paris memperoleh perhatian istimewah dan mendapatkan hadiah utama. Karena semakin sering sakit, dia pindah ke pemukiman yang lebih segar di Muenchen pada tahun 1901. sambil banyak beristirahat, dia menulis dan menerbitkan buku yang lebih filosofis ketimbang teknis yang berjudul “Solidarismus: Naturliche Wirtschaftliche Erlosung der Menschen”, pada tahun 1903, yang memperlihatkan secara jelas sikap dan pandangan dasarnya sebagai seorang insinyur jenius yang juga peduli pada masalah-masalah social dan lingkungan hidup. Dua tahun kemudian 1905, mesin diesel mulai digunakan sebagai mesin kereta api. Dan puncak prestasinya pada tahun 1910 ketika ia tampil di pecan raya Paris dengan rancang bangun mesin diesel yang digerakkan dengan bahan bakar minyak kacang dan minyak ganja. Dua tahun kemudian 1912 ketika berpidato menerima hak patennya atas mesin barunya tersebut, dia mencatat pernyataannya yang paling bersejarah tentang masa depan mesin yang dijalankan dengan bahan bakar minyak nabati yang sekarang dikenal sebagai biodiesel yakni “Der Gbrauch von Pflanzenol als Krafstoff mag heute unbedeuntend Sein. Aber derartige Produkte konnen im Laufe der Zeit obenso wiching werden wie Petroleum und diese Kohle-Teer-Produkte von heute.” (pemakaian minyaknabati sebagai bahan bakar untuk saat ini seprti tidak berarti, tetapi pada saatnya nanti akan menjadi penting. 2.2. Sejarah Diesel Semakin berkembangnya ilmu pengetahuan teknologi yang dimiliki manusia. Maka semakin berkembang pula tingkat teknologi yang dihasilkannya. Dalam hal tenaga



11

penggerak mula-mula manusia menggunakan kekuatannya sendiri untuk memindahkan benda lalu menungkat dengan menggunakan hewan, dan kini manusia telah menggunakan mesin sebagai tenaga penggerak. Penggerak mula yang banyak dipakai adalah mesin kalor. Mesin kalor adalah mesin yang menggunakan atau mengubah energi termal menjadi energi mekanik. Energi termal itu sendiri berasal dari pembakaran bahan bakar yang digunakan, jika ditinjau dari cara perolehan energinya, mesin kalor ini dapat dibedakan menjadi mesin pembakaran dalam dan mesin pembakaran luar. Pada mesin pembakaran luar proses pembakaran terjadi diluar mesin. Energi termal dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja. Contoh dari mesin pembakaran luar adalah mesin uap. Pada jenis yang kedua proses pembakaran langsung dalam mesin itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi berfungsi sebagai fluida kerja. Mesin pembakaran dalam terdiri dari beberapa jenis contohnya motor bakar torak dan mesin rotary motor bakar torak juga bermacam jenisnya diantaranya yang terkenal adalah mesin otto diesel. Mesin diesel diciptakan oleh Dr. Rudolf Diesel pada tahun 1893. mesin diesel mempunyai perbedaan-perbedaan yang mendasar dari mesin otto. Pada mesin otto pembakaran terjadi karena adanya nyala percikan dari bunga api pada gas yang dikompresi. Namun pada mesin diesel terjadinya pembakaran karena akibat tekanan yang tinggi dan temperatur yang tinggi. Mesin diesel tidak menggunakan busi untuk pemicu pembakarannya namun menggunakan sifat dari bahan bakar yang terbakar sendiri karena tekanan kompresi yang tinggi dan temperatur akibat kompresi yang tinggi pula.



12

2.3. Motor Diesel Seperti diketahui, motor diesel berbeda dengan motor bensin, motor bensin menggunakan busi untuk memulai penyalaan campuran udara dan bahan bakar, sedangkan pada motor diesel penyalaannya adalah penyalaan kompresi. Dengan torak (piston) udara diisap masuk kedalam silinder, kemudian dimampatkan sampai mencapai tekanan dan temperatur yang tinggi. Pada akhir langkah kompresi, beberapa derajat sebelum titik mati atas, bahan bakar diinjeksikan ke udara tekan. Bahan bakar harus diatomisasikan dengan baik dan harua tercampur dengan udara yang panas sehingga terjadinya penyalaan yang merata secepatnya. Pembagian motor diesel dilakukan berdasarkan langkah kerja, putaran, bentuk ruang bakar, jumlah dan susunan silinder, system pendingin dan lain-lain. Motor diesel bekerja menurut suatu proses siklus yang disebut tekanan konstan atau siklus penyalaan kompresi atau siklus diesel siklus motor bakar berdasarkan pada siklus termodinamika yang membawa perubahan kalor kealam kerja mekanis. Suatu siklus terdiri dari proses isap, kompresi, ekspansi (kerja) dan buang. Untuk suatu proses, toral motorbergerak dari titik terdekat dari kepala silinder (titik mati atas) TMA, keposisi terjauh dari kepala silinder (titik mati bawah) TMB, setelah sampai pada TMB bergerak lagi kearah TMA dan seterusnya gerakan tersebut diulangi selama motor bekerja. Gerakan torak dari TMA ke TMB atau sebaliknya disebutsatu langkah. Menerut langkah kerja motor diesel dikelompokkan menjadi dua, yaitu motor empat langkah dan motor dua langkah. Motor diesel yang melengkapi siklusnya selama dua putaran poros engkol (empat langkah)



13

disebut motor empat langkah dan motor diesel yang melengkapi siklusnya selama putaran poroas engkol (dua langkah) disebut motor dua langkah. Pembagian motor diesel menurut putaran berdasarkan kecepatan putaran motor yang dinyatakn dalam rotasi permenit (rpm), pembagian ini mengelompokkan motor diesel menjadi tiga kelompok yaitu, motor diesel putaran rendah, putaran sedang dan putaran tinggi. Motor diesel putaran rendah adalah motor diesel yang mempunyai kecepatan putar lebih rendah dari pada 500 rpm, motor diesel putaran sedang mempunyai kecepatan 500 sampai 1000 rpm dan motor diesel putaran tinggi mempunyai kecepatan putaran lebih tinggi dari pada 1000 rpm. 2.3.1. Ciri-ciri Motor Diesel Keuntungan dan kerugian motor diesel bila dibandingkan dengan motor bensin adalah sebagai berikut : Keuntungan Motor Diesel : 1. Bahan bakar lebih murah, sehingga menghemat dalam hal biaya operasi disamping itu daya guna panas lebih baik. 2. Bahaya kebakaran agak kurang disebabkan titik nyala solar 80°C. 3. Gas buang tidak beracun. 4. Tenaga yang dihasilkan lebih besar disebabkan perbandingan kompresi lebih tinggi.



14

2.3.2. Kerugian Motor Diesel 1. Pompa penekan bahan bakar harganya mahal dan memerlukan pemeliharaan yang teliti. 2. Sistem pengabut memerlukan pemeliharaan. 3. Getaran mesin lebih besar sebab tekanan pembakaran maximum dua kali lebih besar dari pada motor bensin. 4. Karena tekanan kompresi yang tinggi maka dibutuhkan tenaga starter yang lebih besar agar dapat memutarkan motor. 5. Biaya pemeliharaan mesin lebih mahal dibandingkan motor bensin. 2.4. Siklus Motor Diesel

Gambar 2.1 Diagram P – V & T – S Dari gambar proses diatas yang terjadi pada siklus diesel : ♦ Proses (0 – 1), langkah hisap terjadi pada proses tekanan konstan (P=C) - yang disebut dengan proses isobatik dimana katup masuk terbuka dan katup buang tertutup. Piston-



15

bergerak dari TDC ke BDC dan udara masuk kedalam silinder. Dianggap : To = temperatur ruang ; Po = P1 W0-1 = Po (v1 – v0) Dimana : W0-1 = Kerja spesifik (kj/kg) Po

= Tekanan awal (kpa)

v1

= Volume awal TDC (m3)

v0

= Volume akhir BDC (m3)

♦ Proses (1 – 2) langkah kompresi terjadi pada proses isentropic (S=C) dimana katup ma suk dan katup buang tertutup dan piston bergerak dari BDC ke TDC

V1 P1 =

K

• P1

V2 V2 T2 =

K

• T1

V1 T2 = rck – 1 • T1 V2 = VTDC Q1-2 = 0 (P2v1 – P1 v1) W1-2 =

(T2 - T1) =R

(1 – k)

