KAJIAN EKSPERIMENTAL PERBANDINGAN PERFORMANSI MESIN OTTO BAHAN BAKAR PREMIUM DENGAN BAHAN BAKAR LPG
SKRIPSI
Skripsi Yang DiajukanUntuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
JEFFERSON SITORUS NIM. 070401062
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
ABSTRAK Semakin berkurangnya bahan bakar minyak menyebabkan timbulnya berbagai pemikiran bagaimana mengatasinya permasalahan ini. LPG (Liquefied petroleum gas) merupakan salah satu bahan bakar alternatif yang dapat digunakan pada bebagai mesin, salah satunya adalah mesin bensin pada generator set 4langkah. Dengan memodifikasi karburatornya maka mesin dapat bekerja seperti pada saat menggunakan Premium. Walaupun performansi mesin cenderung belum memberikan hasil yang optimal seperti performansi mesin pada saat menggunakan Premium, tetapi bahan bakar LPG mempunyai keuntungan, yaitu emisi yang dihasilkan lebih ramah lingkungan dari Premium, selain itu harga LPG juga lebih murah dibandingkan harga Premium.
Kata Kunci: LPG (Liquefied petroleum gas), memodifikasi karburator
ABSTRACT
The decreasing availability of fossil fuels led to a variety of ideas how to solve this problem. LPG (Liquefied petroleum gas) is one alternative fuel that can be used in trending engine, one of which is a gasoline engine generator sets in 4stroke. By modifying the carburetor so the engine can work as when using gasoline. Although the performance of the machine tends to not give optimal results such as engine performance when using gasoline, but has the advantage of LPG fuel, the emissions produced more environmentally friendly than gasoline, in addition to LPG prices are much cheaper than gasoline prices.
Keywords: LPG (Liquefied petroleum gas), modifying the carburator
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karuniaNya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan dan memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Ada pun judul skripsi yang penulis kerjakan ini adalah “Kajian Eksperimental Perbandingan Performansi Mesin Otto Bahan Bakar Premium dengan Bahan Bakar LPG ”. Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak sekali mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis ingin menghaturkan ucapan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1.
Bapak Ir. Mulfi Hazwi M.Sc sebagai dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingannya kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
2.
Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus ST. MT yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan arahan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4.
Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
5.
Bapak Rocket Angkasa yang menyediakan waktunya, supaya pemodifikasian karburator dapat diselesaikan.
6.
Orang tua saya M. Sitorus dan D. Siagian, untuk doa dan kasih sayangnya kepada penulis.
7.
Keluarga P. Siagian yang telah banyak memberikan bantuan baik moril dan materi kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.
8.
Segenap kerabat keluarga yang telah memberikan semangat dan doanya kepada penulis selama menyelesaikan pendidikan S-1.
9.
Seluruh mahasiswa Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Terkhususnya kawan-kawan stambuk 2007. Juga untuk senior stambuk 2005, antaralain: Dicky Waldi Parlintongan Nababan, Henryanto sitanggang, Daniel Johannsen Sianturi, Davis Sidabutar, David
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Tambunan. Tidak lupa juga untuk anak-anak kos Gg. Kamboja No.57 antaralain : Desmonth Chrismanto Tarigan, Indra Sibuea, Janter Naibaho, Juliarto H. Siahaan, Lobeny Markus Sinaga, Melina Widyawati, Rico Raja Manurung, Sunarti Sinaga, Van Ryzal Purba, dan masih banyak lagi yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu. Penulis menyadari masih banyak kekurangan-kekurangan di dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun untuk penyempurnaan skripsi ini.Terima kasih.
Medan, April 2012 Penulis,
Jefferson Sitorus NIM. 070 401 062
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR ISI
ABSTRAK .................................................................................................................... i KATA PENGANTAR .................................................................................................. ii DAFTAR ISI ................................................................................................................. iv DAFTAR GAMBAR. ................................................................................................... vi DAFTAR TABEL......................................................................................................... viii DAFTAR NOTASI ....................................................................................................... x BAB I PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1. Latar Belakang................................................................................................ 1 1.2. Tujuan ............................................................................................................. 2 1.3. Batasan Masalah Manfaat ............................................................................... 2 1.4. Manfaat Penelitian .......................................................................................... 3 1.5. Ruang lingkup pengujian ................................................................................ 3 1.6. Sistematika Penulisan ............................................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................................... 5 2.1. Pendahuluan ................................................................................................... 5 2.2. Motor Bensin .................................................................................................. 6 2.2.1
Cara Kerja Motor Bensin 4 Langkah. ................................................. 6
2.2.2
Performansi Motor Bensin ....................................................................... 9
2.2.3
Teori Pembakaran ..................................................................................... 11
2.2.4
Nilai Kalor Bahan Bakar .......................................................................... 11
2.3. Premium.................................................................................................................. 13 2.4. Liquified Petroleum Gas (LPG) ........................................................................... 13 2.4.1.
