Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
OPTIMASI DAYA MELALUI VARIASI BAHAN BAKAR BIODIESEL MESIN DIESEL 2500 CCKENDERAAN RODA EMPAT Oleh: Efrata Tarigan, ST.,MT Dosen Sekolah Tinggi Teknologi Immanuel Medan
Abstrak Motor diesel termasuk kedalam jenis motor bakar torak. Proses pembakaran bahan bakar dan udara di dalam silinder (internal combustion engine). Motor bakar solar dilengkapi dengan nozzel dan busi pemanas yang membedakannya dengan motor bensin. Nozzel berfungsi untuk menghantarkan bahan bakar diesel dari injection pump ke dalam silinder pada setiap akhir langkah kompresi dimana torak (piston) mendekati posisi TMA. Dari kombinasi faktor yang optimum didapat A2; B2; C3. artinya daya mesin optimum terdapat pada tekanan injeksi bahan bakar 140 kg/cm2, saat peninjeksian 5o dengan putaran mesin 3000 rpm, dengan faktor rata-rata setiap faktor yaitu A2 = 20,68889 kW, B2 = 20,6889 kW, dan C3 = 20,5 kW. Selanjutnya hasil dari perhitungan eksperimen taguchi yang telah dilakukan dan diperoleh pengaruh rata-rata dari masing-masing faktor terhadap daya yang optimum adalah sebesar 21,1149 kW. Kata Kunci : Tekanan Injeksi Bahan Bakar, Saat Penginjeksian, Daya.
membangkitkan tenaga, dan disebut juga sebagai penggerak utama. Jadi mesin disini berfungsi merubah energi panas dari ruang pembakaran ke energi mekanis dalam bentuk tenaga putar. Tenaga atau daya untuk menggerakkan kendaraan tersebut diperoleh dari panas hasil pembakaran bahan bakar. Jadi panas yang timbul karena adanya pembakaran itulah yang dipergunakan untuk menggerakkan kendaraan, dengan kata lain tekanan gas yang terbakar akan menimbulkan gerakan putaran pada sumbu engkol dari mesin[1].
1. Pendahuluan Perkembangan teknologi yang semakin cepat mendorong manusia untuk selalu mempelajari ilmu pengetahuan dan teknologi. Sepeda motor, seperti juga mobil dan pesawat tenaga lainnya, memerlukan daya untuk bergerak, melawan hambatan udara, gesekan ban dan hambatanhambatan lainnya. Untuk memungkinkan sebuah kenderaan yang kita kendarai bergerak dan melaju di jalan raya, roda kenderaan tersebut harus mempunyai daya untuk bergerak dan untuk mengendarainya diperlukan mesin. Mesin merupakan alat untuk
153
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
Fungsi mesin (engine) adalah mengatur proses untuk mengubah energi yang terkandung dalam bahan bakar menjadi tenaga untuk semua kenderaan yang menggunakan sistem pembakaran di dalam silinder[2]. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin penggerak yang banyak dipakai dengan memanfaatkan energi kalor dari proses pembakaran menjadi energi mekanik. Motor bakar merupakan salah satu jenis mesin kalor yang proses pembakarannya terjadi dalam motor bakar itu sendiri sehingga gas pembakaran yang terjadi sekaligus 2. Metodologi 2.1. Alat dan Bahan
sebagai fluida kerjanya. Mesin yang bekerja dengan cara seperti tersebut disebut mesin pembakaran dalam. Adapun mesin kalor yang cara memperoleh energi dengan proses pembakaran di luar disebut mesin pembakaran luar. Sebagai contoh mesin uap, dimana energi kalor diperoleh dari pembakaran luar, kemudian dipindahkan ke fluida kerja melalui dinding pemisah[3].