(1 – k)

= (u1 – u2) = cv (T1 – T2)



16

dimana : P1 = Tekanan awal komperesi (N/m2) V1 = Volume awal kompresi (m2) T1 = Temperatur awal kompresi (k) rc = Kompresi rasio k = Eksponen isentropis (1,4) T2 = Temperatur akhir kompresi (k) V2 = Volume akhir kompresi (m2) P2 = Tekanan akhir kompresi ((N/m2) ♦ Proses (2 – 3) akhir langkah kompresi bahan bakar diinjeksi lalu terjadilah pembakaran pada tekanan konstan dan juga berlangsung perubahan volume piston bergerak dari TDC dan kedua katup dalam keadaan tertutup. Q2-3 QHV ηC

= Qin = mf QHV ηC = mm cp (T3 – T2) = (ma + mf) cp (T3 – T2) BDC = (AF + 1) cp (T3 – T2)

q2-3

= qm = cp (T3 – T2) = (h3 – h2)

w2-3

= q2-3 – (u3 – u2) = P2 (v3 - v2)

T3 = Tmaks Cut-off ratio dapat diberikan dalam rumus : β = V3 / V2 = v3 / v2 = T3 / T2 dimana : T3

= Temperatur akhir pembakaran (k)

V3

= Volume akhir pembakaran (m)



17

Qin = Kalor masuk (kj/kg) Cp = Panas jenis pada tekanan konstan (kj/kg) ♦ Proses (3 – 4) terjadi proses isentropik power atau langkah ekspansi, senua valve me – nututp q2-3 = 0 v3 T4 =

k-1

T3

= T3 v4 v3

P4 =

V4 4

V3

P3

k

= P3 v4

V4

(P4 v4 - P3)

(T4 - T3)

w3-4 =

=R (1 – k)

=

k-1

V3

(1 – k)

(u3 – u4) = cv (T3 – T4)

dimana : P4 = Tekanan akhir ekspansi (N/m2) w3-4 = Kerja spesifik (kj/kg) T4 = Temperatur akhir ekspansi (K) U3 = Panas dalam spesifik awal ekspansi (kj/kg) U4 = Panas dalam spesifik akhir ekspansi (kj/kg) ♦ Proses (1 – 0) adalah langkah buang dengan tekanan konstan (P=konstan). Katup buang membuka dan katup masuk menutup. W1-0 = P0 (v1 – v0)



18

Thermal efisiensi dari siklus diesel adalah : q net

wnet (η) diesel =

=1qm

qm

Cv (T4 – T1) =1Cp (T3 – T2) (T4 – T1) =1k (T3 – T2) k -1

1

(βk - 1)

=1rc

k (β

dimana : η

= Efisiensi thermal (%)

cv

= Panas jenis pada volume konstan (kj/kg)

β

= Cut off rasio

k

= Rasio spesifik panas

wnet = Kerja bersih (kj/kg) qout = Panas yang keluar (kj/kg) qin = Panas yang masuk (kj/kg)



2.5.

19

Dasar-dasar Pembakaran Pembakaran bisa didefinisikan sebagai kombinasi secara kimiawi yang

berlangsung dengan cepat antara oksigen dengan unsur yang mudah terbakar dari bahan bakar pada suhu dan tekanan tertentu. Di dalam bahan bakar secar umum hanya terdapat tiga unsure yang penting yaitu karbon, hydrogen dan belerang.belerang biasa hanya merupakan unsure ikutan dengan panas pembakaran yang tidak besar tetapi mempunyai peranan yang penting dalam masalah korosi dan pencemaran. Dari pembakaran yang baik adalah memperoleh pembahasan dari semua panas yang dikandung bahan bakar, sementari menekan jumlah panas yang hilang karena tidak sempurnanya pembakaran dan adanya panas yang diserap udara pembakar. Pembakaran teoritis adalah suatu reaksi pembakaran sempurna dari suatu unsur yang mudah terbakar (Stoichior Reaction). Pada suatu pembakaran teoritis ini akan dibutuhkan sejumlah udara minimal (teoritis). Didalam pembakaran sebenarnya tidak seluruh unsure dalam bahan bakar terbakar sempurna. Sebagai contoh adalah pembakaran dari karbon tidak seluruh karbon akan terbakar menjadi CO2 tapi juga terbakar menjadi CO atau masih dalam bentuk aslinya C. dengan demikian maka terdapat kehilangan-kehilangan (losses) yang berupa kerugian panas yang seharusnya bisa dibebaskan dari pembakaran C. untuk menekan kerugian tersebut sampai tingkat minimal maka perlu diberikan udara lebih pada sejumlah teoritis yang dipakai sehingga tersedia cukup oksigen untuk pembakaran. Udara lebih (Exces Air) apabila dimungkinkan pencampuran udara dan bahan bakar secar sempurna. Penting untuk diperhatikan bahwa penggunaan udara lebih akan



20

juga memebawa kerugian panas akibat dari pemanasan udara pembakar pada suhu kamar ke suhu pembakar. 2.5.1. Sistem Pembakaran

Gambar 2.2. Siklus Sistem Pembakaran ♦ Langkah Kerja Mesin 4 Langkah : a. Langkah isap (intake) Piston bergerak dari titik mati atas (TMA) menuju titik mati bawah (TMB), katup masuk terbuka dan katup buang tertutup, piston menghisap udara murni masuk ke dalam silinder mesin melalui katup hisap. b. Langkah Kompresi (Compression) Piston bergerak dari TMB ke TMA dengan pkedua katup tertutup, sehingga udara didalam silinder tekanannya naik.



21

c. Langkah Kerja (Combustion) Sesaat sebelum piston mencapai TMA pada langkah kompresi, melalui injector nozzle, bahan bakar solar disemprotkan dalam bentuk kabut yang akhirnya terbakar. d. Langkah Pembuangan (Exhaust) Piston bergerak dari TMB ke TMA katup masuk tertutup katup buang terbuka untuk mengeluarkan sisa-sisa gas pembakaran. Berbeda pada motor bensin dimana pada langkah hisap udara dan bahan bakar masuk secara bersamaan dan proses pembakaran terjadi karena penempatan yang terjadi mengakibatkan percikan buang api pada busi yang mengakibatkan ledakan pada ruang bakar. Lain halnya pada motor diesel proses siklus pembakaran diawali seperti yang telah dijelaskan di atas dan proses masuknya bahan bakar terjadi pada langkah kompresi dimana bahan bakar tersebut sudah berubah menjadi kabut karena suatu proses yang disebut proses pengabutan dan pada akhir dari proses pengabutan bahan bakar yang telah berubah menjadi kabut tidak langsung di suplai ke ruang bakar melainkan berkumpul di ruang muka barulah kemudian menuju ke runag bakar. Bahan bakar yang telah berubah menjadi kabut dapat terbakar akibat akhir dari proses udara bakar. Oleh karena itu sistem pembakaran yang terjadi dinamakan sistem pembakaran tidak langsung yang garis besarnya bahan bakar yang sudah menjadi kabut tidak langsung disemprotkan ke ruang bakar melainkan disuplai keruang muka terlebih dahulu.



22

Siklus mesin empat langkah : • Pada siklus mesin empat langkah piston bergerak sebanyak empat langkah, setiap satu langkah kerja didapat tiap dua puitaran poros engkol. • Pada motor empat langkah momen putar tidak merata, butuh roda gila yang lebih berat. • Dilengkapi dengan katup-katup dan mekanisme penggerak katup. • Memiliki efisiensi termis dan evesiensi volumetric yang lebih tinggi karena waktu hisap yang lebih lama. Siklus dua langkah : • Pada siklus dua langkah piston bergerak sebanyak dua langkah sebanyak dua kali dalam satu siklus pembakaran, setiap satu langkah kerja didapat dalam setiap putaran poros engkol. • Pada motor dua tak hanya ada lubang masuk dan lubang buang, beberapa di lengkapi dengan katup bunag 2.5.2. Sistem Udara Bakar Yang dimaksud sistem udara bakar adalah udara yang dimasukan kealam silinder untuk membakar bahan bakar. Makin berat tekanan udara yang dimasukan semakin banyak bahan bakar yang dapat dimasukan kedala silinder sehingga makin tinggi tenaga motor diesel tersebut. Pada motor diesel besar seperti yang dipergunakan pada mesin diesel ini, pemasukan udara di Bantu dengan blower atau turbo, dan pengisian semacam ini di sebut pengisian lebih (Supercharge).