Proses Pengolahan LPG ........................................................................... 14
2.4.2.
Sifat LPG ................................................................................................... 16
2.5. Generator Set.......................................................................................................... 16 2.5.1. Tipe Generator Set ...................................................................................... 18 2.6. Emisi Gas Buang ................................................................................................... 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ...................................................................... 22 3.1. Waktu Dan Tempat................................................................................................ 22
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
3.2. Bahan Dan Alat ...................................................................................................... 22 3.2.1. Bahan. .......................................................................................................... 22 3.2.2. Alat. .............................................................................................................. 22 3.3. Metode Pengumpulan Data .................................................................................. 22 3.4. Pengamatan danTahapPengujian ......................................................................... 23 3.5. Prosedur Pengujian Performansi Mesin Otto generator Set.............................. 23 3.6. . Prosedur Pengujian Emisi Gas
... ................................................... 28
3.7. Prosedur Pengujian Performansi Motor Bensin Dengan menggunakan
Bahan bakar Premium ........................................................................................... 30 3.7.1. Alat dan Bahan yang Digunakan dalam Memodifikasi
Karburator...................................................................................................... 31 3.7.2. Memodifikasi Karburator ............................................................................ 33
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................ 35 4.1. Pengujian Performansi Motor Bensin ................................................................. 35 4.1.1. Tegangan ..................................................................................................... 35 4.1.2. Torsi ............................................................................................................. 43 4.1.3. Komsumsi Bahan Bakar............................................................................. 49 4.1.4 EfisiensiTermal Brake ................................................................................. 57
4.2. Pengujian Emisi Gas ............................................................................................. 64 BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 66 5.1. Kesimpulan ............................................................................................................ 66 5.2.Saran ........................................................................................................................ 67
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................... 68 LAMPIRAN
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram P-V Siklus Otto Ideal ..............................................................7 Gambar 2.2 Cara kerja motor bensin 4 langkah .........................................................8 Gambar 2.3 Skema Pengolahan LPG .........................................................................15 Gambar 2.4 Generator Set ..........................................................................................17 Gambar 3.1 Generator set yang akan diuji .................................................................23 Gambar 3.2 Multimeter ..............................................................................................24 Gambar 3.3 Tachometer .............................................................................................25 Gambar 3.4 Bola lampu .............................................................................................26 Gambar 3.5 Diagram alir pengujian performansi motor bakar ..................................27 Gambar 3.6 Gas Logic Gas Analizer .........................................................................28 Gambar 3.7 Diagram alir pengujian emisi gas buang motor bakar............................29 Gambar 3.8 Karburator yang akan dimodifikasi ........................................................30 Gambar 3.9 Selang Regulator ....................................................................................32 Gambar 3.10 Tabung LPG .........................................................................................32 Gambar 3.11 Kran ......................................................................................................32 Gambar 3.12 Selang minyak Vesva ...........................................................................33 Gambar 3.13Pelampung dan Jarum Pelampung (Float and Float Valve) ..............................................................................33 Gambar 3.14 Selang Regulator yang telah dihubungkan Dengan Karburator ..................................................................................................34 Gambar 4.1Grafik Putaran vs Tegangan tanpa beban dengan bahan Bakar Premium ..........................................................................................36 Gambar 4.2 Grafik Putaran vs Tegangan tanpa beban dengan bahan bakar LPG .......................................................................................37 Gambar 4.3 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar Premium ...................................................................38 Gambar 4.4 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................39 Gambar 4.5 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar Premium ...............................................................................40