Alat dan bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : Tabel 1. Bahan Penelitian No Jenis Bahan Merk Spesifikasi Jumlah Nozzel Bahan 1 L 300 1 set Bakar Masing-masing 1 buah 2 Solar Solar 20 liter 3 Biodisel Sawit 10 liter Tabel 2. Alat penelitian No Jenis Alat Merk Spesifikasi Jumlah 1 Unit MOBIL L 300 2400 cc 1 unit 2 Tachometer Krisbow Engine diesel 1 unit 3 Nozzel tester Standar 1 buah 4 Timing light Sanped 3 kabel 1 unit 6 Alat-alat tangan 1 set Tabel 3.3. Kombinasi variabel dan level penelitian Level Level Level No Variabel 1 2 3 2 1 Tekanan Nozzel ( kg/cm ) 120 140 160 2 Putaran mesin ( rpm ) 1000 2000 3000 o 3 Saat penginjeksian ( ) 4 5 6
154
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
3. Data-Data Hasil Penelitian a. Saat Penginjeksian 4o Tabel 4. Saat Penginjeksian 4o Tekanan Putaran Daya Nozzel (rpm) (kW) (kg/cm2) 120 1000 9 120 2000 15 120 3000 35 140 1000 9 140 2000 15,2 140 3000 35,1 160 1000 9,5 160 2000 16 160 3000 35,5
3.5. Lingkup pengumpulan data Dari data jumlah variabel dan jumlah level yang akan dijadikan obyek penelitian, diperoleh kombinasi tiga variabel dan tiga level. Dengan demikian dipilih metode taguchi dengan matrik “ L-9 (34) array “ atau dikenal dengan three level orthogonal arrays. Tabel 3.7. Matrik taguchi L-9 (34) array Trial 1 2 3 4 1 1 1 1 1 2 1 2 2 1 3 1 3 3 3 4 2 1 2 2 5 2 2 3 2 6 2 3 1 2 7 3 1 3 1 8 3 2 1 3 9 3 3 2 3
b. Saat Penginjeksian 5o Tabel 5. Saat Penginjeksian 5o Tekanan Putaran Daya Nozzel (rpm) (kW) (kg/cm2) 120 1000 9,5 120 2000 16 120 3000 36 140 1000 10 140 2000 16 140 3000 36,2 160 1000 10 160 2000 16,5 160 3000 36
Pada kasus ini jumlah factor/variabelnbebas = 3 jumlah level ( variasi harga faktor/variable bebas = 3, maka dengan menerapkan prinsip design experiment full factorial jumlah eksperimen yang dapat dilakukan = (34) = 81 eksperimen. Tetapi bila menggunakan metode Taguchi untuk design experiment dengan jumlah faktor 3 dan jumlah level 3 maka jumlah eksperimen yang diperlukan untuk mencapai tujuan yang diinginkan tidak perlu melakukan 81 eksperimen tetapi cukup 9 eksperimen
c. Saat Penginjeksian 6o Tabel 6. Saat Penginjeksian 6o Tekanan Putaran Daya Nozzel (rpm) (kW) 2 (kg/cm ) 120 1000 8,9 120 2000 15 120 3000 34 140 1000 9 140 2000 15,2 140 3000 35,1 160 1000 9,5 160 2000 16 160 3000 35,5
3.6. Skema Pengujian Pengujian torsi dan daya mesin dilakukan dengan chassis dynamometer yang diukur pada rodaroda penggerak, sedangkan komsumsi
155
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
bahan bakar dengan gelas ukur, Skema pengujian torsi dan dapat disajikan pada gambar 1.
pengaman agar mobil tidak keluar dari rooller. 4. Selanjutnya atur data kenderaan di monitor rool dynamometer. 5. Setelah berada pada posisi yang benar, kendaraan akan dijalankan dan memutar roll, Karena dikopel dengan dinamometer maka otomatis dinamometer juga berputar, putaran ini disebut putaran roll. 3.7. Parameter Penelitian Dan Variabel Bebas Tabel 3.2 Parameter Penelitian Dan Variabel Bebas Parameter yang Variabel bebas/ diukur Faktor Daya Kw
Tekanan Nozel, Putaran, Saat Penginjeksian
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Hasil Pengujian Pada bab ini akan dilaksanakan “Optimasi Daya Melalui Variasi Tekanan injeksi bahan bakar Dan Timing Injection Pada Kenderaan Roda 4 2400 cc” dengan melakukan tahapantahapan berupa studi literatur dan studi lapangan untuk mendapatkan komparasi hasil perhitugan serta melakukan standarisasi, agar optimasi dimaksud sesuai dengan tujuan yang diharapkan.