23

Pada motor diesel tersebut alat Bantu ini digerakan oleh tenaga dari gas baung dari motor diesel itu sendiri sehingga tidak menggunakan sebagian tenaga dari motor diesel itu sendiri. Dengan alat Bantu tersebut maka udara yang masuk kedalam silinder lebih berat, sehingga bahan bakar yang dapat dibakar lebih banyak dan tenaga yang dihasilkan pun lebih besar. Udara yang ditekan, suhunya akan naik sehingga volumenya pun akan membesar agar udara yang dimasukan ke dalam silinder dapat lebih banyak lagi maka udara bakar tadi sebelum masuk ke silinder didinginkan terlebih dahulu di pendingi udara yang di kenal dengan nama intercooler. Dengan didinginkan, maka udara bakar menjadi lebih kecil volumenya, sehingga dalam silinder yang sama ukurannya, dapat masuk lebih banyak udara pembakar. Dengan demikian lebih banyak bahan bakar yang dapat dibakar, dan tenaganya pun menjadi lebih tinggi. 2.5.3. Klasifikasi Pembakaran Dalam Jenis Pembakaran 1. Spark Ignition (SI), pada mesin ini, proses awal pembakaran pada setiap siklus menggunakan busi (Spark Plug). Busi memberikan arus listrik dengan voltase yang tinggi diantara elektroda yang membakar campuran udara dan bahan bakar yang mengisi ruang bakar. 2. Compression Ignition (CI), proses awal pembakaran pada mesin compression ignition adalah ketika campuran udara dan bahan bakar yang berbeda diruang bakar terbakar sendiri akibat kompresi yang tinggi.



24

2.6. Klasifikasi Bahan Bakar Diesel Dalam perdagangan klsifikasi bahan bakar diesel lebih cenderung dititik beratkan pada pemakaian bahan bakar tersebut : 1. High Speed Diesel Fuel (HSD) Merupakan fraksi yang paling rendah ari jenis bahan bakar diesel. Dipergunakan untuk bahan bakar motor diesel putaran tinggi (diatas 1000 rpm) 2. Marine Diesel Oil (MDO) Bahan bakar diesel yang digunakan motor-motor diesel untuk keperluan laut. MDO lebih pekat dari HSD 3. Industrial Diesel Oil Bahan bakar diesel yang diperlukan untuk keperluan indurtri 2.7. Sistem Penyalaan Mesin Diesel pada motor diesel, hanya udara yang masuk keruang bakar, kemudian bahan bakar solar disemprotkan dengan nozzle yang segera ditekan oleh piston hingga menyala. Fuel injector merupakan sebuah komponen yang complex dan menjadi subjek dalam berbagai eksperimen. Dalam sebuah mesin diesel komponen ini bisa berada dimana saja. Injector harus tahan terhadap tekanan dan temperatur didalam silinder dan masih mampu mensuplai bahan bakar dalam bentuk kabut. Untuk mendapatkan sirkulasi dari kabut dalam sebuah silinder sehingga dapat didistribusikan kadang kala menjadi masalah dalam mesin ini, sehingga banyak mesin diesel menerapkan katup induksi (special induction valves), pre-cambustion chamber, atau alat lain untuk memutar udara di ruang pembakaran sehingga didapat proses pembakaran yang baik.



25

Bagian-bagian dari sistem penyalaan pada motor diesel : ≈ Pompa bahan bakar ≈ Pengatur pompa bahan bakar ≈ Injection nozzle ≈ Katup pembebas ≈ Saringan bahan bakar Minyak bakar yang disemprotkan kedalam silinder berbentuk butir-butir cairan yang halus. Oleh karena udara didalam silinder pada saat tersebut sudah bertemperatur dan bertekanan tinggi maka butir-butir tersebut akan menguap. Penguapan butir bahan bakar itu dimulai pada bagian permukaan luarnya, yaitu bagian yang terpanas. Uap bahan bakar yang terjadi itu selanjutnya bercampur dengan udara yang ada di sekitarnya. Proses penguapan juga terjadi secar berangsur-angsur. Dengan demikian juga denga proses pencampurannya dengan udara maka pada suatu saat dimana terjadi campuran bahan bakar udara yang sebaik-baiknya, proses penyalaan bahan bakar dapat berlangsung dengan sebaik-baiknya. Sedangkan proses pembakaran didalam silinder juga terjadi secara berangsur-angsur dimana proses pembakaran awal terjadi pada temperatur yang relative lebih rendah dan laju pembakaran. 2.8. Metylester (ME) Metylester adalah produk minyak kelapa sawit, melalui proses alkoho asam lemak. ME adalah salah satu bahan bakar biodiesel. Biodiesel dikenal sebagai bahan bakar yang ramah lingkungan, karena bersifat dapat diperbaharui dan menghasilkan emisi gas buang yang relative lebih bersih dibandingkan bahan bakar konvensional yaitu



26

minyak solar. Hambatan terbesar mengenai aplikasi biodiesel adalah harganya yang masih mahal. Untuk menekan harga biodiesel, pendekatan yang dalam proses pembuatannya, misalnya CPO (Crude Palm Oil) berkualitas rendah, minyak goring bekas dan limbah dari pabrik pengolahan minyak goring (Free Farty Acid Destilat). 2.9. Opasitas Opasitas adalah kemampuan asap merekam cahaya disebut dengan opasitas atau kepekatan asap. Komponen ini digunakan sebagai indikasi kadar racun partikulat dalam gas buang. Opasitas juga digunakan sebagai bahan untuk analisis kondisi proses pembakaran didalam mesin. Selain itu, dengan menggunakan indikasi warna asap yang berbeda-beda,

akan

mempermudah

dalam

menganalisis

kinerja

mesin

dan

mengindentifikasi komponen mesin mana yang perlu dilakukan perbaikan. Pengujian gas buang mesin diesel (asap) dimaksudkan untuk mengukur kepekatan asap yang dihasilkan oleh pembakaran dalam mesin. Kepekatan asap adalah kemampuan asap untuk merendam cahaya, apabila cahaya tidak bisa menembus asap maka kepekatan asap tesebut dinyatakan 100%, apabila cahaya bisa menembus asap maka kepekatan asap tersebut dinyatakan sebagai 0% (nol persen). Koefisien penyerapan dapat diperhitungkan seperti pada grafik 2.3 dan diagram 2.4 menunjukan hubungan antara satuan opasitas dalam % dan koefisien penyerapan K value.



27

1 K=

N . In (1 –

L

) 100

V = kapasitas mesin (liter) n = putaran mesin (1/menit) N = skala linier (0…100) M -1 2,4

1,6

0,8 0 0

100

200

1/s

Grafik 2.3 perhitungan koefisien penyerapan < (m-1) % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0

1

2

3

4

5

6

7

Grafik 2.4 Hubungan antara % opasitas dan koefisien k (m-1)



28

alat uji untuk mengetahui kadar ketebalan asap (opasitas) yang dikeluarkan oleh kendaraan diesel. Ketebalan asap yang dikeluarkan oleh kendaraan diesel ini biasanya disebabkan oleh penyetelan nozzle injektor yang tidak proporsional, sehingga mengakibatkan banyaknya bahan bakar yang tidak terbakar, sehingga bahan bakar cenderung boros. Hal ini disebabkan karena saringan udara dan saringan bahan bakar yang kotor sehingga terjadi penyumbatan pada suplai BBM dan oksigen ke ruang bakar. Dalam menganalisa kendaraan diesel digunakan metode grafik. Ini merupakan metode yang tercepat untuk menganalisa Emisi dan Kinerja mesin kendaraan, meskipun hasil yang diperoleh kurang optimal/akurat jika dibandingkan dengan metode rata-rata. Print-out yang keluar dari alat uji dengan dilengkapi grafik akan memudahkan teknisi maintenance dalam menganalisa kinerja mesin secara akurat, sehingga pengemudi kendaraan dapat langsung menanyakan dan mendapatkan jawaban tetang kondisi kendaraan mereka dan apa saja cara penanggulangan yang harus dilkakukan agar tidak terjadi nilai emisi yang tinggi dan juga penggunaan bahan bakar yang tidak berlebihan / boros, serta cara penggunaan kendaraan yang efektif.