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Gambar 4.6 Grafik Putaran vs Tegangan pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................41 Gambar 4.7 Grafik Putaran vs Tegangan dengan menggunakan bahan bakar Premuim.....................................................................................................42 Gambar 4.8 Grafik Putaran vs Tegangan dengan menggunakan bahan bakar LPG ..43 Gambar 4.9 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar Premium ...............................................................................44 Gambar 4.10 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................45 Gambar 4.11 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar Premium ...............................................................................46 Gambar 4.12 Grafik Putaran vs Torsi pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................47 Gambar 4.13 Grafik Putaran vs Torsi dengan menggunakan bahan bakar Premuim.....................................................................................................48 Gambar 4.14 Grafik Putaran vs Torsi dengan menggunakan bahan bakar LPG .......49 Gambar 4.15 Grafik Putaran vs sfc pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar Premium ...............................................................................51 Gambar 4.16 Grafik Putaran vs sfc pada beban 400 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................52 Gambar 4.17 Grafik Putaran vs sfc pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar Premium ...............................................................................54 Gambar 4.18 Grafik Putaran vs sfc pada beban 800 Watt dengan Bahan bakar LPG.......................................................................................55 Gambar 4.19 Grafik Putaran vs sfc dengan menggunakan bahan bakar Premuim ....56 Gambar 4.20 Grafik Putaran vs sfc dengan menggunakan bahan bakar LPG ...........57 Gambar 4.21 Grafik Putaran vs EfisiensiTermal Brake (ηb) pada beban 400 Watt dengan bahan Premium..............................................................59 Gambar 4.22 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 400 Watt dengan bahan LPG .....................................................................60 Gambar 4.23 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 800 Watt dengan bahan Premium..............................................................61
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Gambar 4.24 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 800 Watt dengan bahan LPG .....................................................................62 Gambar 4.25 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake (ηb) dengan menggunakan bahan Premium ..........................................................................................63 Gambar 4.26 Grafik Putaran vs Efisiensi Termal Brake (ηb) dengan menggunakan bahan bakar LPG .......................................................................................64 Gambar 4.19 Grafik Emisi Gas Buang ......................................................................65
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengujian tanpa beban dengan Bahan Bakar Premium............35 Tabel 4.2 Data hasil pengujian tanpa beban dengan Bahan Bakar LPG..................36 Tabel 4.3 Hasil pengujian untuk beban 400 Watt dengan Bahan Bakar Premium.....................................................................................................37 Tabel 4.4 Hasil pengujian untuk beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG. .........38 Tabel 4.5 Hasil pengujian untuk beban 800 Watt dengan Bahan Bakar Premium.....................................................................................................39 Tabel 4.6 Hasil pengujian untuk beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG. ..........40 Tabel 4.7 Torsi yang dihasilkan pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar Premium ..........................................................................................44 Tabel 4.8 Torsi yang dihasilkan pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG. ...........................................................................................................45 Tabel 4.9 Torsi yang dihasil pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar Premium.....................................................................................................46 Tabel 4.10 Torsi yang dihasil pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar LPG ............................................................................................................47 Tabel 4.11 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar Premium (Sfc) ......................................................................51 Tabel 4.12 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG (Sfc). ............................................................................52 Tabel 4.13 Konsumsi Bahan Bakar Spesifik pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar Premium (Sfc) ......................................................................54 Tabel 4.14 Bahan Bakar Spesifik pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar LPG (Sfc) ........................................................................................55 Tabel 4.15 Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar Premium ..........................................................................................58 Tabel 4.16 Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 400 Watt dengan Bahan Bakar LPG .................................................................................................59 Tabel 4.17 EfisiensiTermal Brake (ηb) pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar Premium ..........................................................................................60
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
Tabel 4.18 Efisiensi Termal Brake (ηb) pada beban 800 Watt dengan Bahan Bakar LPG .................................................................................................62 Tabel 4.19 Hasil Pengujian Emisi Gas Buang ..........................................................64
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
DAFTAR NOTASI
SIMBOL
KETERANGAN
AFR
Rasio massa udara-bahan bakar
C
Persentase karbon dalam bahan bakar
H2
Persentase hidrogen dalam bahan bakar
HHV
Nilai kalor atas
k
Perbandingan kalor spesifik
LHV
Nilai kalor bawah
kJ/kg
𝑚𝑎
Massa udara
kg
Laju aliran massa udara
kg/s
𝑚𝑓
Massa bahan bakar
kg
Laju aliran bahan bakar
kg/jam
n
Putaran mesin
rpm
𝜂𝑏
Effisiensi termal brake
%
O2
Persentase oksigen dalam bahan bakar
𝑃𝐵
Daya Torsi
Watt
Kerapatan udara
S
Persentase sulfur dalam bahan bakar
kg/𝑚3
Sfc
Konsumsi bahan bakar spesifik
t
Interval waktu pengukuran konsumsi bahan
𝑚̇ 𝑎 𝑚̇𝑓
𝜌𝑎
SATUAN
kJ/kg
bakar
g/kW.h
s
𝑡𝑓
sebanyak volume yang diuji
s
T
Torsi keluaran mesin
N.m
𝑣𝑓
Konsumsi bahan bakar selama t detik
ml
Volume bahan bakar yang diuji
ml
𝑉𝑓
Waktu untuk menghabiskan bahan bakar
UNIVERSITAS SUMATRA UTARA