Gambar 1. Skema Pengujian Torsi Dan Daya Langkah-langkah melakuakan pengujian: 1. Persiapan kenderaan meliputi a. Cek oli mesin. b. Cek tekanan ban. c. Cek air radiator d. Dll (mengkondisikan mobil ke kondisi standar) 2. Kendaraan uji dinaikkan pada roll. 3. Selanjutnya kenderaan diikat muka belakang dengan belt
4.2. Optimasi Daya dengan Metode Taguchi Dengan menggunakan data dari mengkombinasikan tekanan injeksi bahan bakar dan time injection
156
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
selanjutnya adalah melakukan perhitungan eksperimen optimasi daya melalui variasi tekanan injeksi bahan bakar dan time injection sehingga memperoleh hasil yang optimum dengan memperhatikan kombinasi variabel dan level yang akan diteliti. 4.3 Karakteristik Tekanan Injeksi Bahan Bakar Saat Penginjeksian dan Putaran Mesin Terhadap Daya Mesin. Dari hasil percobaan atau penelitian tentang tekanan injeksi bahan bakar , saat pengijeksian dan putaran mesin dengan menggunakan tiga variabel bebas, maka dapat digambarkan hubungan atau karakteristik dari masing-masing variabel terhadap putaran seperti dibawah ini : 4.3.1 Karakteristik Tekanan Injeksi Bahan Bakar Terhadap Daya Mesin Karakteristik dari tekanan injeksi bahan bakar terhadap saat penginjeksian dapat dilihat seperti pada grafik 4.1.
Tabel 4.6. Hubungan Injeksi Bahan Bakar Daya Mesin No. Tekanan Daya Nozzel (kW) 2 (kg/cm )
1
120
2
140
3
160
Tekanan Terhadap Ratarata Daya (kW)
19,66667 19,76667 19,92222 20,33333 20,5 20,73333 20,68889 20,83333 19,3 19,76667 19,8 20,33333
Dari tabel 4.6 hubungan tekanan injeksi bahan bakar terhadap daya mesin didapat rata-rata dayadari tekanan injeksi bahan bakar 120 2 kg/cm : 19,92222, 140 kg/cm2 : 20,68889, dan 160 kg/cm2 : 19,8. Hasil yang paling baik yaitu tekanan nozzel 140 kg/cm2 dengan melakukan percobaan dari ke tiga tekanan nozzel tersebut.
Grafik 4.1. Hubungan Tekanan injeksi bahan bakar Terhadap Daya 157
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
Dari grafik 4.1 hubungan karakteristik tekanan nozzel terhadap daya mesin terlihat tekanan nozzel lebih tinggi dibandingkan tekanan nozzel 120 kg/cm2 dan 160 kg/cm2 dikarenakan jumlah rata-rata dari hasil pengujian dari ketiga tekanan nozzel
tersebut tekanan nozzel paling tinggi sebesar 20,68889 kW 4.3.2 Karakteristik Saat Penginjeksian Terhadap Daya Mesin Karakteristik dari saat penginjeksian terhadap daya mesin dapat dilihat seperti pada grafik 4.2. abel 4.7. Hubungan Saat Penginjeksian Terhadap Daya Mesin No. Saat Daya Rata-rata Penginjeksian (kW) Daya (o) 19,66667 19,9222 1 4 19,76667 20,33333 20,33333 2 5 20,6889 20,5 20,73333 19,3 3 6 19,76667 19,8 20,33333 Dari tabel 4.7 hubungan karakteristik saat penginjeksian terhadap daya mesin didapat rata-rata daya dari saat penginjeksian 4o :19,9222; 5o : 20,6889, dan 6o : 19,8.
Hasil yang paling baik yaitu saat penginjeksian 5o sebesar 20,6889 dengan melakukan percobaan dari ke tiga saat penginjeksian tersebut.
Grafik 4.2. Hubungan Saat Penginjeksian Terhadap Daya Mesin
158
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
Dari grafik 4.2 hubungan karakteristik saat penginjeksian terhadap daya mesin terlihat saat penginjeksian 5o lebih tinggi dibandingkan saat penginjeksian 4o dan 6o dikarenakan jumlah rata-rata dari hasil pengujian dari saat
penginjeksian tersebut 5o paling tinggi sebesar 20,6889 kW.
Dari tabel 4.7 hubungan karakteristik putaran terhadap daya mesin didapat rata-rata daya dari putaran 1000 rpm :19,8222; 2000 rpm
: 20,0111, dan 3000 rpm : 20,5. Hasil yang paling baik yaitu putaran 3000 rpm sebesar 20,5 dengan melakukan percobaan dari ke tiga putaran tersebut.