29



30



31


BAB III Metode Penelitian

29

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Spesifikasi Alat Percobaan Dan Pengukuran Equipment

: Timbangan (Strain Gauge)

Max Weight : 100 kg 3.1.1. Spesifikasi Mesin : Mesin diesel Isuzu Panther 2300 cc, 4 silinder dan berkapasitas mempunyai system injeksi bahan bakar solar. Type

: C223, diesel, silinder sejajar, katup-katup atas pendingin air – Ruang puasr, pompa injeksi tipe VE

Engine no

: 5/1820

Bore

: 88.0 mm

Stroke

: 82.5 mm Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana


30

Awept Volume

: 2238 cc

Compression Ratio

: 22 : 1

Max Speed

: 4000 rpm

Max Power

: 20Kw pada 2750 rpm

Indicator Tappings

: 4 Cylinder

Diameter exhaurt pipe

: 38 mm

Lengh exhaust pipe

: 1000 mm

Coolant outled temperatur

: 85° C

Oil inlet temperatur

: 85° C

Tappet clearance

: 0,3 to 0,4 mm

Valve Timings (Measured)

: ivo 8° Evc BTDC. Ivc 42° ABDC 9 Evo 60° BBDC. 12° ATDC

Fuel

: solar

Oil

: SAE 15 W / 40

Fuel injection pump

: NP-VE 4/9F2175RNP78

Pump plunter diameter

: 9 mm

Un loading volume

: 35 mm3

Injector

: Licence Bosh 104649-1170

Nozzle

: Licence Bosh 243

Nozzle operastion pressure

: 155 bar

High pressure pipe dimension

: 550 mm long x 1.5 mm bore



31

3.1.2. Fuel Gauge (Gelas Ukur) Number Capacity

: 3 buah : 100 – 200 – 500 cc

Gambar 3.1 Gelas Ukur 3.1.3. Water Flowmeter (Alat Ukur Debit Air) Capacity

: 0,001 m3

Gambar 3.2 Alat Ukur Debit Air Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana


32

3.1.4. Air Pressure Pipa (Selang Untuk Mengukur Tekanan Udara) Mistar

: 5 mm dia x 300 mm long

Pipe

: 1 meter

Gambar 3.3 Air Pressure Pipa 3.1.5. Additional Instruments (Alat Tambahan) alat ukur tambahan yang digunakan untuk mengetahui parameter mesin yang lainnya seperti Cooling water thermometer, Stopwatch, Tacho Meter. Pengujian dilakukan di laboraturium Proses Produksi Universitas Mercu Buana dengan menggunakan suatu sistem pengujian yang terintegrasi terdiri dari sistem engine brake hidrolik, pengkondisi udara, sistem pendingi mesin dan control panel.



33

Mesin diinstal diatas suatu kontruksi dengan didudukan yang dibuat sedemikian rupa untuk menopang mesin dan dengan didukung dengan engine mounting sehingga akan mengurangi getaran yang ditimbulkan oleh mesin. Output dari engine dihubungkan ke sistem engine brake hidrolik. Sistem engine brake hidrolik akan menyerap daya mesin melalui cengkraman cakram (disk brake) yang dihubungkan langsung terhadap putaran mesin sehingga membawa secara langsung daya mesin. Hal ini akan menimbulkan momen torsi (torque) mesin tersebut yang kemudian diberikan pengereman hidrolik yang sehingga terbaca oleh timbangan (strain gauge) maka dapat diketahui torsi maksimalnya (max torgue). Dikarenakan uji mesin ini bukan merupakan uji ketahanan mesin diesel maka sistem suplai bahan bakar dari masing-masing bahan bakar biodiesel

dengan

menggunakan tiga tangki yang masing-masing kurang lebih berkapasitas 10 liter, kemudian tiap tangki dihubungkan ke sebuah gelas ukur dengan volume maksimal 550 cc untuk membantu pengukuran volume bahan bakar saat dilakukan pengujian.



34

Gambar 3.4 Sistem Engine Break Hidrolik sitem pendingin yang menggunakan radiator dan dibantu sebuah kipas elektrik.

Gambar 3.5 Radiator dan Kipas Pendingin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana


35

3.2. Fasilitas Pengujian dan Analisa Fasilitas pengujian merupakan faktor utama yang mempengaruhi relavannya data hasil pengujian dan analisa terhadap karakteristik pengujian yang terpenting dalam pengujian mesin diesel izuzu panther adalah sebagai berikut : 1. Pengukuran keluar daya dan momen puntir 2. Pengukuran kelajuan 3. Pengukuran bahan bakar 4. Pengukuran rugi mekanis 5. Pengukuran rugi mekanika udara didalam mesin 6. Pengukuran udara 7. Pengukuran rugi panas 3.2.1. Pengukuran Keluar Daya dan Momen Puntir Untuk mengukur besarnya output torque dari suatu motor dapat di gunakan alatalat ukur sebagai berikut :

Gambar 3.6 Timbangan (Strain) Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana


36

F.L Torque : T=

(Nm) 1000

dimana : F = Pembacaan keseimbangan atau pembacaan keseimbangan penambah berat (N) L = Lengan tangan momen puntir 2.π.Nt Power : BHP =

(kW) 1000.60

dimana : BHP = daya mesin (kW) N

= Putaran mesin (rpm)

T

= Torsi mesin (kgf.m)

3.2.2. Pengukuran Kelajuan Mesin Isuzu Panther 2.3 L dalam pengujian ini dihubungkan dengan dynamometer elektrik arus searah (DC electric dynamaometer), spesifikasinya : Merk

: Jaeger

Type

: DC200A

Daya

: trmn x 100

Arus

:R:½

Putaran maksimal

: 4000 rpm



37

Gambar 3.7 Alat Ukur Putaran Mesin Mekanis (RPM) Untuk menggambarkan karakteristik torque speed, diperlukan tachometer. Dalam pengukuran karakteristik-karakteristik lainnya seperti power output dan fuel comsumtion stopwatch. Pada electrical dynamaometer biasanya dilengkapi dengan counter yang dapat dipasang dan dilepaskan secara manual dengan menggunakan RPM. 3.2.3. Pengukuran Bahan Bakar Pengukuran atas kebutuhan bahan bakar yang dipergunakan dapat dilaksanakan dengan Plint Fuel Gauge. Pada prinsipnya alat tersebut terdiri dari tabung yang di dalamnya dibatasi dengan sekat (Spacer) dan antara setiap spacer yang berurutan mempunyai volume : 100-200-500 cc. dengan stopwatch dapat diketahui waltu yang diperlukan untuk pemakaian sejumlah bahan bakar tertentu.



38

Gambar 3.8 Tangki Bahan Bakar Fuel Consumption 3600.Vg BFC = T Dimana : Vg = dikalibrasi volume dari pengukuran bahan bakar (L) t = waktu untuk kongsumsi mengkalibrasi volume (sec) Spesifik penggunaan bahan bakar Untuk mengetahui thermal efficiency perlu diketahui besar specific fuel consumption. BFC BSF9C =

(L/kw-h) BHP



39

Kecepatan putaran motor dapat juga dihitung dengan menggunakan couter dan stopwatch sebagai berikut : 60.N n=

. (rpm) t

Dimana : N = jumlah putaran dalam waktu t Performance suatu motor disebut sebagai brake mean effektiv atau bmep. Ini menyatakan tekanan rata-rata yang diperlukan untuk menggerakan piston selama langkah kerja guna menghasilkan power output, bila mana tidak ada mechanical losses. Power output dari motor dalam hubungannya dengan. P.n.Vs BMEP BHP =

. (Kw) 6.104.K2

Dimana : P = BMEP (kN/m2) Vs = Volume tersapu dari mesin (L) K2 = 1 untuk 2 langkah mesin 2 untuk 4 langkah mesin sedangkan swept volume : π.d2.s.N Vs =

(L) 6

4.10

dimana : d = diameter silinder (mm) s = piston stroke (mm) N = jumlah silinder



40

3.2.4. Pengukuran Rugi Mekanis Prinsipnya adalah pengukuran fuel consumption pada putaran constant dengan pembebanan, kemudian digambarkan dalam grafik fuel consumption vs BMEP. Metode ini khusus dipergunakan untuk mengukur kerugian mekanis pada motor diesel, dimana pengisapan udara tanpa throttled. 3.2.5. Pengukuran Rugi Mekanis Udara Didalam Mesin Efisiensi volutmetris sangat mempengaruhi performance dari suatu motor bakar karena power output yang dihasilkan tergantung sekali besarnya terhadap jumlah udara/mixture yang dapat dihisap oleh piston dalam silinder. Pengukuran jumlah udara yang dihisap dilaksanakan dengan air consumption meter, dengan prinsip mengukur pressure drey dari aliran udara yang melalui orifice yang telah diketahui diameter dan koefisien of discargenya dan kemudian menghitung kecepatan aliran udara yang melewati orifice tersebut. Pengukuran pressure drey dilaksanakan dengan inclind manometer. Hubungan antar benda tekanan dan kecepatan dari ekspansi bebas gas Pa.U2 P= 2 dimana ; Pa = Densitas udara kg/m3 U = Percepatan m/s P = Beda tekanan N/m2 Beda tekanan diukur dalam cm of water 1 cm H2o = 98,1 N/m2



41

3.2.6. Pengukuran Udara Persamaan umum kesetimbangan energy dalam motor bakar dapat ditunjukan sebagai berikut : P = H1-(H2-H3) – Q1-Q2 Dimana : P = Menggerakan keluaran dari mesin H1 = Kalor pembakaran bahan bakar H2 = Gas buang H3 = Udara masuk Q1 = Memanaskan air pendingin Q2 = Rugi panas ♦ Pengukuran temperatur yaitu : ≈ temperatur air pendingin masuk ke mesin (input coolant temperatur ) ≈ Temperatur air pendingin keluar dari mesin (output coolant temperatur) ♦ Pengukuran Tekanan Udara yaitu : Tekanan udara pada manifold hisap (inlet manifold pressure) Perhitungan H2 dengan mempergunakan rumus di atas adalah merupakan pendekatan saja dengan beberapa asumsi bahwa specific heat dari asap yang mempunyai massa sama dengan jumlah massa udara dan bahan bakar yang dihisap ke dalam silinder adalah sama dengan specific heat dari udara masuk.



42

Metode ini dapat dilaksanakan dengan mempergunakan exhaust temperatur indicator dan thermocouple RE2-3. untuk perhitungan yang lebih teliti, dipergunakan

Gambar 3.9 Pengukur Temperatur exhaust calorimeter TE90, dimana gas asap didinginkan sampai temperatur tertentu dengan cara mengalirkan air ke dalam colorimeter. 3.3. Measurement of Emission Exhaust 3.3.1. Informasi Umum Alat uji emisi diesel MD02-LON adalah alat yang digunakan untuk pengukuran kekruhan arus partial dan mengetes emisi yang dikeluarkan dari mesin diesel seperti truck dan mobil. Melalui menu yang dioperasikan oleh operator MHA MD02-LON dapat dengan mudah dites atau diagnosa emisi yang dikeluarkan dari mesin diesel kendaraan. MD02-LON lebih dari 2 komponen tersebut yaitu :



43

♦ Unit Dasar MD02-LON Unit dasar ini disediakan untuk menentukan kualitas dari pengukuran, kegunaannya adalah untuk menurunkan hasil kepekaan asap (gas buang). Penyerapan asap diesel itu dapat ditentukan dalam satuan k(m-1) dan dalam satuan %. Rpm dan temperatur oli dapat diukur didalam unit dasar atau didalam Hand-Terminal. Unit dasar ini tersambung dalam hand-terminal melalui 4 jalur kabel, unit dasar ini diposisikan didekat pipa pengeluaran (pipa kanalpot).

Gambar 3.10 Mesin Uji Kepekatan Asap MDO2-LON ♦ Hand-Terminal dengan Data Printer Fasilitas Hand-Terminal dapat dioperasikan oleh beberapa sistem dan dapat diambil melalui kendaraan yang akan dites. Dasar operasionalnya terdiri dari konsis dan keyboard dengan pengamanan maksimum terhadap kondisi lingkungan, melalui alat ini tidak direkomendasikan untuk mengekspos alat keyboard ini atau Hand-Terminal terhadap gejala korosif (karatan). LCD yang diintegrasikan terhadap Hand-Terminal



44

disediakan untuk hasil pengukuran display dan penggunaan yant utama melalui beberapa program.

Gambar 3.11 Hand Terminal Data Printer

3.3.2. Cara Kerja Pengukuran Fungsi opasitas adalah dasar hasil nyata yang mengandalkan daya konsentrasi emisi gas buang melalui cahaya yang menembus terhadap udara yang diinginkan. Prinsip ini diambil dari opasitas (penyerapan cahaya) oleh pemotretan pengukur cahaya. Emisi gas buang dikumpulkan diruangan yang disediakan dengan pemancar dan lokasi penerimaan masing-masing. Pemancar terdiri dari LED dengan meneruskan gelombang yang jaraknya 567 mm. gelombang jarak ini mempunyai titik koordinat dengan kapasitas pengisapan oleh emisi gas buang. Sebuah photo listrik terletak dilubang kecil untuk menerima dan mengenai lampu disebelah bilik ruangan.



45

Instalasi

3.4.

3.4.1. Skema Instalasi skema instalasi mesin Isuzu Panhter 2.3 L yang telah dipasang alat ukur untuk dapat melakukan pengukuran.

B

F

A

C

D

H E I

G

Gambar Skema Instalasi KETERANGAN : A. Motor Diesel B. Tangki Bahan Bakar ( Fuel Consumption Tank ) C. Gelas ukur ( Fuel Consumption ) D. Dynamometer ( RPM ) E. Tekanan Udara ( Air Pressure ) F. Cooling Water Temperatur Out G. Cooling Water Temperetur In Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana


46

H. Water Consumption Flowemeter ( Debit Air ) I. Engine Cooling Water System ( Radiator ) J. Knalpot

3.5. Persiapan Sebelum Uji 3.5.1. Kondisi Tempat Uji a. Kondisi sekitar (luar) ; suhu udara luar untuk pengujian kendaraan dan peralatan ukur (uji) berada sekitar 25 10°C. b. Tempat peralatan uji sebaiknya diletakan tidak langsung kena matahari, hujan atau angin. 3.5.2. Kondisi Motor dan Kendaraan a. Kendaraan yang di uji berada pada tempat datar b. Segel pada mesin harus sesuai dengan spesifikasi pabrik c. Sistem gas buang tidak boleh ada yang kebocoran d. Semua alat tambahan kecuali perlengkapan operasi standar mesin harus di matikan dan posisi tanpa beban e. Kendaraan dengan trasmisi biasa, posisi gigi harus pada posisi netral (N) f. Motor penggerak terlebih dahulu dipanaskan hingga mencapai suhu kerja normal (80°) g. Choke (jika ada) harus dalam keadaan tidak bekrja h. Termometer atau alat lain digunakan untuk mengukur suhu kerja mesin (suhu oli) hingga mencapai suhu 80°C



i

47

Putaran idling motor penggerak harus stabil dan waktu pengapian sesuai dengan spesifikasi pabrik

j

Bahan bakar digunakan harus memenuhi persyaratan

3.5.3. Kondisi Alat Uji a. Alat uji harus mampu mengukur kepekatan asap diesel hingga 100 % b. Pengoperasian alat uji harus mengikuti prosedur pengoperasian alat uji c. Alat uji harus sudah melalui proses pemanasan d. Alat uji harus dikalibrasi nol, baik secara manual maupun otomatis e. Untuk alat uji jenis deflection, pompa isap harus mampu mengisap gas buang sebesar 33015 ml dalam waktu 1,4 ± 0,2 detik melalui saringan kertas, yang menggunakan kelas 5A standar JIS f. Pemasangan probe gas buang harus sejajar dengan garis sumbu pipa buang, jika tidak harus menggunakan tambahan g. Alat uji sudah dikalibrasikan tidak lebih dari enam bulan 3.5.4.

Prosedur Menjalankan Mesin 1. Mengoperasikan pompa sirkulasi air pendingin kemesin dan dynamometer dan tekanan air pada dynamometer menunjukan angka 2 kg/cm″. 2. Mengatur beban dynamometer pada kondisi minimum dengan memutar lood control hand wheel. 3. Mengatur posisi cairan pada inclined manometer pada posisi skala nol. 4. Membuka saluran bahan bakar dari tangki bahan bakar ke gelas ukur yang telah disediakan, kemudian dialirkan kedalam mesin.