4.3.3. Karakteristik Putaran Terhadap Daya Mesin Karakteristik dari putaran terhadap daya mesin dapat dilihat seperti pada grafik 4.2. Tabel 4.7. Hubungan Putaran Terhadap Daya Mesin No. Putaran Daya Rata-rata (rpm) (kW) Daya 19,66667 19,8222 1 1000 20,33333 19,3 19,76667 2 2000 20,0111 20,5 19,76667 20,33333 3 3000 20,73333 20,5 20,33333
20.6 20.5
3000, 20.5
20.4 Daya (kW)
20.3 20.2 20.1 2000, 20.0111
20 19.9 1000, 19.8222
19.8 19.7 0
1000
2000
3000
4000
Putaran (rpm)
Grafik 4.3. Hubungan Saat Penginjeksian Terhadap Daya Mesin
159
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
Dari grafik 4.3 hubungan kerja mesin akan memberikan daya karakteristik putaran terhadap daya yang paling optimal dengan timing mesin terlihat saat putaran 3000 rpm injektion 5o dengan putaran mesin 3000 lebih tinggi dibandingkan putaran rpm dan tekanan injeksi bahan bakar l 1000 rpm dan 2000 rpm dikarenakan 140 kg/cm2, dengan faktor rata-rata jumlah rata-rata dari hasil pengujian setiap faktor yaitu A2 = 20,6889 kW, dari putraran tersebut 3000 rpm paling B3 = 20,5 kW, dan C2 = 20,2 kW. tinggi sebesar 20,5 kW. Daya apabila dioperasikan pada kondisi optimum, akan disekitar harga 4.4. Kesimpulan Dari kombinasi faktor yang Yopt, dimana : optimum didapat A2; B3; C2. artinya Yopt = T + ( A2 – T ) + ( B3 – T ) + ( C2 – T ) Dengan : T = harga rata-rata kombinasi variabel = 20,137 kW A2 = harga rata-rata pengaruh faktor A2 = 20,6889 kW B3 = harga rata-rata pengaruh faktor B3 = 20,5 kW C2= harga rata-rata pengaruh faktor C2 = 20,2 kW Dengan menggunakan hargamendapatkan daya optimal harga tersebut diatas maka dapat berada diisekitar : diperkirakan kerja mesin untuk Yopt = 20,137 + (20,6889- 20,137) + (20,5 - 20,137) + (20,2 - 20,137) = 21,1149 Jadi besarnya daya yang dapat dicapai pada kondisi optimal adalah sebesar 21,1149 kW DAFTAR PUSTAKA 1. Arends dan Barenschots, 1980. Motor Diesel. Jakarta : Erlangga 2. Aris Munandar, W, 1983, pengerak mulia motor bakar torak, ITB, Bandung 3. Astra Daihatsu Motor, PT. 2001. Training Manual. Jakarta : Service Division 4. Judiyuk, 2009, Mesin Diesel. Jakarta : Erlangga 5. Sudirman, 2006. Metode Tepat Menghemat Bahan Bakar. Jakarta : Kawan Pustaka.
akan
6. Yesung Allo Padang Juli 2011. Uji Eksperimental Konsumsi Bahan Bakar Mesin Berbahan Bakar Biodiesel Minyak Kelapa Hasil Metode Kering 7. Adly Havendri April 2008. kaji eksprimental perbandingan prestasi mesin dan emisi gas buang motor bakar diesel menggunakan bahan bakar campuran solar dengan biodiesel minyak jarak dan minyak kelapa 8. Drs.Samsudi Raharjo, ST, MM 2007. Analisa performa mesin
160
Jurnal Ilmiah Research Sains VOL. 3. NO. 1 Februari 2017
diesel dengan bahan bakar biodiesel dari minyak jarak ISSN:1978-9777. 9. Klaus Mollenhauer, Helmut Tschoke, Krister G.E.Johnson, 2010. Handbook of Diesel Engine 10. http://infotambang.com/cara-kerjamesin-diesel-bagian-i-p232148.htm 26/03/15 20.21 wib 11. Soejanto, Irwan. 2009. Desain Eksperimen Dengan Metode Taguchi. Yogyakarta : Graha Ilmu.
161 154