48

5. Memasang kabel accu untuk start serta memanaskan ruang bakar dengan glow plug selama beberapa saat. 6. Start mesin dengan memutar kunci kontak maka sambungan ke glow plug harus segera diputuskan. 7. Memeriksa kondisi mesin apakah sudah bekerja dengan baik melalui pendengaran terhadap suara yang ditimbulkan. 8. Membiarkan mesin selama beberapa menit untuk mencapai kondisi ideal (idle speed) ± 20 menit untuk pemanasan. 9. Memeriksa tekanan minyak pelumas dan pemeriksaan berkala terhadap kondisi mesin selama beroperasi. 3.5.5. Prosedur Penghentian Mesin Diesel 1. Melepaskan pasak pengunci pada lood rol hand wheel dynamometer. 2. Secara bertahap mengurangi beban pada dynamometer melalui lood control – hand wheel bersamaan dengan pengurangan kecepatan mesin sampai mencapai ideal. 3. Membiarkan mesin berjalan selama beberapa menit. 4. Memastikan mesin dengan memutar kunci keposisi off. 5. Menutup keran saluran bahan bakar. 6. Membiarkan air pendingin bersikulasi mendinginkan mesin dan setelah beberapa menit pompa kemudian dimatikan. 7. Melepaskan gas analyzer dari saluran gas buang.



49

8. Memastikan pompa sirkulasi air ke dynamometer dengan pompa air pendingin. 3.6.

Prosedur Uji a. Periksa apakah ada kebocoran pada sistem gas buang motor penggerak dan sis – tem alat uji. b. Setelah pemanasan selesai, lakukan pembersihan sistem pembuangan dengan jalan menginjak pedal gas hingga putaran penuh sebanyak tiga kali tanpa beban. c. Setelah itu, biarkan putaran mesin idling selama sekitar 5 detik. d. Lakukan akselerasi secara cepat namun lembut (quick and smooth0 hingga puta ran mesin mencapai putaran maksimum (injeksi maksimum). Pertahankan selama 4 detik, kemudian lepaskan pedal gas hingga putaran mesin kembali idling. e. Tunggu 15 detik, kemudian lakukan lagi9 poin (d). lakukan sebanyak 4 kali atau sesuai dengan prosedur alat uji. f.

Untuk alat uji jenis deflecation, setiap kali pengukuran harus menggunakan kertas baru.

g.

Hasil uji dari setiap pengukuran kemudian diambil nilai rata-ratanya sebagai hasil akhir.

3.7.

Pengujian Emisi Mesin Diesel ♦

Masukan data kendaraan di komputer.

♦

Lakukan pembersihan saluran pembuangan dengan cara mengakselerasi 3 kali.

♦

Masukan probe ke pipa knalpot min. 30 cm.



50

♦ Lakukan akselerasi hingga putaran penuh/maksimum nilai opasitas tertinggi selama di akselerasi akan terekam oleh alat. ♦ Akselerasi sebanyak 3-10 kali (Official Test). ♦ Nilai rata-rata dari semua nilai opasitas yang terekam (toleransi 10%) akan ditampilkan alat uji. ♦ Catat nilai rata-rata tersebut di formulir data emisi, atau rekam di komputer. ♦ Analisa hasil uji emisi dapat dilakukan dengan melakukan grafik test. 3.8. Official Test Pengetesan dengan cara ini, didapatkan data opositas tertinggi yang dikeluarkan oleh mesin selama pengetesan. Data ini digunakan untuk menentukan kelayakan emisi mesin kendaraan dikaitkan dengan baku mutu emisi yang ditetapkan oleh pemerintah. Biasanya tes ini disebut pengujian resmi. Dibutuhkan beberapa kali akselerasi dengan tujuan untuk mengeminasi kesalahan dalam penginjakan pedal gas. Beberapa acuan standar digunakan dalam pengujian ini, seperti yang sudah dijelaskan biasanya, secara umum digunakan satuan opasitas %. Proses pengujian dengan menggunakan diesel smoke meter sistem optic/cahaya, sebagai berikut : a. Data opasitas terttinggi di memori secara otomatis oleh alat uji 1. Pengetesan dilakukan minimal empat kali (tergantung ketentuan pabrik pembuat alat uji). 2. Semua hasil pengetesan di rata-rata secara otomatis.



51

b. Pengujian dengan menggunakan diesel smoke meter sistem penyerapan, proses akan berjalan sebagai berikut ; 1. Asap yang dikeluarkan selama akselerasi akan direkan dikertas/filter khusus. 2. Filter yang sudah ada noda asap akan diperiksa opasitasnya dengan meter pengukur. 3. Hasil ukur akan dicatat dan dirata-rata secara manual. Hasil rata-rata merupakan angka mutlak untuk menyatakan lulus atau tidak lulus uji. 3.9. Grafik Test Pengujian dengan menggunakan grafik test akan sangat berguna untuk menganalisis karakteristik dari pada proses pembakaran yang terjadi dalam mesin diesel. Dengan demikian, kondisi mesin dalam keadaan normal atau terjadi gangguan, misalnya sistem bahan bakar yang terganggu atau sistem mekanikal atau putaran sistem udara yang terganggu. Pada pengujian ini, data opasitas dan putaran mesin mulai dari putaran idling hingga putaran penuh dan kembali lagi ke idling akan direkam oleh alat uji dan ditampilkan dalam bentuk grafik. Perhatikan contoh grafik berikut ini : Grafik ini merupakan hasil rekaman opasitas dan putaran mesin pada setiap detail perubahan yang terjadi gas buang dan putaran mesin selama pengujian 10 detik. Kita bisa mengetahui dimana letak kesalahan proses pembakaran selama diakselerasi. Akselerasi yang dilakukan dalam pengujian gas buang mesin diesel (grafik test khususnya) diasumsikan memprestasikan kinerja mesin pada setiap kondisi putaran dan data opasitas yang diperoleh dapat digunakan untuk menganalisis dan selanjutnya dapat menentukan komponen mana dari mesin tersebut yang mengalami gangguan atau kerusakan.



52


BAB IV Pengujian dan Analisa

52

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA

4.1. Pengujian Bahan Bakar Biodiesel Pengujian dilakukan menggunakan Mesin Diesel Isuzu Type C-23 dengan menggunkan bahan bakar biodiesel yang kami dapatkan dari PT Pertamina dan pengujian ini dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja emisi gas buang pada mesin diesel denmgan menggunakan bahan bakar biodiesel yang telah disediakan. 4.2. Parameter Mesin Berdasarkan data yang diperoleh dari pengujian mesin diesel dengan menggunakan bahan bakar biodiesel PT. Pertamina berikut ini data-data yang diperoleh pada saat pengujian : Tanggal Pengujian : 03 November 2007 Tipe Mesin

: 4 langkah, 4 silinder



53

Bore

: 88.0

Stroke

: 82.5

Idle Speed

: 800 rpm

Bahan bakar

: Biodiesel yang diproduksi oleh PT. Pertamina

4.3. Pengujian/Pengukuran Emisi Gas Buang 4.3.1. Definisi dan Batasan Perubahan tekanan dan temperatur gas buang yang terukur disalurkan pembuangan secara tidak langsung disebabkan oleh tekanan dan temperatur yang terjadi saat pembakaran. Dari ruang bakar, gas-gas hasil pembakaran berekspansi hingga ke proses pembuangan. Saat pengujian, tidak ada perubahan konstruksi mesin dan knalpot, sehingga dapat dikatakan tekanan dan temperatur yang terukur di saluran exhaust secara tidak langsung dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur yang terjadi diruang bakar. Kondisi suhu dan tekanan pengukuran di exhaust manifold sudah masuk ke dalam sebagian dari langkah pembuangan. Inilah yang akan menjadi sumber identifikasi analisa penyebab perubahan emisi gas buang.



54

Gambar 4.1 Skema Pemasangan Sensor Suhu dan Tekanan Pengujian gas buang mesin disel (asap) dimaksudkan untuk mengukur kepekatan asap yang dihasilkan oleh pembakaran dalam mesin. Kepekatan asap adalah kemampuan asap untuk merendam cahaya, apabila cahaya tidak bisa menembus asap maka kepekatan asap tersebut dinyatakan 100 %, apabila cahaya bisa menembus asap maka kepekatan asap tersebut dinyatakan 0 %. (nol persen). Pengujian terhadap kepekatan kadar asap kendaraan bermotor diesel dilaksanakan pada kondisi kendaraan diam di tempa dengan putaran mesin diakslerasikan tanpa beban (free running acceleration). Kepekatan asap disebut juga opositas, yang dinyatakan dalam satuan berbeda-beda. Merek dan Negara pembuat alat uji mempunyai standar dan satuan yang berbeda-beda pula, diantaranya seperti berikut : 1. % Standar Internasional : SI 116114 2. % Standar : CUNA (Itali), HSU (Ingris), JIS (Jepang) 3. K-value (m-1) : Standar : ECE (Eropa) 4. Bacharach : Standar : DIN (Jerman) 5. Bosh SZ : Standar : BOSCH (Jerman)



55

4.4. Analisa Gas Bunag Mesin Diesel 4.4.1. Data Hasil Uji Emisi Pada akhir proses pengujian akan didapatkan data hasil pengujian yang pada umumnya setiap alat akan menghasilkan data seperti berikut ini : 1. Putaran mesin/rpm (1/menit) : dimanfaatkan untuk mendeteksi putaran idle sebelum dilakukan akselerasi. Juga digunakan untuk mendeteksi putaran tertinggi Yang bisa dicapai oleh mesin . pada pengujian yang menggunakan metode grafik, bisa dipakai sebagai bahan analisasi untuk mengetahui gangguan mesin. 2. Temperatur mesin (°C) : untuk memastikan bahwa mesin telah mencapai suhu normal kerja (80°C) sehingga diperlukan indicator temperatur ini. Sensor temperatur

dimasukan ke dalam minyak pelumas melalui lubang dipstick oli.

Dengan melihat ketinggian temperatur udara tersebut, bisa dianalisis kondisi pembakaran mesin dalam keadaan normal atau tidak. 3. Opositas (%, M-1, lain-lain) : kemampuan asap meredam cahaya disebut dengan opositas atau kepekatan asap. Komponen ini digunakan sebagai indikasi kadar racun partikulat dalam gas buang. Opositas juga digunakan sebagai bahan untuk analisis kondisi proses pembakaran di dalam mesin. Selain itu, dengan menggunakan indikasi warna asap yang berbeda-beda, akan mempermudah dalam menganalisis kinerja mesin dan mengindentifikasi komponen mesin mana yang perlu dilakukan perbaikan.



56

4. Temperatur gas buang (°C) : gas buang mesin yang bekrja dengan kondisi normal pada temperatur kerja normal, akan didapatkan suhu gas buang tertentu (setiap kendaraan mempunyai spesifikasi berbeda). Suhu gas buang yang terlalu tinggi 5. atau terlalu rendah, menandakan bahwa kinerja mesin dalam keadaan yang tidak baik atau tidak normal. Terutama pengaruh dari injeksi timing dan saat membuka katup sangat mempengaruhi tingkat temperatur gas buang. 5. Tekanan gas buang (bar) : kondisi mesin normal dan pipa knalpot yang standar, menghasilkan tekanan gas buang yang tertentu tingginya. Kondisi pipa knalpot yang bocor mengurangi tekanan yang terukur dalam alat ukur. Demikian pula ketika knalpot mampet, tekanan gas buang terukur rendah. Namun sebaliknya, knalpot yang tidak ada peredaman menghasilakn tekanan tinggi. Hal lain yang bermanfaat dapat membedakan masalah asap hitam yang disebabkan oleh injeksi bahan bakar yang salah atau tekanan kompresi yang sudah tidak maksimal.



57

4.5. Keterangan kadar kepekatan asap

No

Opasitas

1.

20-30%

Gejala dan warna asap

Masalah

Perbaikan

Putaran mesin normal –

Normal/tidak ada masalah

tidak ada

1. timing injeksi salah

setel/perb-

dengan asap abu-abu dan tenaga normal 2.

> 50%

Tenaga mesin kurang dengan asap hitam

aiki/ganti – mekanis – metiming 2. tekanan pembukaan nozzle rendah 3. bentuk injeksi tidak bagus 4. pompa injeksi salah

tes dan kalibrasi bersihkan/ stel/ganti perbaiki/ka librasi

5. saringan udara kotor

bersihkan/ ganti

6. kompresi rendah

perbaiki / ganti



3.

Tinggi

58

Tenaga mesin kurang

1. over heating

dengan asap putih

perbaiki / ganti

2. oli ikut terbakar / kompresi bocor 3. bahan bakar ter campur/sedimeter 4. timing injeksi salah

perbaiki / ganti bersihkan / ganti setel/per baiki/ganti

5. pompa injeksi rusak

setel/per – baiki/ganti

4.

Rendah

Tenaga mesin kurang

1. kabel gas rusak

setel/per –

2. putaran maksimum

baiki/ganti

salah 3. siatem bahan bakar udara palsu 4. kebocoran sistem bahan bakar

bleeding/perbaiki perbaiki se tiap sam – bungan

5. pipa/selang sistem bahan bakar 6. saringan bahan bakar

perbaiki / ganti bersihkan /



59

tersumbat 7. katup vakum tutup tangki bahan bakar

setel/ganti perbaiki/ ganti

tersumbat 8. feed pump rusak

perbaiki/ ganti


setel/per – baiki/ganti

10. tekanan pembukaan nozzle rendah 5.

Knocking

1. sistem pendingin ter lalu dingin 2. water sediment banyak air 3. saringan udara kotor

bersihkan/setel/ganti perbaiki / ganti bersihkan/ganti bersihkan/ ganti

4. kompresi rendah

perbaiki/ ganti

5. tekanan pembukaan nozzle terlalu tinggi 6. bentuk semprotan nozzle tidak rusak

bersihkan/ setel/ganti bersihkan/ setel/ganti



60

7. timing pengapian tidak betul 8. pompa injeksi rusak

setel/per – baiki/ganti setel/per – baiki/ganti

6.

Putaran idling salah

1. throttle macet atau -

perbaiki/ -

kendor (pneumatic type) ganti 2. saringan udara kotor

bersihkanganti

3. baut setelan idle terlalu rendah 4. sistem bahan bakar masuk udara

setel / perbaiki bleeding/perbaiki/ganti

5. sistem bahan bakar bocor

perbaiki/ganti

6. sistem bahan bakar tersumbat 7. salah satu silinder mati

bersihkan perbaiki perbaiki/ganti

8. kompresi mesin tidak seragam atau terlalu

perbaiki/ganti

rendah



61

9. timing injeksi salah

setel / per – baiki/ganti

10. pompa injeksi salah

setel / per – baiki/ganti

Konsumsi bahan bakar tinggi

1. saringan udara kotor 2. pipa/selang/sistem bahan perbaiki / ada yang bocor

ganti

3. saringan bahan bakar dan perbaiki / sediment rusak 4. feed pump bocor

ganti perbaiki / ganti

5. tekanan kompresi rendah

perbaiki / ganti

6. tekanan pembukaan nozzle salah 7. timing injeksi salah

bersihkan/setel/ganti setel / perbaiki


setel / perbaiki

Tabel 4.2 Keterangan Kadar Kepekatan Asap



62

4.5.1. Hasil Pengujian Bio Diesel

Gambar 4.3. Grafik Pengujian Bahan Bakar Biodiesel Pertama

Pada gambar 4.3. dari hasil data grafik pengujian didapat bahwa opasitas pada pengujian pertama

sebesar 11,7 % (k = 0,34

m-1

) bahwa bahan bakar biodiesel ini

bekerja pada keadaan standard dan mempunyai opasitas rendah dan lulus uji emisi. Karena bahan bakar biodiesel menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan bahan bakar solar, yaitu efisiensi pembakarannya lebih baik dan terbakar dengan sempurna dan opasitas yang terjadi masih keadaan standard karena opasitasnya lebih rendah dari 50% yang ada baku mutu emisi.



63

Gambar 4.4. Grafik pengujian bahan bakar biodiesel kedua

Pada gambar 4.4. dari hasil data pengujian didapat opasitas sebesar 24,5 % (k = 0,77

m-1

) bahwa bahan bakar biodiesel terbakar dengan sempurna dan mempunyai

opasitas rendah dibawah 50% dan lulus uji emisi. Ketika mesin diakselerasikan pada putaran mesin mencapai maksimum (konstan). Maka opasitasnya akan meningkat pada titik puncak, dan ketika pedal gas dibebaskan (deselasi). Putaran mesin turun kembali pada nilai minimum. Ketika nilai minimum masih ada yang bergelombang yang terlihat pada grafik diatas. Hal ini disebabkan karena adanya bahan bakar yang tersisa terbakar lagi dengan kondisi tidak sempurna. Dalam hal ini pengujian masih dikatakan bagus/standard dan lulus uji emisi. Kalau lebih dari 50% maka tenaga mesin kurang dengan asap hitam maka kendaraan ada masalah ditiming injeksinya salah.



64

Gambar 4.5. Grafik pengujian bahan bakar biodiesel ketiga

Pada gambar 4.5. dari hasil data grafik pengujian terdapat gelombang yang opasitas kecil dikarenakan posisi gas tidak diakselerasikan secara konstan. Grafik pengujian ketiga sebesar 10 % (k = 0,29

m-1

) ini bahwa bahan bakar biodiesel ini bekerja dengan

normal dan mempunyai opasitas rendah dan lulus uji emisi. Ini biasanya disimpulkan bahwa biodiesel merupakan suatu bahan bakar alternative yaqng baik untuk mesin diesel dengan pencemaran udara yang kecil.



65

4.5.2. Hasil Pengujian Solar

Gambar 4.6. Grafik Pengujian Bahan Bakar Solar Pertama

Pada gambar 4.6. dari hasil data dan grafik pengujian didapat bahwa opasitas pada pengujian pertama sebesar 48,3% (k = 1,81

m-1

). Ini berarti bahan bakar solar terbakar

dengan sempurna dan mempunyai opasitas rendah dan lulus uji emisi. Karena nilai opasitasnya yang didapat tidak melebihi baku mutu emisi dan opasitas yang terjadi masih berada dalam keadaan satandar. Dan ketika mesin diakselerasikan pada putaran mesin mencapai maksimum (konstan). Maka opasitas akan meningkat pada titik puncak, dan ketika pedal gas dibebaskan (deselasi). Putaran mesin turun kembali pada nilai minimum. Karena bahan bakar solar terlalu boros untuk mesin diesel dibandingkan dari pada bahan bakar biodiesel.



66

Gambar 4.7. Grafk Pengujian Bahan Bakar Solar Kedua

Pada gambar 4.7. dari data dan grafik pengujian terdapat gelombang yang opasitas kecil dikarenakan posisi gas tidak diakselerasikan secara konstan. Grafik pengujian kedua sebesar 16,4% (k = 0,49

m-1

) bahwa bahan bakar solar ini bekerja pada keadaan standard

dan mempunyai opasitas rendah dan lulus uji emisi. Karena bahan bakar solar opasitas yang terjadi masih keadaan standard karena opasitasnya lebih rendah dari 50% yang ada di baku mutu emisi. Tetapi bahan bakar solar boros bila dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel.



67

4.6 Grafik perbandingan opasitas antara bahan bakar solar dengan bahan bakar biodiesel. Bisa dilihat dari grafik dimana opasitas biodiesel berada dibawah solar. Dan kepekatan yang diijinkan oleh pemerintah opasitasnya dibawah 50% dan dilihat opasitas kedua bahan bakar ini lulus uji emisi gas buang.

Gambar 4.8. Grafik perbandingan antara solar dan biodiesel A. Bahan bakar solar lebih boros dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel. B. Bahan bakar biodieel menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan bahan bakar solar. C. Konsumsi bahan bakar solar lebih tinggi opasitasnya dari pada biodiesel.



68



69



70



71

Baku Mutu Emisi (BME) yang Diizinkan Menurut SK GUB. DKI No. 1041/2000

System Bahan

Tahun

Bakar

Pembuatan

Karburator

Injeksi

Diesel

-

CO (%)

HC (ppm)

Opasitas (%)

< 1985

4,0

1000

-

1986 – 1995

3,5

800

-

> 1996

3,0

700

-

1986 – 1995

3,0

600

-

> 1996

2,5

500

-

< 1985

-

-

50.0

1986 – 1995

-

-

45.0

> 1996

-

-

40.0

Rata-rata emisi pada kondisi normal/Ideal - Bensin

: CO = 2 %, HC = 400 ppm, CO2 = 12 % Min O2 = 0,5 - 2 % Max, Lambda = 0,97 - 1,02

- Diesel

: Opasitas = 50 % Max



72


BAB V Simpulan dan Saran

68

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Dari pengujian yang dilakukan, penulis mencoba memberikan kesimpulan dan saran sebagai berikut : 5.1. Kesimpulan Dari hasil pengujian uji emisi mesin diesel dengan bahan bakar biodiesel,solar dapat disimpulkan yaitu : A. Hasil pengujian biodiesel pertama, opasitas sebesar 11,7 % (k = 0,34 m-1) ini berarti biodiesel ini bekerja pada keadaan normal dan mempunyai opasitas rendah. Karena bahan bakar biodiesel menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan bahan bakar solar. B. Hasil pengujian biodiesel kedua, bahwa opasitas sebesar 24,5 % (k = 0,77 m-1) ini berarti biodiesel ini bekerja pada keadaan normal dan mempunyai opasitas yang rendah.


69


C. Hasil pengujian biodiesel ketiga, bahwa opasitas sebesar 10 % (k = 0,29m-1) ini berarti biodiesel ini bekerja pada keadaan normal dan mempunyai opasitas yang rendah dan lulus uji emisi. D. Dan hasil pengujian solar pertama, bahwa opasitas sebesar 48,3% (k = 1,81m-1) ini berarti bahwa solar bekerja dengan normal dan solar lebih tinggi opasitas dan koefisiennya dibandingkan dengan bahan bakar biodiesel. E. Hasil pengujian solar kedua, bahwa opasitas sebesar 16,4%(k = 0,49m-1) ini berarti bahwa solar bekerja dengan normal dan solar opasitasnya menurun dibandingkan pengujian solar pertama. F. Jadi hasil perbandingan bahan bakar biodiesel pertama lebih irit pemakaiannya dari pada bahan bakar solar kedua dan bahan bakar solar lebih tinggi koefisien penyerapannya dibandingkan dengan biodiesel. G. Bahan bakar biodiesel menghasilkan emisi gas buang yang jauh lebih baik dibandingkan dengan bahan bakar solar. 5.2. Saran 1. Agar tidak terjadi pengujian yang lebih banyak dan memerlukan waktu serta untuk menghemat bahan bakar, maka nilai opasitas di usahakan dibawah 50% untuk tingkat pengujian biodiesel dan solar. Perawatan berkala perlu dilakukan untuk menjaga terjadinya kerusakan-kerusakan pada alat uji mencangkup tingkat keborosan, pengabutan serta elemen-elemen yang ada pada alat uji tersebut. Peralatan berkala ini bertujuan untuk menjaga keadaan mesin tetap prima dan juga bertujuan untuk mempertahankan nilai opasitas.



70

2. Menjaga mesin pada putaran yang konstan berarti juga menjaga emisi gas buang tidak terlalu tinggi dan terkontrol dengan baik. 3. Menjalankan mesin pada putaran yang lebih rendah berarti telah menghemat penggunaan bahan bakar dan mengurangi tingkat polusi udara.



71


DAFTAR PUSTAKA

1. Arismunandar, Wiranto, Koichi Tsuda, Motor Diesel Putaran Tinggi, PT. Pradya Paramita, Jakarata, 1986. 2. Analisa Kinerja Mesin Diesel Berdasarkan Hasil Uji Emisi seri teknik otomotif, GPUB, Jakarta Selatan. 3. Cengel, Yunus A, Boles, Michael A, Thermodynamics An Engineering, Approach, Mc Graw-Hill, Singapura, 1994. 4. Heywood, John B, Internal Combustion Engine Fundamental, Mc Graw Hill, singapura, 1986. 5. Purba, Michael, Ilmu Kimia, Erlangga, Jakarta, 1996. 6. Rogowski,A.R, Elements to Internal Combustion Engine, Mc Graw Hill, New York, 1979. 7. Smith,

J.M,

H.C

Van

Ness,

Interduction

Thermodynamics, Mc Graw Hill, Singapura, 1987.

to

Chemical

Engineering

LAMPIRAN

GRAFIK HASIL UJI EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL BAHAN BAKAR BIODIESEL

GRAFIK HASIL UJI EMISI GAS BUANG MESIN DIESEL BAHAN BAKAR SOLAR

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

Recommend Documents